CN106332203B - 一种lte分层小区架构中的绿色节能计算的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LTE分层小区架构中的绿色节能算法，属于无线通信技术领域，具体步骤如下：首先，针对LTE分层小区，建立宏小区‑小小区架构通信系统；然后，针对时刻t开始的某个时间段T，在节能和保证用户最低QoS平衡的前提下，采用基站休眠策略，将休眠的基站发射功率均设置为0；接着计算所有小小区基站的能耗E和能量节约率ρ，保证能量节约率ρ达到最大；在下一个时间段T内，根据信道的时变特性，采用基站发射功率自适应策略来调整各基站的发射功率减少中断的发生；最后，进行仿真验证；在基站节能效果和用户QoS两个方面取得了均衡，既保证了能够尽可能的节约基站所消耗的能源，又保证了用户能够有很好的QoS。

Description

一种LTE分层小区架构中的绿色节能计算的方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体是一种LTE分层小区架构中的绿色节能计算的方法。

背景技术

伴随无线通信技术的发展，小区基站数量也在逐年增加，间接导致释放更多温室气体。第三代和第四代移动通信系统的频谱普遍存在于较高频率的频段，信号的穿透损耗比较严重；为了保证用户的正常通信需求，运营商不得不部署更多的低功率节点，但是会进一步增加整个通信系统的能量消耗。

为了解决室内热点覆盖的问题，异构网络因为具有频谱利用率高、灵活部署、高能效等优点被提出来。但是高密度组网会导致异构网络进一步增加系统的能量消耗。

为了实现绿色节能，解决无线资源日益匮乏的问题，LTE引入了分层小区架构概念来增大蜂窝网的容量，满足用户日益增长的业务需求。传统的常见的分层小区架构中使用的基站节能策略包括基于功率控制的节能策略、基于传输设置的节能策略、基于基站休眠的节能策略等方式。

基站功率控制的节能策略无法高效的节约基站能源；基于基站休眠的节能策略由于其易于实现、算法复杂度低和节能效果好等优势而被广泛的研究。但是，现有的基站休眠策略无法保证用户的QoS和系统的稳定性；

如：在基于分层的异构网络中，文献[1]：UMTS接入网络能量感知，Sep.8-11，2008，pp.1-5；提出了采用基站休眠的机制来节约能源。基站休眠策略由于算法复杂度低和节能效果良好而被广泛的采用。但是，传统的基站休眠策略只考虑了大尺度衰落，而家庭基站和宏基站之间的小尺度衰落却没有考虑。

文献[13]：用户端用于能量节约方法。2010IEEE国际大会。2010，pp.1-5；指出可以采用小区缩放机制，通过用户切换保证休眠基站下的用户正常服务，因而在技术上基站休眠是可行的。基站缩放技术的原理是根据网络负载或者业务量情况，通过调节基站覆盖范围，从而达到负载均衡，降低系统能耗的目的。实现小区缩放技术的方案较多，包括基站参数配置、基站协作、中继和基站休眠等。然而，小区缩放机制采用的还是静态小区的覆盖部署，这样往往会导致重负载小区用户的QoS无法保障。

文献[10]蜂窝网络中通过多跳传输来减少功率消耗，车辆技术大会，2004.VTC2004-Fall.2004IEEE 60th，2004，pp.3120-3124Vol.5.提出的长时基站节能技术和短时基站节能技术，该技术的开关周期一般以小时为单位，并且可行性较差，容易出现覆盖盲区和出现阻塞，并进一步的增加了信令开销。

综上，传统的基站休眠策略假设无线信道是不变的，在计算接收信号信干噪比时只考虑到了大尺度衰落的情形，但在高密度组网中无线信道的小尺度衰落并不可忽略，如若考虑信道的小尺度衰落传统算法又无法实现基站休眠节能。

发明内容

本发明考虑分层小区架构下，用户业务在时间域和空间域分布不均匀的特点，结合基站休眠策略和小区缩放策略的思想，提出了一种改进的混合式基站休眠算法，在提高系统节能率和降低中断率上具有明显的优势，可以减少基站上不必要的能量损耗，达到节约能耗的目的，具体是一种LTE分层小区架构中的绿色节能计算的方法。

具体步骤如下：

步骤一、针对LTE分层小区，建立宏小区-小小区架构通信系统；

通信系统包括：一个宏基站和M个小小区基站，N个用户随机分布在整个场景里；

用户集合U＝{u₁,u₂,...u_i,...u_N}；基站集合B＝{b₁,b₂,...b_j,...b_M}；

步骤二、针对时刻t开始的某个时间段T，在节能和保证用户最低QoS平衡的前提下，采用基站休眠策略，将基站进行休眠。

基站休眠策略具体步骤如下：

步骤201、初始化用户和基站之间的服务关系矩阵A，基站的发射功率P_tr，用户的切换结果buff；

A[i,j]表示第i个用户u_i与第j个基站b_j之间的服务关系用矩阵，用户u_i被基站b_j服务，则A[i,j]＝1；否则A[i,j]＝0。

M个基站的发射功率P_tr为：

buff＝0，则表示源基站下所有用户无法切换到目的基站导致源基站无法休眠；buff＝1表示源基站下没有用户剩余，无法保证源基站下用户已经全部成功切换到目的基站；buff＝2表示所有的源基站下用户都切换到相应目的基站下，源基站从预休眠进入了休眠状态。

步骤202、针对M个基站，分别计算每个基站初始的利用率γ(t)；

初始时刻t₀下第j个基站b_j的利用率γ_j(t)，计算公式如下：

V_QoS是用户保证QoS所需要的最小的传输速率；MaxWidth_j是基站b_j分配到的频带资源。表示用户u_i接收到来自基站b_j的信干噪比；计算公式如下：

是初始时刻t₀下用户u_i到基站b_j的信道增益；G_pl表示大尺度衰落值，G_pl(D)＝K-10×r×log₁₀(D)；G_s(t₀)表示初始时刻t₀的小尺度衰落值。

r是信道衰落因子；d表示瑞利信道参数；D表示用户到基站的距离；

是初始时刻t₀基站b_j的发射功率，是基站b_j附近的基站集合；σ²是高斯白噪声方差。P_macro表示宏基站的发射功率；

步骤203、统计所有基站的初始利用率，并找出利用率最低的基站作为源基站并设置为预休眠状态；

步骤204、从时刻t开始的某一段时间T内，将源基站下服务的所有用户尝试切换到目的基站；

用户切换过程中目的基站满足以下限制条件，从而保证系统能量消耗最小：

目的基站的发送功率满足：大于最小的发送功率P_TL，且小于最大的发送功率P_TH。

目的基站的利用率γ_j(t)大于等于0且小于等于1；

用户的QoS所能忍受的最大中断率β_QoS小于每个时刻内的中断率β_Block(t)；

要求每一个用户在每一个时隙里只能连接一个基站。

切换的具体步骤为：

步骤2041、源基站下服务的所有用户根据就近原则分别各选取一个目的基站；

步骤2042、针对某个用户，判断选取的目的基站利用率γ(t)是否小于1，如果是，该用户切换到该目的基站下，进入步骤2043；否则，直接进入步骤2045；

步骤2043、判断目的基站的发射功率能否保证新接入用户的QoS，如果能，则不需要改变目的基站发射功率，进入步骤2044；否则，该目的基站的发射功率增加到最大发射功率P_TH，进入步骤2044；

步骤2044、判断目的基站的当前发射功率是否满足该基站上所有用户的QOS，如果能，则该用户切换到该目的基站，结束。否则，进入步骤2045；

步骤2045、该用户重新选择另一个目的基站，并返回步骤2042。

步骤205、当源基站下的所有用户全部切换到目的基站后，源基站由预休眠状态切换到休眠状态。

步骤206、更新所有基站利用率，返回步骤203循环，直到不能有基站被休眠。

步骤三、将休眠的基站发射功率均设置为0；

步骤四、针对时间段T，利用基站休眠策略后，计算所有小小区基站的能耗E和能量节约率ρ，保证能量节约率ρ达到最大；

小小区基站的能耗E为：

P^j是基站b_j的功率；P＝δηP_tr+P_c；P_c是基站休眠时消耗的功率，P_tr是基站的发射功率。η是能耗系数，δ为基站模式，当基站处于活跃状态，δ＝1；当基站处于休眠状态，δ＝0。

基站的能量节约率ρ如下：

E_s是采用了基站休眠策略时，所有小小区基站消耗的能量；E_ns是没有采用基站休眠策略时，所有小小区基站消耗的能量。

步骤五、在下一个时间段T内，根据信道的时变特性，采用基站发射功率自适应策略来调整各基站的发射功率减少中断的发生；

具体步骤为：

步骤501、针对某个未休眠基站，根据当前信号判断在第t个时隙的利用率γ(t)是否为0，如果是，则记录该基站的发射功率P_tr(t,r)＝0，结束。否则，进入步骤502；

步骤502、继续判断该基站的利用率γ(t)是否小于1，如果是，进入步骤503；否则进入步骤504；

步骤503、判断当前基站的发射功率是否能保证该基站上所有用户的QoS，如果能，标记该基站的发射功率为P_TL；否则，进入步骤504；

步骤504、将当前基站的发射功率设置为P_HL。

步骤505、判断当某基站的发射功率为P_HL时，该基站在第t个时隙的利用率γ(t)是否小于1，如果是，进入步骤506；否则，发生中断，无法切换。

步骤506、判断当前基站的发射功率P_HL是否能保证该基站上所有用户的QoS，如果能，记录该基站发射功率为P_HL，否则，发生中断，无法切换。

步骤六、通过仿真验证，保证了用户QoS的情况下达到基站最优的能耗节约。

本发明的优点在于：

1)、一种LTE分层小区架构中的绿色节能计算的方法，弥补了传统基站休眠策略方面的缺陷，在计算接收信号信干噪比时考虑了小尺度衰落对信道的影响。从仿真结果可看出，所提出的混合式在节能率上有较好的表现，而且在保证节能率的基础上还能保证更低的中断率。

2)、一种LTE分层小区架构中的绿色节能计算的方法，在基站节能效果和用户QoS两个方面取得了均衡，既保证了能够尽可能的节约基站所消耗的能源，又保证了用户能够有很好的QoS。

3)、一种LTE分层小区架构中的绿色节能计算的方法，解决了基站长时休眠容易产生覆盖盲区，容易阻塞和可操作性差等问题。

附图说明

图1是本发明一种LTE分层小区架构中的绿色节能计算的方法中通信系统架构图；

图2是本发明一种LTE分层小区架构中的绿色节能计算的方法流程图；

图3是本发明LTE分层小区架构中的绿色节能计算的方法中基站休眠策略图；

图4是本发明源基站下服务的所有用户尝试切换到目的基站的方法流程图；

图5是本发明基站发射功率自适应策略的流程图；

图6是本发明针对相同的发射功率在两种算法下降低的能耗比较图；

图7是本发明在两种算法下降低中断率的比较图。

具体实施例

下面结合附图和具体实施方法对本发明进行详细说明。

本发明对现有的LTE分层小区架构下的基站休眠计算的方法进行了总结，在前人研究成果基础上，提出了一种混合式基站休眠算法，考虑了分层小区架构下业务时域和空域上的不均匀分布和小尺度衰落对中断率的影响，并进一步考虑了LTE分层小区架构中小尺度衰落对接收信号的信干噪比的影响，时间粒度可以达到分钟级别，在时间上更高效率的实现基站的休眠节能。

总体分为两步，第一步：通过获取全局信息，在第一个时隙内根据基站利用率使部分基站关闭进入休眠状态；称为step1；为了节约能源希望尽可能多的基站休眠，但是为了保证用户业务的QoS又必须尽可能的使更多的基站处于激活状态，因此在节能和保证QoS之间存在一个平衡，即在保证最低QoS的情况下尽可能多的关闭基站。第二步根据用户上报的导频信号提取本地信道状况信息，根据信道情况自适应调整基站发射功率，称为Step2；当执行基站休眠算法之后，大多数的用户集中服务在还处于激活状态的基站，此时基站一般接近满负载，信道情况就会变差，为了保证用户的QoS所需要的带宽资源就变的更多；此时采用基站功率自适应策略，即根据信道条件基站自适应的调整发射功率减少中断的发生。

如图2所示，具体步骤如下：

步骤一、针对LTE系统分层小区，建立宏小区-小小区架构通信系统；

如图1所示，通信场景设定在商业中心，为了提升网络容量，运营商除了布设了相应的宏基站还密集的部署了大量小小区基站，基站数量采用M表示，基站覆盖范围为R，基站集合B＝{b₁,b₂,...b_j,...b_M}；由于用户活动的无序性，N个用户随机分布在整个场景里；设定用户集合U＝{u₁,u₂,...u_i,...u_N}；

步骤二、针对时刻t开始的某个时间段T，在节能和保证用户最低QoS平衡的前提下，采用基站休眠策略，将基站进行休眠。

如图3所示，基站休眠策略具体步骤如下：

步骤201、初始化用户和基站之间的服务关系矩阵A，基站的发射功率P_tr，用户的切换结果buff；

用户和基站之间的服务关系用N×M的矩阵A来表示：

其中，u_i是第i个用户，b_j是第j个基站；A[i,j]＝1表示用户u_i被基站b_j服务，否则A[i,j]＝0。假定初始时用户被最近的基站服务。

M个基站的发射功率P_tr为：

buff＝0，则表示源基站下所有用户无法切换到目的基站导致源基站无法休眠；buff＝1表示源基站下没有用户剩余，无法保证源基站下用户已经全部成功切换到目的基站，还有可能目的基站无法保证用户带宽需求而切换回来；buff＝2表示所有的源基站下用户都切换到相应目的基站下，源基站也可从预休眠进入了休眠状态。

步骤202、针对M个基站，分别建模计算各个基站初始的利用率γ(t)；

第一步、对宏小区-小小区架构通信系统的信道进行建模，得到用户满足QoS所需要的最小带宽；

首先，本发明同时考虑了大尺度衰落G_pl和小尺度衰落G_s，因此信道增益G_ch(D,t)表示如下：

其中G_pl(D)＝K-10×r×log₁₀(D)，r是信道衰落因子；d表示瑞利信道参数；D表示用户到基站的距离。

然后，根据信道增益计算接收信号的信干噪比SINR(D,t)，公式如下：

其中，SINR_i-j(D,t)是用户u_i接受基站b_j发送信号的信干噪比，是用户u_i到基站b_j的信道增益，是基站b_j的发射功率，是基站b_j附近的基站集合，P_macro表示宏基站的发射功率；σ²是高斯白噪声方差。

最后，利用信干噪比SINR(D,t)并根据香农公式，计算用户满足QoS所需要的最小的带宽如下：

V_QoS是用户保证QoS所需要的最小的传输速率。

第二步、根据用户满足QoS所需要的最小带宽计算建模基站的负载，用于表示基站的利用率。

在整个系统中，用户共享基站频带资源，因此基站的负载情况表示为：

其中，MaxWidth_j是基站b_j分配到的频带资源。基站的负载越低，基站就剩余越多的资源，其利用率就越低，从这个角度上来看基站负载能反映基站利用率。

第三步、对宏小区-小小区架构通信系统的能量消耗进行建模，并得到基站的能量节约率。

基站能量消耗P包含两个部分，表示如下：

P＝ηP_tr+P_c (6)

其中，P_c是基站休眠是消耗的功率，P_tr是基站的发射功率。η是能耗系数，由很多因素影响，例如基站扇区的个数，天线的个数，馈电损耗等。

考虑到用户的不均匀分布导致基站业务的不均匀分布，本发明采用一种基站休眠策略以提高系统能效。假设基站模式为δ，定义为：

由于基站状态的切换，因此基站的能耗表示成：

P＝δηP_tr+P_c (8)

因此，在某一段时间T内，基站的能耗表示成：

其中，P^j是基站b_j的功率。

基站的能量节约率表示如下：

其中，E_s是采用了基站休眠策略时所有基站消耗的能量，E_ns是没有采用基站休眠策略时，所有基站消耗的能量。

第四步、对基站的能量节约率进行建模。

建模如下：

意味着最小化系统能量消耗。

在(11.a)中，P_TL为最小的发送功率，P_TH为最大的发送功率。考虑到宏基站和小小区基站之间的干扰，基站的发射功率必须比较适中。

在(11.b)中，因为基站资源是有限的，所以基站利用率不能超过1。

在(11.c)中，β_QoS是为了保证用户的QoS所能忍受的最大中断率。

在(11.d)中，要求每一个用户在每一个时隙里只能连接一个基站。

根据基站利用率和基站发射功率的关系。将式(3)和示(4)带入式(5)得：

因为用户u_i连接在基站上b_j，所以假设：

故式(12)化简为：

可以明显的看到随着基站的发射功率增加，基站的利用率不断地降低。由于γ_j(P_tr)是一个凹函数，随着基站发射功率增加基站利用率降低的幅度越来越慢。

步骤203、统计所有基站的初始利用率，并找出利用率最低的基站作为源基站并设置为预休眠状态；

步骤204、从时刻t开始的某一段时间T内，将源基站下服务的所有用户尝试切换到目的基站；

如图4所示，切换的具体步骤为：

步骤2041、源基站下服务的所有用户根据就近原则分别各选取一个目的基站；

步骤2042、针对某个用户，判断选取的目的基站利用率γ(t)是否小于1，如果是，该用户切换到该目的基站下，进入步骤2043；否则，直接进入步骤2045；

步骤2043、判断目的基站的发射功率能否保证新接入用户的QoS，如果能，则不需要改变目的基站发射功率，进入步骤2044；否则，该目的基站的发射功率增加到最大发射功率P_TH，进入步骤2044；

为了尽可能多的休眠基站，在某个目的基站没有足够的资源的时候可以选择适当的增加发射功率，尽可能的使所有的用户都切换成功。

步骤2044、判断目的基站的当前发射功率是否满足该基站上所有用户的QOS，如果能，则该用户切换到该目的基站，结束。否则，进入步骤2045；

步骤2045、该用户重新选择另一个目的基站，并返回步骤2042。

步骤205、当源基站下的所有用户全部切换到目的基站后，源基站由预休眠状态切换到休眠状态。

此时buff＝2；

步骤206、更新所有基站利用率，返回步骤203循环，直到不能有基站被休眠。

当源基站从预休眠装状态切换到休眠状态，因为有的基站接入了新的用户，所以要更新所有基站的利用率。最后循环上述的过程直到不能再有基站被休眠。

提出的基站休眠策略如下：

在算法的第4步找出基站利用率最低的基站，然后在第5步到第14步通过切换源基站下服务的所有用户休眠源基站。从第5步到第8步，因为目的基站有足够的资源，所以用户被允许接入。从第9步到第12步，因为目标没有足够的资源，但是为了接入用户适当的增加了发射功率。参数buff表示切换结果，如果buff保持初始值1，则表示源基站下没有用户，显然此时源基站应该被休眠；如果buff变成2，则表示所有的源基站下的用户都成功切换到相应的目的基站下，源基站也可以从预休眠状态切换到休眠状态；如果buff变成0，则表示源基站下有的用户无法切换到目的基站导致源基站无法休眠，此时整个网络趋近于饱和，无法再关闭基站，因此算法结束。

步骤三、将休眠的基站发射功率均设置为0；

由于休眠基站没有用户被服务，所以将其发射功率设置为0。

步骤四、针对时间段T，利用基站休眠策略后，计算所有小小区基站的能耗E和能量节约率ρ，保证能量节约率ρ达到最大；

小小区基站的能耗E为：

P^j是基站b_j的功率；P＝δηP_tr+P_c；P_c是基站休眠时消耗的功率，P_tr是基站的发射功率。η是能耗系数，δ为基站模式，当基站处于活跃状态，δ＝1；当基站处于休眠状态，δ＝0。

基站的能量节约率ρ如下：

E_s是采用了基站休眠策略时，所有小小区基站消耗的能量；E_ns是没有采用基站休眠策略时，所有小小区基站消耗的能量。

步骤五、在下一个时间段T内，根据信道的时变特性，采用基站发射功率自适应策略来调整各基站的发射功率减少中断的发生；

如图5所示，具体步骤为：

步骤501、针对某个未休眠基站m，根据当前信号判断在第t个时隙的利用率γ(t)是否为0，如果是，则记录该基站的发射功率P_tr(t,m)＝0，结束。否则，进入步骤502；

步骤502、继续判断该基站的利用率γ(t)是否小于1，如果是，进入步骤503；否则进入步骤504；

步骤503、判断当前基站的发射功率是否能保证该基站上所有用户的QoS，如果能，标记该基站的发射功率为P_tr(t,m)＝P_TL；否则，进入步骤504；

步骤504、将当前基站的发射功率设置为P_tr(t,m)＝P_HL。

步骤505、判断当某基站的发射功率为P_HL时，该基站在第t个时隙的利用率γ(t)是否小于1，如果是，进入步骤506；否则，发生中断，无法切换。

步骤506、判断当前基站的发射功率P_HL是否能保证该基站上所有用户的QoS，如果能，记录该基站发射功率为P_HL，否则，发生中断，无法切换。

若信道条件由于其他因素急速恶化，还是无法保证，此时无法再继续增加发射功率。因为如果基站发射功率过大会对相邻基站产生严重的干扰，那么在式(13)中的假设就不成立了。提出的算法如下：

步骤六、通过仿真验证，保证了用户QoS的情况下达到基站最优的能耗节约。

本文采用大量的仿真来验证提出的基站节能算法。在LTE分层小区架构的仿真场景中，基站数目为25，基站服务范围为2×2km²，用户数目为200，其他的仿真参数都是根据3GPPLTE协议，如下表1所示。

表1

参数描述	参数值
		信道带宽MaxWidth	3MHz
最小发射功率P<sub>TL</sub>	43dbm
		基站静态功率P<sub>c</sub>	865W
噪声功率σ<sup>2</sup>	-176dBm/Hz
		瑞利信道参数	0.5
路径损耗因子	3.0

仿真主要是验证提出的算法在不同的发射功率下，节能率和中断率这两个指标上的表现。随着发射功率的增加，SINR也不断增加，用户所需要的带宽资源就越少，从而，基站利用率不断降低，即通过增加基站发射功率可以降低基站利用率。然而，增加发射功率对利用率的影响也不断降低，特别是当发射功率比较高的时候，继续增加发射功率

如图6所示，可知提出的节能算法能取得很明显的节能效果。联合算法(step1+step2)和只用step1算法在发射功率为38dBm时分别能降低40％和32％的系统能量消耗。另外，还可以从图中发现，基站发射功率越高，节能率也越高，特别是在基站发射率比较低的时候这种效果越明显。这主要有两个原因，其一，当基站发射功率很高的时候，增加功率对基站利用率的影响很低，所以此时不会再发生某个基站有空闲的带宽资源接受另一个基站下被服务的用户，从而不会再有基站被休眠；其二，增加的发射功率也会增加系统的能耗。

由于在分层小区架构下信道条件变化的很快，而且幅度也很大，因此在第一个时隙做出的决策可能在后面的一段时间里不是很合适。因此，本文提出了采用step2来抵消由于小尺度衰落带来的影响，从而降低中断率。如图7所示，可以看到效果很明显。众所周知，基站处于满负载，即基站利用率很高的时候是最容易发生中断。当发射功率从31dBm增加到39dBm，基站利用率有显著的降低，因此有更多的带宽资源接入更多地用户，因此更多地基站被休眠，这一点在图中得到验证。然而，更多地基站被休眠，导致激活的基站处于更高的负载，因此更容易发生中断。当基站发射功率过高时，根据上述的分析，此时不会出现基站被休眠，激活状态的基站用户数不会增加，但是发射功率的增加会降低利用率，从而降低中断率，这一点也在图中得到了验证。

在LTE分层异构网络中，引入混合式基站节能方法，可以减少基站休眠对用户QoS带来的影响，从而在保证用户QoS情况下最优化的节约基站能耗。提出了时间粒度为分钟级，该方法考虑到分层小区架构下业务量时域和空域上的不均匀分布和小尺度衰落对中断率的影响。

Claims (3)

1.一种LTE分层小区架构中的绿色节能计算的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、针对LTE分层小区，建立宏小区-小小区架构通信系统；

通信系统包括：一个宏基站和M个小小区基站，N个用户随机分布在整个场景里；

用户集合U＝{u₁,u₂,...u_i,...u_N}；基站集合B＝{b₁,b₂,...b_j,...b_M}；

步骤二、针对时刻t开始的某个时间段T，在节能和保证用户最低QoS平衡的前提下，采用基站休眠策略，将基站进行休眠；

具体步骤如下：

步骤201、初始化用户和基站之间的服务关系矩阵A，基站的发射功率P_tr，用户的切换结果buff；

A[i,j]表示第i个用户u_i与第j个基站b_j之间的服务关系用矩阵，用户u_i被基站b_j服务，则A[i,j]＝1；否则A[i,j]＝0；

M个基站的发射功率P_tr为：

buff＝0，则表示源基站下所有用户无法切换到目的基站导致源基站无法休眠；buff＝1表示源基站下没有用户剩余，无法保证源基站下用户已经全部成功切换到目的基站；buff＝2表示所有的源基站下用户都切换到相应目的基站下，源基站从预休眠进入了休眠状态；

步骤202、针对M个基站，分别计算每个基站初始的利用率γ(t)；

初始时刻t₀下第j个基站b_j的利用率γ_j(t)，计算公式如下：

V_QoS是用户保证QoS所需要的最小的传输速率；MaxWidth_j是基站b_j分配到的频带资源；表示用户u_i接收到来自基站b_j的信干噪比；

计算公式如下：

是初始时刻t₀下用户u_i到基站b_j的信道增益；G_ch(D,t₀)＝10G_pl(D)/10·G_s(t₀)；G_pl表示大尺度衰落值，G_pl(D)＝K-10×r×log₁₀(D)；G_s(t₀)表示初始时刻t₀的小尺度衰落值；

r是信道衰落因子；d表示瑞利信道参数；D表示用户到基站的距离；

是初始时刻t₀基站b_j的发射功率，是基站b_j附近的基站集合；σ²是高斯白噪声方差；P_macro表示宏基站的发射功率；

步骤203、统计所有基站的初始利用率，并找出利用率最低的基站作为源基站并设置为预休眠状态；

步骤204、从时刻t开始的某一段时间T内，将源基站下服务的所有用户尝试切换到目的基站；

用户切换过程中目的基站满足以下限制条件，从而保证系统能量消耗最小：

目的基站的发送功率满足：大于最小的发送功率P_TL，且小于最大的发送功率P_TH；

目的基站的利用率γ_j(t)大于等于0且小于等于1；

用户的QoS所能忍受的最大中断率β_QoS大于每个时刻内的中断率β_Block(t)；

要求每一个用户在每一个时隙里只能连接一个基站；

步骤205、当源基站下的所有用户全部切换到目的基站后，源基站由预休眠状态切换到休眠状态；

步骤206、更新所有基站利用率，返回步骤203循环，直到不能有基站被休眠；

步骤三、将休眠的基站发射功率均设置为0；

步骤四、针对时间段T，利用基站休眠策略后，计算所有小小区基站的能耗E和能量节约率ρ，保证能量节约率ρ达到最大；

小小区基站的能耗E为：

P^j是基站b_j的功率；

基站的能量节约率ρ如下：

E_s是采用了基站休眠策略时，所有小小区基站消耗的能量；E_ns是没有采用基站休眠策略时，所有小小区基站消耗的能量；

步骤五、在下一个时间段T内，根据信道的时变特性，采用基站发射功率自适应策略来调整各基站的发射功率减少中断的发生；

步骤六、通过仿真验证，保证了用户QoS的情况下达到基站最优的能耗节约。

2.如权利要求1所述的一种LTE分层小区架构中的绿色节能计算的方法，其特征在于，所述的步骤204，具体步骤如下：

步骤2041、源基站下服务的所有用户根据就近原则分别各选取一个目的基站；

步骤2042、针对某个用户，判断选取的目的基站利用率γ(t)是否小于1，如果是，该用户切换到该目的基站下，进入步骤2043；否则，直接进入步骤2045；

步骤2043、判断目的基站的发射功率能否保证新接入用户的QoS，如果能，则不需要改变目的基站发射功率，进入步骤2044；否则，该目的基站的发射功率增加到最大发射功率P_TH，进入步骤2044；

步骤2044、判断目的基站的当前发射功率是否满足该基站上所有用户的QOS，如果能，则该用户切换到该目的基站，结束；否则，进入步骤2045；

步骤2045、该用户重新选择另一个目的基站，并返回步骤2042。

3.如权利要求1所述的一种LTE分层小区架构中的绿色节能计算的方法，其特征在于，所述的步骤五，具体步骤如下：

步骤501、针对某个未休眠基站，根据当前信号判断在第t个时隙的利用率γ(t)是否为0，如果是，则记录该基站的发射功率P_tr(t,r)＝0，结束；否则，进入步骤502；

步骤502、继续判断该基站的利用率γ(t)是否小于1，如果是，进入步骤503；否则进入步骤504；

步骤503、判断当前基站的发射功率是否能保证该基站上所有用户的QoS，如果能，标记该基站的发射功率为P_TL；否则，进入步骤504；

步骤504、将当前基站的发射功率设置为P_HL；

步骤505、判断当某基站的发射功率为P_HL时，该基站在第t个时隙的利用率γ(t)是否小于1，如果是，进入步骤506；否则，发生中断，无法切换；

步骤506、判断当前基站的发射功率P_HL是否能保证该基站上所有用户的QoS，如果能，记录该基站发射功率为P_HL，否则，发生中断，无法切换。