CN106685627A - 一种用户与基站之间的数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用户与基站之间的数据传输方法，所述方法包括：网络中新到达的用户根据基站广播信息选择最优关联基站；其中，所述最优关联基站能使基站的平均时延和平均能耗达到最小；所述基站广播信息包括：基站的负载信息、基站的信号强度信息以及基站所能提供的可达速率信息；其中，所述最优关联基站按照下述方式确定：将所述负载信息、信号强度信息以及可达速率信息按照预设规则联合为一个数值；根据所述数值的大小，将网络中开启的基站在各用户端进行排序，其中优先级最高的基站即为所述最优关联基站。本发明提供的用户与基站之间的数据传输方法，能够在保证用户服务质量的前提下节约网络能耗。

Description

一种用户与基站之间的数据传输方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，涉及一种用户与基站之间的数据传输方法。

背景技术

随着无线蜂窝网络中用户数量的不断增加及用户所需数据速率的不断提高，无线蜂窝网络的规模也在不断扩大，巨大的网络规模和较多的无线设备造成了巨大的能量消耗，这严重违背了目前所提出的绿色网络的目标，而其中基站的能量消耗在整个网络的能耗中占主要部分。因此，在宏基站覆盖范围内密集部署低功耗、高容量的小基站成为在满足用户所需服务质量(QoS)的同时降低能耗的主要方式。

在引入小基站以达到降低能耗目的的同时，由于小基站的发射功率较小，若依然采取传统的根据RSP(received signal power，接收信号强度)的关联方案会使大多数用户依然选择关联宏基站，从而造成资源浪费，因此出现了如BRSP(biased-RSP)的用户关联方式以均衡宏基站和小基站的负载。

无线网络中的基站通常是按照巅峰时期用户所需的QoS进行部署的，而用户业务在时间和空间上均呈现不均匀性，这显然会造成轻负载时网络带宽资源和能量资源的浪费。故当网络中的负载较低时，关闭某些基站是实现网络节能的重要方式。

现有技术提出了一种在满足网络中开启基站不超载前提下的基站关断方法，该方法只需要保证在当前基站关闭后，网络中其他基站不会超载，就可以执行关断决策，关闭基站下的用户按照BRSP的方式重新关联基站，从而可以在很大程度上节约能耗。

发明人在研究现有技术的过程中发现其存在如下缺点：

密集网络下基站数目较多，基站间的干扰严重，且执行基站关断机制的复杂度较高；另外，当前基站关闭后，若只考虑开启基站不会超载这一个因素，当前基站下用户重新关联到其它开启基站后的QoS很难保证。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用户与基站之间的数据传输方法，能够在保证用户服务质量的前提下节约网络能耗。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用户与基站之间的数据传输方法，所述方法包括：

网络中新到达的用户根据基站广播信息选择最优关联基站；其中，所述最优关联基站能使基站的平均时延和平均能耗达到最小；所述基站广播信息包括：基站的负载信息、基站的信号强度信息以及基站所能提供的可达速率信息；

其中，所述最优关联基站按照下述方式确定：

将所述负载信息、信号强度信息以及可达速率信息按照预设规则联合为一个数值；

根据所述数值的大小，将网络中开启的基站在各用户端进行排序，其中优先级最高的基站即为所述最优关联基站。

进一步地，所述预设规则为：

按照下述公式确定用户的最优关联基站：

其中，i(x)表示用户的最优关联基站，x表示用户的位置，ρ_b表示基站的负载信息、P_b表示基站的信号强度信息，s_b(x)表示基站所能提供的可达速率信息，η和χ_b为预设常量，b表示基站，B_on表示基站群，A表示用户群。

进一步地，所述方法还包括：

收集基站的位置和负载信息；

计算基站间的距离和负载差值；

将相互之间的距离以及负载差值满足预设条件的基站分到同一个簇中。

进一步地，所述方法还包括：

在簇内，根据每个基站的影响因子进行基站关断决策；

验证基站关闭的负载限制条件和中断概率限制条件；

关闭基站下的用户选择簇内次优关联基站进行数据传输；

当每个簇中均不存在满足关闭要求的基站时，重新收集基站间的距离和负载信息并进行重新分簇，直到网络稳定。

进一步地，按照下述公式确定所述簇内每个基站的影响因子：

其中，F_b表示基站b的影响因子，ρ_m表示基站m的负载信息，ρ_b→m表示关闭基站b，开启基站m所引起的负载变化信息，表示处于开启状态的基站群，表示除基站b以外的处于开启状态的基站群。

进一步地，所述基站关断决策为：

选取簇内影响因子最小的基站作为待关闭基站。

进一步地，所述负载限制条件为：

保证簇内预设基站关闭后，其它基站的负载不会超过负载门限值；

所述中断概率限制条件为：

保证当前基站关闭后，其下用户的簇内次优关联基站带来的平均中断概率不会超过预设中断概率门限值。

进一步地，所述负载门限值为：

其中，ρ^th表示所述负载门限值，P_n表示待开启的基站n的发射功率，P_b表示待关闭的基站b的发射功率，表示待关闭的基站b的基本功耗，η、χ_n、χ_b均为预设常量。

进一步地，所述簇内次优关联基站按照下述方式确定：

在所述最优关联基站关闭后，根据最优关联基站的选取方式在簇内开启的基站中选取用户的关联基站，并将选取出的关联基站作为所述簇内次优关联基站。

进一步地，所述网络稳定包括：

重新分簇后网络中的基站均不能达到所述负载限制条件或中断概率限制条件，并且网络中不存在可以关闭的基站。

本发明的有益效果在于：

网络中新到达的用户可以根据基站广播信息选择使得基站的平均时延和平均功耗联合最小的关联方案。本发明通过在簇内采用正交资源分配方式可以有效消除干扰。在此基础上，和现有节能方法相比，本发明簇内节能方法的复杂度较低。关闭基站下的用户在簇内采用最优关联方法进行重新关联，当簇内不存在可关闭基站时采用分簇方法进行重新分簇，从而可以在保证用户服务质量的前提下达到了降低能耗的目的。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为密集异构网络的分簇结果示意图；

图2为用户到达后根据最优关联准则排队的示意图；

图3为分簇方法流程图；

图4为簇内节能方法流程图；

图5为三种方法循环调用的总示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

参见图1，图1为本发明研究场景示意图。在本发明实施例中，宏基站覆盖范围内密集部署小基站以满足巅峰时期用户的服务质量，因基站密集部署造成基站间干扰严重，且现有节能机制随着基站数目的增加呈现指数增长，故网络按照本发明提供的方法将网络中的基站分成了若干个簇。

本发明的用户与基站之间的数据传输方法可以拆分为三个方面，一方面是用户关联方法，一方面是分簇方法，另一方面为簇内节能方法。

参见图2，图2为本发明用户关联方法示意图。新用户到达网络后，根据基站广播的负载信息，信号强度信息以及可提供的可达速率信息，根据最优关联准则选取最优基站进行用户关联，并在所关联基站下排队等待服务，所述最优关联准则可以实现基站平均时延和平均能耗的联合最小化。具体地，网络中新到达的用户根据基站广播信息选择最优关联基站；其中，所述最优关联基站能使基站的平均时延和平均能耗达到最小；所述基站广播信息包括：基站的负载信息、基站的信号强度信息以及基站所能提供的可达速率信息。

在本实施方式中，所述最优关联基站按照下述方式确定：

将所述负载信息、信号强度信息以及可达速率信息按照预设规则联合为一个数值；

根据所述数值的大小，将网络中开启的基站在各用户端进行排序，其中优先级最高的基站即为所述最优关联基站。

其中，所述预设规则为：

按照下述公式确定用户的最优关联基站：

其中，i(x)表示用户的最优关联基站，x表示用户的位置，ρ_b表示基站的负载信息、P_b表示基站的信号强度信息，s_b(x)表示基站所能提供的可达速率信息，η和χ_b为预设常量，b表示基站，B_on表示基站群，A表示用户群。

参见图3，图3为本发明的分簇方法流程图，步骤如下：

步骤301：收集网络中各基站的位置和负载信息；

步骤302：计算出基站间的距离和负载差值；

步骤303：将相互之间的距离以及负载差值满足预设条件的基站分到同一个簇中，具体地可以将距离较近、负载差值较小的基站分到同一个簇中；

步骤304：判断分簇后网络中是否存在可以关闭基站，若存在，则在本发明的簇内节能方法执行完毕后，回到步骤301进行重新分簇，若不存在，则表示网络趋于稳定，不再重新分簇。

参见图4，图4为本发明的簇内节能方法示意图，步骤如下：

步骤401：调用公式：计算得到簇内每个基站的影响因子；其中，F_b表示基站b的影响因子，ρ_m表示基站m的负载信息，ρ_b→m表示关闭基站b，开启基站m所引起的负载变化信息，表示处于开启状态的基站群，表示除基站b以外的处于开启状态的基站群；

步骤402：调用公式：选取影响因子最小的基站为待关闭基站；

步骤403：调用公式：得到负载门限值，判断簇内开启基站的负载限制条件及待关闭基站下用户的中断概率限制条件；其中，ρ^th表示所述负载门限值，P_n表示待开启的基站n的发射功率，P_b表示待关闭的基站b的发射功率，表示待关闭的基站b的基本功耗，η、χ_n、χ_b均为预设常量；

步骤404：判定两个基站关闭的限制条件是否满足，若满足，待关闭基站关闭，其下用户选取簇内次优基站进行关联；若不满足，根据影响因子继续选取下一个待关闭基站，并回到步骤403进行限制条件判定；

步骤405：判断簇内是否还存在可关闭基站，若存在，回到步骤2继续执行，若不存在，则终止此流程。

其中，所述负载限制条件为：

保证簇内预设基站关闭后，其它基站的负载不会超过负载门限值；

所述中断概率限制条件为：

保证当前基站关闭后，其下用户的簇内次优关联基站带来的平均中断概率不会超过预设中断概率门限值。

参见图5，图5为三种方法循环调用的总示意图，步骤如下：

步骤501：基站广播负载信息，信号强度信息以及可提供的可达速率信息，新到达用户根据本发明提供的最优关联准则关联基站；

步骤502：根据基站位置信息及基站广播的负载信息，网络按照本发明提供的分簇方法对基站进行分簇；

步骤503：根据基站广播的负载信息，每个簇按照本发明提供的簇内节能方法进行基站关断决策，关闭基站下的用户根据所述最优关联准则在簇内选取次优基站，当簇内不存在可关闭基站则回到步骤502进行重新分簇，若重新分簇后依然不存在可关闭基站，则网络处于稳定状态，终止流程。

本发明的有益效果在于：

网络中新到达的用户可以根据基站广播信息选择使得基站的平均时延和平均功耗联合最小的关联方案。本发明通过在簇内采用正交资源分配方式可以有效消除干扰。在此基础上，和现有节能方法相比，本发明簇内节能方法的复杂度较低。关闭基站下的用户在簇内采用最优关联方法进行重新关联，当簇内不存在可关闭基站时采用分簇方法进行重新分簇，从而可以在保证用户服务质量的前提下达到了降低能耗的目的。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种用户与基站之间的数据传输方法，其特征在于，所述方法包括：

网络中新到达的用户根据基站广播信息选择最优关联基站；其中，所述最优关联基站能使基站的平均时延和平均能耗达到最小；所述基站广播信息包括：基站的负载信息、基站的信号强度信息以及基站所能提供的可达速率信息；

其中，所述最优关联基站按照下述方式确定：

将所述负载信息、信号强度信息以及可达速率信息按照预设规则联合为一个数值；

根据所述数值的大小，将网络中开启的基站在各用户端进行排序，其中优先级最高的基站即为所述最优关联基站。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设规则为：

按照下述公式确定用户的最优关联基站：

$i\left(x\right)=\underset{b\∈B_{on}}{\mathrm{argmax}}\frac{s_b\left(x\right)}{\mathrm{\η}{(1-{\mathrm{\ρ}}_b)}^{-2}+(1/{\mathrm{\χ}}_b)P_b},\∀x\∈A$

其中，i(x)表示用户的最优关联基站，x表示用户的位置，ρ_b表示基站的负载信息、P_b表示基站的信号强度信息，s_b(x)表示基站所能提供的可达速率信息，η和χ_b为预设常量，b表示基站，B_on表示基站群，A表示用户群。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

收集基站的位置和负载信息；

计算基站间的距离和负载差值；

将相互之间的距离以及负载差值满足预设条件的基站分到同一个簇中。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在簇内，根据每个基站的影响因子进行基站关断决策；

验证基站关闭的负载限制条件和中断概率限制条件；

关闭基站下的用户选择簇内次优关联基站进行数据传输；

当每个簇中均不存在满足关闭要求的基站时，重新收集基站间的距离和负载信息并进行重新分簇，直到网络稳定。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，按照下述公式确定所述簇内每个基站的影响因子：

$F_b=\underset{m\∈S_i^{on}\backslash b}{max}({\mathrm{\ρ}}_m+{\mathrm{\ρ}}_{b\→m}),\∀m\∈S_i^{on}$

其中，F_b表示基站b的影响因子，ρ_m表示基站m的负载信息，ρ_b→m表示关闭基站b，开启基站m所引起的负载变化信息，表示处于开启状态的基站群，表示除基站b以外的处于开启状态的基站群。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基站关断决策为：

选取簇内影响因子最小的基站作为待关闭基站。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述负载限制条件为：

保证簇内预设基站关闭后，其它基站的负载不会超过负载门限值；

所述中断概率限制条件为：

保证当前基站关闭后，其下用户的簇内次优关联基站带来的平均中断概率不会超过预设中断概率门限值。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述负载门限值为：

$\mathrm{\η}\frac{{\mathrm{\ρ}}^{th}}{1-{\mathrm{\ρ}}^{th}}+\frac{0.5}{{\mathrm{\χ}}_n}{\mathrm{\ρ}}^{th}{P}_n-(\mathrm{\η}\frac{2{\mathrm{\ρ}}^{th}}{2-{\mathrm{\ρ}}^{th}}+\frac{0.5}{{\mathrm{\χ}}_b}{\mathrm{\ρ}}^{th}{P}_b)=P_b^{Base}$

其中，ρ^th表示所述负载门限值，P_n表示待开启的基站n的发射功率，P_b表示待关闭的基站b的发射功率，表示待关闭的基站b的基本功耗，η、χ_n、χ_b均为预设常量。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述簇内次优关联基站按照下述方式确定：

在所述最优关联基站关闭后，根据最优关联基站的选取方式在簇内开启的基站中选取用户的关联基站，并将选取出的关联基站作为所述簇内次优关联基站。

10.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述网络稳定包括：

重新分簇后网络中的基站均不能达到所述负载限制条件或中断概率限制条件，并且网络中不存在可以关闭的基站。