CN110234128B - 无线接入频谱灵活光网络的能耗优化方法、系统 - Google Patents

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CN110234128B CN201910506488.8A CN201910506488A CN110234128B CN 110234128 B CN110234128 B CN 110234128B CN 201910506488 A CN201910506488 A CN 201910506488A CN 110234128 B CN110234128 B CN 110234128B
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Abstract

本发明提供一种无线接入频谱灵活光网络的能耗优化方法、系统，所述方法包括：获取一组业务请求；基于业务流量疏导算法，得到所述业务请求最小占用的远端射频头数目和最小占用的基带单元端口；基于流量疏导能耗优化的目标函数的约束条件，求解所述目标函数，以实现所述业务请求的传输。

Description

无线接入频谱灵活光网络的能耗优化方法、系统
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，具体地，涉及一种无线接入频谱灵活光网络的能耗优化方法、系统。
背景技术
随着互联网、大数据、数据中心、超高清晰视频、人工智能、虚拟现实、自动驾驶等业务需求的发展，当前移动网络带宽服务和传输速率难以适应业务发展需求，急需从网络带宽、速率、传输时延、效率等方面对移动网络进行升级换代。
第五代(5G)移动网络应运而生，第五代(5G)移动网络将不仅能提供不同的网络服务，如增强的移动宽带、媒体传输、工业应用、自动驾驶，而且还能满足大带宽和低延迟的应用服务需求。为了传输移动网络的数据业务，光通信网络在移动前传和回传网络中扮演着重要角色。
因此，提高5G移动网络的能耗效率，实现无线接入频谱灵活光网络的最优化功耗是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明至少部分解决解决大带宽、低时延、高效率的5G光接入移动网的能耗效率问题，通过采用业务流量疏导方法，提出面向功耗最小的整数线性规划模型，实现了无线接入频谱灵活光网络的最优化功耗。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种无线接入频谱灵活光网络的能耗优化方法，包括：
获取一组业务请求；
基于流量疏导能耗优化的目标函数的约束条件，求解所述目标函数，得到所述业务请求最小占用的远端射频头数目和最小占用的基带单元端口；
使用所述远端射频头数目和所述基带单元端口承载所述业务请求的流量需求；
其中，所述目标函数的表达式为：
Figure BDA0002092002260000021
式中，PRRH：远端射频头的单位功耗；Xi,j：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个RRH被占用，则Xi,j为1，否则为0；T:表示单位时间；PBBU：基带单元端口的单位功耗；Yi,k：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个BBU端口被占用，则Yi,k为1，否则为0；A：一组基站区域集合；i：在基站中第i区域的索引编号；j：第j个RRH的索引编号；k：第k个BBU端口索引编号；
所述目标函数的约束条件包括：(1)保证所述业务请求需求的带宽流量小于或等于第i个基站中的第j个RRH的容量；(2)保证所述业务请求需求的带宽流量小于或等于第i个基站中的第k个BBU端口的容量；(3)所述业务请求的带宽流量需求小于或等于在源节点区域(i＝s)到目的节点区域(i＝d)的RRH提供的容量；(4)所述业务请求的带宽流量需求小于或等于在源节点区域(i＝s)到目的节点区域(i＝d)的BBU端口提供的容量；(5)在源节点s或目的节点d上，保证了每一个所述业务请求(s,d)的带宽流量需求小于或等于在第j个基站上的RRH提供的容量；(6)在源节点s或目的节点d上，保证了每一个所述业务请求(s,d)的带宽流量需求小于或等于在第k个BBU端口所提供的容量。
可选地，所述基于业务流量疏导算法，得到所述业务请求最小占用的远端射频头数目和最小占用的基带单元端口，包括：
在本地小区基站中，根据每一个业务需求流量需求，进行流量信息收集与汇聚；
将这些汇聚的所述流量信息被切分成不同的数据速率，且所述数据速率和每一个前端功能的远端射频头所承载的速率一一对应相同。
可选地，所述基于流量疏导能耗优化的目标函数的约束条件，求解所述目标函数，包括：
获取所述目标函数的输入常量、变量索引、变量参数；
基于所述输入常量、所述变量索引、所述变量参数求解所述目标函数；
其中，所述输入常量包括：
1)PRRH：远端射频头的单位功耗；
2)PBBU：基带单元端口的单位功耗；
3)RRHCi,j：在第i区域里第j个RRH的容量；
4)BBUCi,k：在第i区域里第k个BBU端口的容量；
5)Λs,d：从源节点s到目的节点d的业务流量大小；
6)(s,d)：从源节点s到目的节点d的业务请求，其中s≠d；
7)CR：一组已知的业务请求；
8)A：一组基站区域集合；
9)AR：在一个基站中一组RRH集合；
10)B：在一个区域中一组BBU端口集合；
11)T:表示单位时间。
所述变量索引包括：
1)i：在基站中第i区域的索引编号；
2)j：第j个RRH的索引编号；
3)k：第k个BBU端口索引编号；
4)s和d：从源节点s到目的节点d的业务请求的索引编号。
所述变量参数包括：
1)Xi,j：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个RRH被占用，则Xi,j为1，否则为0；
2)Yi,k：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个BBU端口被占用，则Yi,k为1，否则为0；
3)
Figure BDA0002092002260000041
二进制变量，如果业务请求(s,d)占用第i个基站中第j个RRH，则
Figure BDA0002092002260000042
为1，否则为0；
4)
Figure BDA0002092002260000043
二进制变量，如果业务请求(s,d)占用第i个基站中第k个BBU端口，则
Figure BDA0002092002260000044
为1，否则为0。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种无线接入频谱灵活光网络的能耗优化系统，包括：
业务请求获取模块，用于获取一组业务请求；
运算模块，用于基于流量疏导能耗优化的目标函数的约束条件，求解所述目标函数，得到所述业务请求最小占用的远端射频头数目和最小占用的基带单元端口；
传输模块，使用所述远端射频头数目和所述基带单元端口承载所述业务请求的流量需求；
其中，所述目标函数的表达式为：
Figure BDA0002092002260000045
式中，PRRH：远端射频头的单位功耗；Xi,j：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个RRH被占用，则Xi,j为1，否则为0；T:表示单位时间；PBBU：基带单元端口的单位功耗；Yi,k：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个BBU端口被占用，则Yi,k为1，否则为0；A：一组基站区域集合；i：在基站中第i区域的索引编号；j：第j个RRH的索引编号；k：第k个BBU端口索引编号；
所述目标函数的约束条件包括：(1)保证所述业务请求需求的带宽流量小于或等于第i个基站中的第j个RRH的容量；(2)保证所述业务请求需求的带宽流量小于或等于第i个基站中的第k个BBU端口的容量；(3)所述业务请求的带宽流量需求小于或等于在源节点区域(i＝s)到目的节点区域(i＝d)的RRH提供的容量；(4)所述业务请求的带宽流量需求小于或等于在源节点区域(i＝s)到目的节点区域(i＝d)的BBU端口提供的容量；(5)在源节点s或目的节点d上，保证了每一个所述业务请求(s,d)的带宽流量需求小于或等于在第j个基站上的RRH提供的容量；(6)在源节点s或目的节点d上，保证了每一个所述业务请求(s,d)的带宽流量需求小于或等于在第k个BBU端口所提供的容量。
可选地，所述运算模块包括：
数据输入单元，用于获取所述目标函数的输入常量、变量索引、变量参数；
基于所述输入常量、所述变量索引、所述变量参数求解所述目标函数
本发明无线接入频谱灵活光网络的能耗优化方法、系统至少有如下有益效果：
无线网络流量由远端射频头通过汇聚的方式进入基带单元(BBU)池，通过采用流量疏导方法，把业务流量接入到频谱灵活光网络，使无线接入频谱灵活光网络提供服务。通过采用流量疏导方法，减少无线接入频谱灵活光网络的远端射频头和基带单元端口的数目，使网络的能耗降低。
附图说明
图1为本发明实施例1的无线接入频谱灵活光网络的能耗优化方法的流程图；
图2为本发明实施例1的无线接入频谱灵活光网络的能耗优化系统的框图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
无线(5G C-RAN)接入频谱灵活光网络的架构描述：
无线接入频谱灵活光网络由具备前端功能的远端射频头(RRH)、光无线前传/回传网络、基带单元(BBU)池、频谱灵活光网络所构成。远端射频头天线安装在本地小区基站端，通过无线网络的形式与不同的移动设备接入。基带单元池集中管理每一个基带单元，这些基带单元主要通过前传/回传光无线网络连接到远端射频头，中间环节需要通过光电和电光(O-E-O)转换。此外，一个基带单元端口和一个远端射频头连接，这样每一对基带单元端口和一个远端射频头通过通用公共无线电接口(CPRI)进行无线数据与光的数据交换。由于流量业务在远端射频头和基带单元之间动态变化，需要在远端射频头进行数据汇聚，而在基带单元端口上需要进行业务流量的疏导。数据流量将通过基带单元端口传输到频谱灵活光网络上。
无线接入频谱灵活光网络的能耗构成元件。在无线接入频谱灵活光网络的架构中，网络能耗主要包括：远端射频头、基带单元、O-E-O转换器、固定设备。这里并没有考虑O-E-O转换器和固定设备，因为降低O-E-O转换器的能耗，已有很多方法，而固定设备的能耗开销与数据流量大小的交接无关，但在网络中需要保证远端射频头和基带单元等设备的工作，特别是设备的降温。因此，在无线接入频谱灵活光网络中，只考虑远端射频头和基带单元的能耗，这里的能耗是单位时间(例如秒)内的功耗。
用以下式子表示无线接入频谱灵活光网络的功耗：
PC＝NRRH×PRRH+NBBU×PBBU
这里NRRH、PRRH、NBBU、PBBU分别表示远端射频头的数目、远端射频头的单位功耗、基带单元端口的数目、基带单元端口的单位功耗。若考虑单位时间，例如单位时间为秒，那么无线接入频谱灵活光网络的能耗数值和功耗值一样。
实施例1：
参加图1至2本实施例提供一种无线接入频谱灵活光网络的能耗优化方法，包括：
步骤11、获取一组业务请求；
步骤12、基于业务流量疏导算法，得到所述业务请求最小占用的远端射频头数目和最小占用的基带单元端口；
步骤13、基于流量疏导能耗优化的目标函数的约束条件，求解所述目标函数，以实现所述业务请求的传输；
其中，所述目标函数的表达式为：
Figure BDA0002092002260000071
式中，PRRH：远端射频头的单位功耗；Xi,j：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个RRH被占用，则Xi,j为1，否则为0；T:表示单位时间；PBBU：基带单元端口的单位功耗；Yi,k：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个BBU端口被占用，则Yi,k为1，否则为0；A：一组基站区域集合；i：在基站中第i区域的索引编号；j：第j个RRH的索引编号；k：第k个BBU端口索引编号；
所述目标函数的约束条件包括：
(1)保证所述业务请求需求的带宽流量小于或等于第i个基站中的第j个RRH的容量，表达式如下：
Figure BDA0002092002260000081
(2)保证所述业务请求需求的带宽流量小于或等于第i个基站中的第k个BBU端口的容量，表达式如下：
Figure BDA0002092002260000082
(3)所述业务请求的带宽流量需求小于或等于在源节点区域(i＝s)到目的节点区域(i＝d)的RRH提供的容量，表达式如下：
Figure BDA0002092002260000083
(4)所述业务请求的带宽流量需求小于或等于在源节点区域(i＝s)到目的节点区域(i＝d)的BBU端口提供的容量，表达式如下：
Figure BDA0002092002260000084
(5)在源节点s或目的节点d上，保证了每一个所述业务请求(s,d)的带宽流量需求小于或等于在第j个基站上的RRH提供的容量，表达式如下：
Figure BDA0002092002260000091
(6)在源节点s或目的节点d上，保证了每一个所述业务请求(s,d)的带宽流量需求小于或等于在第k个BBU端口所提供的容量，表达式如下：
Figure BDA0002092002260000092
可选地，所述基于业务流量疏导算法，得到所述业务请求最小占用的远端射频头数目和最小占用的基带单元端口，包括：
在本地小区基站中，根据每一个业务需求流量需求，进行流量信息收集与汇聚；
将这些汇聚的所述流量信息被切分成不同的数据速率，且所述数据速率和每一个前端功能的远端射频头所承载的速率一一对应相同。
在该方案中，能够恰好匹配每一个前端功能的远端射频头，有利于减少本地小区基站中前端功能的远端射频头个数。
可选地，当RRH的业务流量通过光无线前传/回传网络时，利用光线路终端(OLT)的N×M光开关，业务流量通过把光信号转换成电信号，即O-E转换，然后再通过电开关对业务进行流量疏导，把电信号转换成光信号，这样由本地小区基站的业务流量在光线路终端中经过光电光(O-E-O)，把业务流量接入到BBU端口中，最终流到频谱灵活光网络中。
可选地，一个基带单元端口和一个远端射频头连接，这样每一对基带单元端口和一个远端射频头通过通用公共无线电接口(CPRI)进行无线数据与光的数据交换。由于流量业务在远端射频头和基带单元之间动态变化，需要在远端射频头进行数据汇聚，而在基带单元端口上需要进行业务流量的疏导。通过业务流量疏导方法，最大可能地减少网络中使用RRH和BBU端口的数目，使数据流量将通过基带单元端口传输到频谱灵活光网络上。
可选地，所述步骤13，包括：
获取所述目标函数的输入常量、变量索引、变量参数；
基于所述输入常量、所述变量索引、所述变量参数求解所述目标函数；
其中，所述输入常量包括：
1)PRRH：远端射频头的单位功耗；
2)PBBU：基带单元端口的单位功耗；
3)RRHCi,j：在第i区域里第j个RRH的容量；
4)BBUCi,k：在第i区域里第k个BBU端口的容量；
5)Λs,d：从源节点s到目的节点d的业务流量大小；
6)(s,d)：从源节点s到目的节点d的业务请求，其中s≠d；
7)CR：一组已知的业务请求；
8)A：一组基站区域集合；
9)AR：在一个基站中一组RRH集合；
10)B：在一个区域中一组BBU端口集合；
11)T:表示单位时间。
所述变量索引包括：
1)i：在基站中第i区域的索引编号；
2)j：第j个RRH的索引编号；
3)k：第k个BBU端口索引编号；
4)s和d：从源节点s到目的节点d的业务请求的索引编号。
所述变量参数包括：
1)Xi,j：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个RRH被占用，则Xi,j为1，否则为0；
2)Yi,k：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个BBU端口被占用，则Yi,k为1，否则为0；
3)
Figure BDA0002092002260000111
二进制变量，如果业务请求(s,d)占用第i个基站中第j个RRH，则
Figure BDA0002092002260000112
为1，否则为0；
4)
Figure BDA0002092002260000113
二进制变量，如果业务请求(s,d)占用第i个基站中第k个BBU端口，则
Figure BDA0002092002260000114
为1，否则为0。
实施例2：
本实施例提供一种无线接入频谱灵活光网络的能耗优化系统，包括：
业务请求获取模块，用于获取一组业务请求；
运算模块，用于基于流量疏导能耗优化的目标函数的约束条件，求解所述目标函数，得到所述业务请求最小占用的远端射频头数目和最小占用的基带单元端口；
传输模块，使用所述远端射频头数目和所述基带单元端口承载所述业务请求的流量需求；
其中，所述目标函数的表达式为：
Figure BDA0002092002260000115
式中，PRRH：远端射频头的单位功耗；Xi,j：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个RRH被占用，则Xi,j为1，否则为0；T:表示单位时间；PBBU：基带单元端口的单位功耗；Yi,k：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个BBU端口被占用，则Yi,k为1，否则为0；A：一组基站区域集合；i：在基站中第i区域的索引编号；j：第j个RRH的索引编号；k：第k个BBU端口索引编号；
所述目标函数的约束条件包括：(1)保证所述业务请求需求的带宽流量小于或等于第i个基站中的第j个RRH的容量；(2)保证所述业务请求需求的带宽流量小于或等于第i个基站中的第k个BBU端口的容量；(3)所述业务请求的带宽流量需求小于或等于在源节点区域(i＝s)到目的节点区域(i＝d)的RRH提供的容量；(4)所述业务请求的带宽流量需求小于或等于在源节点区域(i＝s)到目的节点区域(i＝d)的BBU端口提供的容量；(5)在源节点s或目的节点d上，保证了每一个所述业务请求(s,d)的带宽流量需求小于或等于在第j个基站上的RRH提供的容量；(6)在源节点s或目的节点d上，保证了每一个所述业务请求(s,d)的带宽流量需求小于或等于在第k个BBU端口所提供的容量。
可选地，所述运算模块包括：
数据输入单元，用于获取所述目标函数的输入常量、变量索引、变量参数；
基于所述输入常量、所述变量索引、所述变量参数求解所述目标函数。
上述方案的系统可执行以上的方法，故其可减少远端射频头和基带单元端口的功耗。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种无线接入频谱灵活光网络的能耗优化方法，其特征在于，包括：
获取一组业务请求,其中每一个业务请求用(s，d)表示，s为源节点，d为目的节点；
基于业务流量疏导算法，得到所述业务请求最小占用的远端射频头数目和最小占用的基带单元端口；
基于流量疏导能耗优化的目标函数的约束条件，求解所述目标函数，以实现所述业务请求的传输；
其中，所述目标函数的表达式为：
Figure FDA0002578872950000011
式中，PRRH：远端射频头的单位功耗；Xi,j：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个RRH被占用，则Xi,j为1，否则为0；T:表示单位时间；PBBU：基带单元端口的单位功耗；Yi,k：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个BBU端口被占用，则Yi,k为1，否则为0；A：一组基站区域集合；R：在一个基站中一组RRH集合；B：在一个区域中一组BBU端口集合；i：在基站中第i区域的索引编号；j：第j个RRH的索引编号；k：第k个BBU端口索引编号；
所述目标函数的约束条件包括：(1)保证所述业务请求需求的带宽流量小于或等于第i个基站中的第j个RRH的容量；(2)保证所述业务请求需求的带宽流量小于或等于第i个基站中的第k个BBU端口的容量；(3)所述业务请求的带宽流量需求小于或等于在源节点区域(i＝s)到目的节点区域(i＝d)的RRH提供的容量,第i区域在源节点区域上，用i＝s表示,第i区域在目的节点区域上，用i＝d表示；(4)所述业务请求的带宽流量需求小于或等于在源节点区域(i＝s)到目的节点区域(i＝d)的BBU端口提供的容量；(5)在源节点s或目的节点d上，保证了每一个所述业务请求(s,d)的带宽流量需求小于或等于在第j个基站上的RRH提供的容量；(6)在源节点s或目的节点d上，保证了每一个所述业务请求(s,d)的带宽流量需求小于或等于在第k个BBU端口所提供的容量。
2.根据权利要求1所述的无线接入频谱灵活光网络的能耗优化方法，其特征在于，所述基于业务流量疏导算法，得到所述业务请求最小占用的远端射频头数目和最小占用的基带单元端口，包括：
在本地小区基站中，根据每一个业务需求流量需求，进行流量信息收集与汇聚；
将这些汇聚的所述流量信息切分成不同的数据速率，且所述数据速率和每一个前端功能的远端射频头所承载的速率一一对应相同。
3.根据权利要求1所述的无线接入频谱灵活光网络的能耗优化方法，其特征在于，所述基于流量疏导能耗优化的目标函数的约束条件，求解所述目标函数，包括：
获取所述目标函数的输入常量、变量索引、变量参数；
基于所述输入常量、所述变量索引、所述变量参数求解所述目标函数；
其中，所述输入常量包括：
1)PRRH：远端射频头的单位功耗；
2)PBBU：基带单元端口的单位功耗；
3)RRHCi,j：在第i区域里第j个RRH的容量；
4)BBUCi,k：在第i区域里第k个BBU端口的容量；
5)Λs,d：从源节点s到目的节点d的业务流量大小；
6)(s,d)：从源节点s到目的节点d的业务请求，其中s≠d；
7)CR：一组已知的业务请求；
8)A：一组基站区域集合；
9)R：在一个基站中一组RRH集合；
10)B：在一个区域中一组BBU端口集合；
11)T:表示单位时间；
所述变量索引包括：
1)i：在基站中第i区域的索引编号；
2)j：第j个RRH的索引编号；
3)k：第k个BBU端口索引编号；
4)s和d：从源节点s到目的节点d的业务请求的索引编号；
所述变量参数包括：
1)Xi,j：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个RRH被占用，则Xi,j为1，否则为0；
2)Yi,k：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个BBU端口被占用，则Yi,k为1，否则为0；
3)
Figure FDA0002578872950000031
二进制变量，如果业务请求(s,d)占用第i个基站中第j个RRH，则
Figure FDA0002578872950000032
为1，否则为0；
4)
Figure FDA0002578872950000033
二进制变量，如果业务请求(s,d)占用第i个基站中第k个BBU端口，则
Figure FDA0002578872950000034
为1，否则为0。
4.一种无线接入频谱灵活光网络的能耗优化系统，其特征在于，包括：
业务请求获取模块，用于获取一组业务请求,其中每一个业务请求用(s，d)表示，s为源节点，d为目的节点；
运算模块，用于基于流量疏导能耗优化的目标函数的约束条件，求解所述目标函数，得到所述业务请求最小占用的远端射频头数目和最小占用的基带单元端口；
传输模块，使用所述远端射频头数目和所述基带单元端口承载所述业务请求的流量需求；
其中，所述目标函数的表达式为：
Figure FDA0002578872950000041
式中，PRRH：远端射频头的单位功耗；Xi,j：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个RRH被占用，则Xi,j为1，否则为0；T:表示单位时间；PBBU：基带单元端口的单位功耗；Yi,k：二进制变量，如果在第i个基站中的第j个BBU端口被占用，则Yi,k为1，否则为0；A：一组基站区域集合；R：在一个基站中一组RRH集合；B：在一个区域中一组BBU端口集合；i：在基站中第i区域的索引编号；j：第j个RRH的索引编号；k：第k个BBU端口索引编号；
所述目标函数的约束条件包括：(1)保证所述业务请求需求的带宽流量小于或等于第i个基站中的第j个RRH的容量；(2)保证所述业务请求需求的带宽流量小于或等于第i个基站中的第k个BBU端口的容量；(3)所述业务请求的带宽流量需求小于或等于在源节点区域(i＝s)到目的节点区域(i＝d)的RRH提供的容量,第i区域在源节点区域上，用i＝s表示,第i区域在目的节点区域上，用i＝d表示；(4)所述业务请求的带宽流量需求小于或等于在源节点区域(i＝s)到目的节点区域(i＝d)的BBU端口提供的容量；(5)在源节点s或目的节点d上，保证了每一个所述业务请求(s,d)的带宽流量需求小于或等于在第j个基站上的RRH提供的容量；(6)在源节点s或目的节点d上，保证了每一个所述业务请求(s,d)的带宽流量需求小于或等于在第k个BBU端口所提供的容量。
5.根据权利要求4所述的无线接入频谱灵活光网络的能耗优化系统，其特征在于，所述运算模块包括：
数据输入单元，用于获取所述目标函数的输入常量、变量索引、变量参数；
基于所述输入常量、所述变量索引、所述变量参数求解所述目标函数。
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