CN110708745A - 一种适用于5g场景的基站休眠方法和基站设备 - Google Patents

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郑辰
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Abstract

本申请公开了一种适用于5G场景的基站休眠方法，包括：对各个基站分别计算当前时间段内的负载；根据计算得到的负载对相应的基站进行状态转移，并操作相应元器件的关断或开启；其中，基站的状态包括：正常工作状态NWM、轻度睡眠状态LSM以及重度睡眠状态DSM，且NWM、LSM、DSM所表示的基站的睡眠程度依次由浅到深。本申请还公开了一种对应的基站设备。应用本申请公开的技术方案，能够对基站进行有效的节能。

Description

一种适用于5G场景的基站休眠方法和基站设备
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别涉及一种适用于5G场景的基站休眠方法和基站设备。
背景技术
第五代移动通信系统(5G)在实现高速可靠的多媒体无线数据通信系统的同时，还应该尽可能地减少对能源的消耗，达到绿色通信的效果。现有的节能方案主要有两种：
方案一，对宏基站所在范围的整体的负载进行考量，如果其所在范围的负载长期处于一个很低的状态，那么就可以直接关闭该宏基站，通常关闭与重新打开的周期为一个月到一个季度。该节能方案的规划与实施过程比较简单，可以节省很多的人力物力。
方案二，在业务密集的区域布置大量的微小区、毫微小区、微微小区。根据业务区域的负载变化操作这些小基站(通常做法是关闭与重新打开)，而此时宏基站主要用来辅助完成业务区域下总吞吐量增益以及保证小区边缘用户的业务质量的任务。因为小基站的操作较为容易，所以可以在很好地保证通信区域下的业务质量的同时进行很客观的节能。
方案一存在的问题：
1、基站关闭(或重新打开)周期长，没有很好地利用在较短时间内(通常认为一天或者一个小时)负载变化的规律性与随机性；
2、这样进行的节能过程太不节约，而且所节省的能耗太少。
方案二存在的问题：
1、由于需要布置大量的微基站与微微基站，所以在部署通信网络时开销将会比较大；
2、该方案只能用于大规模的异构场景，对于较少用户或者业务不敏感的区域，节能效果不好。
发明内容
本申请提供了一种适用于5G场景的基站休眠方法和基站设备，以对基站进行有效的节能。
本申请公开了一种适用于5G场景的基站休眠方法，包括：
对各个基站分别计算当前时间段内的负载；
根据计算得到的负载对相应的基站进行状态转移，并操作相应元器件的关断或开启；
其中，基站的状态包括：正常工作状态NWM、轻度睡眠状态LSM以及重度睡眠状态DSM，且NWM、LSM、DSM所表示的基站的睡眠程度依次由浅到深。
较佳的，所述根据计算得到的负载对相应的基站进行状态转移包括：
当负载大于LSM转移到NWM的门限时，基站由LSM转移到NWM；
当负载大于DSM转移到NWM的门限时，基站由DSM转移到NWM；
当负载大于DSM转移到LSM的门限时，基站由DSM转移到LSM；
当负载与其一次导数的加权和小于NWM转移到LSM的门限时，基站由NWM转移到LSM；
当负载与其一次导数的加权和小于NWM转移到DSM的门限时，基站由NWM转移到DSM；
当负载与其一次导数的加权和小于或者LSM转移到DSM的门限时，基站由LSM转移到DSM；
当负载变化没有超出设定门限时，基站维持当前的状态。
较佳的，操作相应元器件的关断或开启包括：
在NWM状态下，基站开启所有正常通信所需的元器件；
在LSM状态下，基站关断导频信道，保留寻呼信令与控制信令；
在DSM状态下，基站关断控制链路与业务链路。
较佳的，与基站状态转移对应的链路转移过程包括：
基站α处于NWM时，其所属小区范围内用户的控制链路与业务链路均由基站α自身提供；
当基站α进入LSM时，其所属小区范围内用户的控制链路由基站α的处于NWM的邻基站β提供，基站α与其所属小区范围内用户之间的业务链路保持不变，由基站α自身提供；
当基站α进入DSM时，其所属小区范围内用户控制链路和业务链路均由基站α的处于NWM的邻基站β提供。
较佳的，按照以下公式计算各个基站的负载：
Figure BDA0001723607270000031
其中：Ti为第i个基站的负载量，χ为吞吐量系数，Hi为第i个基站的吞吐量，Htotal为整个网络的吞吐量，Di为关断第i个基站所带来的平均时延，Si为第i个基站用户的业务敏感度，max(0,x)返回0和x间的较大者，Nbase为可能休眠的基站数，Wi为第i个基站所用带宽，Wtotal为整个网络的带宽，λ为每一基站在网络中所占比例系数，
Figure BDA0001723607270000032
较佳的，在根据计算得到的负载对相应的基站进行状态转移之后，该方法还包括：
基于业务质量计算方法，分别对各个基站评估基站状态转移对于用户业务质量的影响是否合理，如果不合理，将基站的状态恢复到转移前的状态。
较佳的，所述业务质量计算方法包括：
按照
Figure BDA0001723607270000041
计算业务质量，其中：
ρ为时延权重系数，M为所评估区域中的用户数量，Di为第i个用户的时延，Dmax为可容忍的最大时延，Ri为第i个用户的传输速率，Rmin为许可的最小传输速率。
较佳的，该方法还包括：
监控整个网络的负载，在负载突增时，迅速唤醒处于轻度睡眠状态和/或重睡眠状态的基站。
本申请还公开了一种基站设备，包括：负载计算模块、状态转移模块，其中：
负载计算模块，用于对计算当前时间段内本基站设备的负载；
状态转移模块，用于根据计算得到的负载对本基站设备进行状态转移，并操作相应元器件的关断或开启；
其中，基站的状态包括：正常工作状态NWM、轻度睡眠状态LSM以及重度睡眠状态DSM，且NWM、LSM、DSM所表示的基站的睡眠程度依次由浅到深。
较佳的，所述根据计算得到的负载对本基站设备进行状态转移包括：
当负载大于LSM转移到NWM的门限时，由LSM转移到NWM；
当负载大于DSM转移到NWM的门限时，由DSM转移到NWM；
当负载大于DSM转移到LSM的门限时，由DSM转移到LSM；
当负载与其一次导数的加权和小于NWM转移到LSM的门限时，由NWM转移到LSM；
当负载与其一次导数的加权和小于NWM转移到DSM的门限时，由NWM转移到DSM；
当负载与其一次导数的加权和小于或者LSM转移到DSM的门限时，由LSM转移到DSM；
当负载变化没有超出设定门限时，维持当前的状态。
由上述技术方案可见，本申请提出的基站三状态休眠方案，既可以有效的利用业务负载多变的性质进行客观的节能，使基站的休眠过程更加平稳以降低终端与用户的业务抖动，同时通过基站的深度睡眠以达到大量节能的目的。该方案可实行于同构网络与异构网络，而且较容易对现有网络进行改进，因此，网络部署方面的开销也比较小。
附图说明
图1为本申请基站三状态的马尔科夫转移过程示意图；
图2为本申请基站状态转移对应的链路转移过程示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。
本申请的发明人通过分析发现：移动通信系统的负载依据时间与空间变化的规律性与随机性使得基站休眠成为节能中一个十分可行的方案，比起直接关闭和重新打开基站，更加节省资源。
基于上述分析，本申请提出一种适用于5G场景的基站休眠方法。
该方法首先将基站的状态分为三种：正常工作状态(NWM：Normal Work Mode)，轻度睡眠状态(LSM：Light Sleep Mode)以及重度睡眠状态(DSM：Deep Sleep Mode)。这三个状态的具体含义分别为：
在NWM状态下，基站开启所有正常通信所需的元器件，与其所在小区下的用户正常通信；
在LSM状态下，基站关断自身的导频信道，保留寻呼信令与控制信令，以达到节省控制信道能量的目的；
在DSM状态下，基站关断自身大部分通信的元器件，主要包括主空调(保留次空调维持机房的正常温度)、功率放大器、信号处理原件和射频设备，以节省大量的能量。
由上述定义可见：NWM、LSM、DSM这三种状态所表示的基站的睡眠程度依次由浅到深。
这三种状态的相互转移过程如图1所示：
其中，S()代表基站所处的状态，S(N)、S(L)与S(D)分别代表基站处于正常工作状态、轻度睡眠状态和重度睡眠状态。L表示负载，T为不同状态之间转移的门限值。这三种状态会在一定的情况下互相转移，这里的“一定的情况”主要是指负载的变化。具体的：
当负载大于相应门限时，基站由较深度的睡眠状态转为较浅度的睡眠状态；具体包括：
当负载大于LSM转移到NWM的门限时，基站由LSM转移到NWM，即：图1所示TLN<L，其中，TLN表示LSM转移到NWM的门限；
当负载大于DSM转移到NWM的门限时，基站由DSM转移到NWM，即：图1所示TDN<L，其中，TDN表示DSM转移到NWM的门限；
当负载大于DSM转移到LSM的门限时，基站由DSM转移到LSM，即：
图1所示TDL<L，其中，TDL表示DSM转移到LSM的门限；
同样的，当负载与其一次导数的加权和小于相应门限时，基站由较浅度的睡眠状态转为较深度的睡眠状态；具体包括：
当负载与其一次导数的加权和小于NWM转移到LSM的门限时，基站由NWM转移到LSM，即：图1所示TNL>(L+γ1·dL/dt)，其中，TNL表示NWM转移到LSM的门限，γ1表示权重，dL/dt表示负载的一次导数；
当负载与其一次导数的加权和小于NWM转移到DSM的门限时，基站由NWM转移到DSM，即：图1所示TND>(L+γ3·dL/dt)，其中，TND表示NWM转移到DSM的门限，γ3表示权重，dL/dt表示负载的一次导数；
当负载与其一次导数的加权和小于LSM转移到DSM的门限时，基站由LSM转移到DSM，即：图1所示TLD>(L+γ2·dL/dt)，其中，TLD表示LSM转移到DSM的门限，γ2表示权重，dL/dt表示负载的一次导数；
当一个基站所在位置的负载没有发生较大变化时(即：负载变化没有超出设定门限时)，基站维持自身当前的状态。基站的三种状态的整个互相转移以及自保持过程是符合马尔科夫链性质的。
与上述状态转移过程对应的链路转移过程如图2所示：
图2所示基站α即为本申请观察的基站。
在图2的(1)部分中，基站α处于NWM，其所属小区范围内用户的控制信令与业务信令均由基站α自身提供。
当基站α进入LSM时，如图2的(2)部分所示，基站α的控制链路被关闭，控制信令的能耗得到节省，而其所属小区范围内用户的控制信令发送任务由基站α的邻基站β代为完成(此时假设β一直处于正常工作状态)，而基站α与用户之间的业务链路保持不变，仍然由基站α自身提供。
当基站α进入DSM时，如图2的(3)部分所示，基站α的控制链路与业务链路同时关闭，整个基站的元器件能耗都得到节省，而之前所属小区范围内用户的业务信令发送任务也由基站α的邻基站β代为完成。在转接链路的过程中，始终保持用户业务的质量，所以用户先建立与邻基站β的新链路，再断开与原基站α的旧链路。
本申请还提出了一种新的评估业务质量与负载的方法，采用公式1评估业务质量(QoS)，采用公式2评估负载量。
Figure BDA0001723607270000071
公式1中，ρ为时延权重系数，M为所评估区域中的用户数量，Di为第i个用户的时延，Dmax为可容忍的最大时延，Ri为第i个用户的传输速率，Rmin为许可的最小传输速率。
公式2中，Ti为第i个基站的负载量，χ为吞吐量系数，Hi为第i个基站的吞吐量，Htotal为整个网络的吞吐量，Di为关断第i个基站所带来的平均时延，Si为第i个基站用户的业务敏感度，max(0,x)返回0和x间的较大者，Nbase为可能休眠的基站数，Wi为第i个基站所用带宽，Wtotal为整个网络的带宽，λ为每一基站在网络中所占比例系数，并可由公式3获得。
Figure BDA0001723607270000082
假设初始阶段各个基站都处于正常工作状态NWM，本申请以一定长度的时间段为周期，计算整个网络的负载，以评估整体的网络负荷，进而评估可节能优化的空间。本发明的具体实现过程描述如下：
步骤1：对各个基站分别计算当前时间段内的负载。
假设当前时间段为第t个时间段，本步骤中，可以利用如前所述的负载计算方法确定当前时间段内各个基站的负载。
步骤2：根据计算得到的负载对相应的基站进行状态转移，。
本步骤中，根据步骤1计算得到的各个基站的负载对相应的基站进行三状态的马尔科夫转移过程(NWM，LSM和DSM的互相转移)。并且，在基站进行状态转移时，操作相应元器件的关断或开启，以达到更新网络中各基站的状态的目的。
步骤3：基于业务质量计算方法，分别对各个基站评估基站状态转移对于用户业务质量的影响是否合理，如果不合理，将基站的状态恢复到转移前的状态。本步骤为可选步骤，采用该步骤能够在不影响用户业务质量的基础上，达到更好的节能目的。
步骤4：监控整个网络的负载，以确保在一个周期t内处于轻度睡眠状态和/或重度睡眠状态的基站可以在负载突增时迅速被唤醒。本步骤为可选步骤，如前所述，采用该步骤能够迅速唤醒一些处于轻度睡眠状态或重度睡眠状态的基站，以应对突发情况。
步骤5：进入第t+1个时间段，循环执行本申请所述的方法。
对应于上述方法，本申请还公开了一种基站设备，该基站设备包括：负载计算模块、状态转移模块，其中：
负载计算模块，用于对计算当前时间段内本基站设备的负载；
状态转移模块，用于根据计算得到的负载对本基站设备进行状态转移，并操作相应元器件的关断或开启；
其中，基站的状态包括：NWM、LSM以及DSM，且NWM、LSM、DSM所表示的基站的睡眠程度依次由浅到深。
较佳的，所述根据计算得到的负载对本基站设备进行状态转移包括：
当负载大于LSM转移到NWM的门限时，由LSM转移到NWM；
当负载大于DSM转移到NWM的门限时，由DSM转移到NWM；
当负载大于DSM转移到LSM的门限时，由DSM转移到LSM；
当负载与其一次导数的加权和小于NWM转移到LSM的门限时，由NWM转移到LSM；
当负载与其一次导数的加权和小于NWM转移到DSM的门限时，由NWM转移到DSM；
当负载与其一次导数的加权和小于或者LSM转移到DSM的门限时，由LSM转移到DSM；
当负载变化没有超出设定门限时，维持当前的状态。
本基站设备的其他操作与如前所述的方法部分相同，可参照执行，在此不再赘述。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于5G场景的基站休眠方法，其特征在于，包括：
对各个基站分别计算当前时间段内的负载；
根据计算得到的负载对相应的基站进行状态转移，并操作相应元器件的关断或开启；
其中，基站的状态包括：正常工作状态NWM、轻度睡眠状态LSM以及重度睡眠状态DSM，且NWM、LSM、DSM所表示的基站的睡眠程度依次由浅到深。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据计算得到的负载对相应的基站进行状态转移包括：
当负载大于LSM转移到NWM的门限时，基站由LSM转移到NWM；
当负载大于DSM转移到NWM的门限时，基站由DSM转移到NWM；
当负载大于DSM转移到LSM的门限时，基站由DSM转移到LSM；
当负载与其一次导数的加权和小于NWM转移到LSM的门限时，基站由NWM转移到LSM；
当负载与其一次导数的加权和小于NWM转移到DSM的门限时，基站由NWM转移到DSM；
当负载与其一次导数的加权和小于或者LSM转移到DSM的门限时，基站由LSM转移到DSM；
当负载变化没有超出设定门限时，基站维持当前的状态。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，操作相应元器件的关断或开启包括：
在NWM状态下，基站开启所有正常通信所需的元器件；
在LSM状态下，基站关断导频信道，保留寻呼信令与控制信令；
在DSM状态下，基站关断控制链路与业务链路。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，与基站状态转移对应的链路转移过程包括：
基站α处于NWM时，其所属小区范围内用户的控制链路与业务链路均由基站α自身提供；
当基站α进入LSM时，其所属小区范围内用户的控制链路由基站α的处于NWM的邻基站β提供，基站α与其所属小区范围内用户之间的业务链路保持不变，由基站α自身提供；
当基站α进入DSM时，其所属小区范围内用户控制链路和业务链路均由基站α的处于NWM的邻基站β提供。
5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，按照以下公式计算各个基站的负载：
Figure FDA0001723607260000021
其中：Ti为第i个基站的负载量，χ为吞吐量系数，Hi为第i个基站的吞吐量，Htotal为整个网络的吞吐量，Di为关断第i个基站所带来的平均时延，Si为第i个基站用户的业务敏感度，max(0,x)返回0和x间的较大者，Nbase为可能休眠的基站数，Wi为第i个基站所用带宽，Wtotal为整个网络的带宽，λ为每一基站在网络中所占比例系数，
Figure FDA0001723607260000022
6.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，在根据计算得到的负载对相应的基站进行状态转移之后，该方法还包括：
基于业务质量计算方法，分别对各个基站评估基站状态转移对于用户业务质量的影响是否合理，如果不合理，将基站的状态恢复到转移前的状态。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述业务质量计算方法包括：
按照
Figure FDA0001723607260000031
计算业务质量，其中：
ρ为时延权重系数，M为所评估区域中的用户数量，Di为第i个用户的时延，Dmax为可容忍的最大时延，Ri为第i个用户的传输速率，Rmin为许可的最小传输速率。
8.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
监控整个网络的负载，在负载突增时，迅速唤醒处于轻度睡眠状态和/或重睡眠状态的基站。
9.一种基站设备，其特征在于，包括：负载计算模块、状态转移模块，其中：
负载计算模块，用于对计算当前时间段内本基站设备的负载；
状态转移模块，用于根据计算得到的负载对本基站设备进行状态转移，并操作相应元器件的关断或开启；
其中，基站的状态包括：正常工作状态NWM、轻度睡眠状态LSM以及重度睡眠状态DSM，且NWM、LSM、DSM所表示的基站的睡眠程度依次由浅到深。
10.根据权利要求9所述的基站设备，其特征在于，所述根据计算得到的负载对本基站设备进行状态转移包括：
当负载大于LSM转移到NWM的门限时，由LSM转移到NWM；
当负载大于DSM转移到NWM的门限时，由DSM转移到NWM；
当负载大于DSM转移到LSM的门限时，由DSM转移到LSM；
当负载与其一次导数的加权和小于NWM转移到LSM的门限时，由NWM转移到LSM；
当负载与其一次导数的加权和小于NWM转移到DSM的门限时，由NWM转移到DSM；
当负载与其一次导数的加权和小于或者LSM转移到DSM的门限时，由LSM转移到DSM；
当负载变化没有超出设定门限时，维持当前的状态。
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