CN114828194B - 一种基于fttr室内移动用户接入概率的节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FTTR室内移动用户接入概率的节能方法，以覆盖概率与总功耗的比值为目标函数，考虑了用户覆盖概率与总功耗之间的权衡关系；灵活调整接入点的发射功率，能够获得更高效的服务性能。通过识别出用户的活动范围，有目的性地给热点区域分配资源可有效提高系统的能效，符合绿色通信的发展理念，符合高能效系统传输的原则。根据用户所在区域的概率，来调整接入点的发射功率以及总功耗，给该区域分配更多的通信资源，确保用户在某个位置有较优的接入概率的情况下，不浪费过多的功率资源。

Description

一种基于FTTR室内移动用户接入概率的节能方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，更具体地，涉及一种基于FTTR室内移动用户接入概率的节能方法。

背景技术

FTTR(Fiber to The Room，全光房间)，即通过最新的光纤代替传统的网线，把千兆宽带和千兆Wi-Fi带入到每个房间、办公室甚至桌面，以支撑家庭、校园和商业的数字化、智能化和信息化，通过全新的光纤+Wi-Fi6技术实现超千兆全屋覆盖。

FTTR技术的组网架构包含FTTR光网关、边缘ONT、配套光纤组件。FTTR光网关：新的网络设备类型，网络位置在OLT与边缘ONT之间，向上通过家庭光网连接OLT，向下提供家庭光网用以连接边缘ONT。相较于FTTH组网，FTTR光网关为FTTR组网提供了更大的灵活性。边缘ONT：与用户设备相接，向上通过家庭光网连接FTTR光网关，是ONU的组成部分。在功能方面，可根据匹配业务发展需求，提供更便捷的接入方式、更高的接入质量保障。WiFi通信已成为家庭上网方式的首要选择，然而在Wi-Fi通信中，信号强度会因为穿墙衰弱，并且用户行为在家庭中是随机且灵活的，往往会导致信号连接的不稳定性。通常，接入点的发射功率越大，覆盖概率越大。然而，配有高发射功率的接入点若不能有效覆盖用户，会造成一定的功率资源浪费。由此可见，如何确保用户在有较高的覆盖概率的同时，不消耗太多功率资源，以提升网络服务有效性，是当前亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于FTTR室内移动用户接入概率的节能，由此解决如何确保用户在有较高的覆盖概率的同时实现节能的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种基于FTTR室内移动用户接入概率的节能方法，包括：

S1，根据室内各接入点从用户终端获取的RSSI，确定所述用户终端到所述室内各接入点的距离；

S2，以

为约束条件，求解目标函数

以得到所述室内各接入点的发射功率；

其中，P_c为用户终端的覆盖概率，

K为接入点数量，P_t,k为第k个接入点的发射功率，d_k为用户到第k个接入点的距离，α为路径损耗指数且α＞2，P_th为功率阈值，P_std为接入点的静态功耗，P_max为总功耗的最大值。

按照本发明的第二方面，提供了一种基于FTTR室内移动用户接入概率的节能系统，包括：

第一处理模块，用于根据室内各接入点从用户终端获取的RSSI，确定所述用户终端到所述室内各接入点的距离；

第二处理模块，用于以

为约束条件，求解目标函数

以得到所述室内各接入点的发射功率；

其中，P_c为用户终端的覆盖概率，

K为接入点数量，P_t,k为第k个接入点的发射功率，d_k为用户到第k个接入点的距离，α为路径损耗指数且α>2，P_th为功率阈值，P_std为接入点的静态功耗，P_max为总功耗的最大值。

按照本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：

处理器；

存储器，其存储有计算机可执行程序，所述程序在被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如第一方面所述的方法。

按照本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如第一方面所述的方法。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明提供的基于FTTR室内移动用户接入概率的节能方法，以覆盖概率与总功耗的比值为目标函数，考虑了用户覆盖概率与总功耗之间的权衡关系；灵活调整接入点的发射功率，能够获得更高效的服务性能。通过识别出用户的活动范围，有目的性地给热点区域分配资源可有效提高系统的能效，符合绿色通信的发展理念，符合高能效系统传输的原则。

2、本发明提供的基于FTTR室内移动用户接入概率的节能方法，利用用户传输给ONU的信号强度信息获取用户到ONU的距离，检测用户所在的热点区域，根据用户所在区域的概率，来调整接入点的发射功率以及总功耗，给该区域分配更多的通信资源，确保用户有较高的覆盖概率的同时，能够保证不消耗太多功率资源，从而提升网络服务有效性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于FTTR室内移动用户接入概率的节能方法的流程图；

图2为FTTR系统的模型示意图；

图3为本发明实施例提供的基于FTTR室内移动用户接入概率的节能方法与基线方案的能效对比图；其中，基线方案为所有接入点都采用最大发射功率的情况；

图4为采用本发明实施例提供的基于FTTR室内移动用户接入概率的节能方法与采用基线方案时，能效随着接入点1的发射功率的变化示意图；

图5为本发明实施例提供的电子设备的框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例提供一种基于FTTR室内移动用户接入概率的节能方法，包括：

S1，根据室内各接入点从用户终端获取的RSSI，确定所述用户终端到所述室内各接入点的距离；

S2，以

为约束条件(即所有接入点的发射功率与静态功率总和有限)，求解目标函数

以得到所述室内各接入点的发射功率；

其中，P_c为用户终端的覆盖概率，

K为接入点数量，P_t,k为第k个接入点的发射功率，d_k为用户到第k个接入点的距离，α为路径损耗指数且α＞2，P_th为功率阈值，P_std为接入点的静态功耗，P_max为总功耗的最大值。

本发明提供的方法包括：

1)根据用户被接入的条件计算用户的接入概率，将接入概率与各个接入点的总功率的比值作为目标函数；

2)对目标函数进行分式规划，在总功率不超过特定值的约束下，将优化问题利用拉格朗日乘子法转化为等价形式，求得各个接入点对应的发射功率。

具体地，在考虑信道衰落情况下，对于路径损耗建模，标准路径损耗模型与路径损失指数α＞2。假设接入点到移动用户之间的信道增益经历瑞利衰落。瑞利衰落信道模型很好地刻画了一个现实的LoS信道。定义信噪比为：

其中，N₀为噪声功率，d是接入点到用户之间的距离，P_t为接入点的发射功率，h为对应的信道状态信息。

分析接入点的覆盖概率，定义为一个典型移动终端被覆盖的概率。即如果接收到的信噪比SNR超过目标阈值T，认为特定终端处于覆盖中，即

P_c＝P{SNR＞T}

其中d和h都是随机变量，上述覆盖概率可表示为：

其中，R为无线电遥控头的距离常数。根据802.11ac标准，为保证接收信号的质量，设定阈值功率P_th＝d^αN₀T的范围在-80dBm～-70dBm之间。

在家庭光网络中，可使用双频段WiFi，其中2.4G频段由于其频率相对5G较低，波长更长，衰减更小，在室内的穿墙能力也更强，因此本发明选用2.4G频段WiFi做覆盖测量，忽略墙体带来的信号衰减。

根据列出的覆盖概率表达式，代入gamma分布的互补累积分布函数，可得用户在距离接入点距离为d的情况下，覆盖概率为：

其中，P_th是已知的。

移动用户到第k个接入点的对应的发射功率记为P_t,k。将用户被覆盖概率用所有接入点的覆盖概率之积表示，如下：

显然，各个接入点的发射功率越大，用户被覆盖的概率也越大，考虑到节能，我们希望在总功耗尽可能小的情况下，获取较高的覆盖概率，因此本发明提出一项能效指标EE，目标函数如下：

优选地，根据各个接入点获取用户的接收信号强度指示，从而计算出用户到各个接入点的距离；即：用K个接入点接收到的来自用户的接收信号强度指示，分别计算用户到所述K个接入点的距离：

其中，d为用户到接入点的距离，d₀为参考距离，n为路径损耗指数，P_L(d)、P_L(d₀)分别为用户与接入点相距d、d₀时接入点接收到的来自用户的RSSI。

优选地，步骤S2具体为：

S21，依次采用Dinkelbach法、拉格朗日乘子法将所述目标函数等价为：

其中，

S23，求解上述目标函数，得到第k个接入点的发射功率P_t,k，根据公式

计算得到其它接入点的发射功率。

目标函数

是一个分式规划问题，利用Dinkelbach方法将优化问题化为如下等价形式，

其中，P_max为总功耗的最大值，取值范围为150mW-200mW，P_std为接入点的静态功耗。根据Dinkelbach分式规划的特性，原目标函数等价于：

maxη

只需求出η即可。

根据优化问题的目标函数及约束条件，引入KKT乘子β，优化问题的拉格朗日形式为：

由拉格朗日乘子法及KKT条件，可以得到以下表达式：

K个接入点的发射功率可以互相表示出来，因此，可以通过优化任一接入点k的发射功率P_t,k来优化所有接入点的功率，以通过优化接入点1的发射功率P_t,1来优化所有接入点的功率为例，接入点1的发射功率约束可以表示为：

其中，P_L(d_k)为用户关于接入点k的接收信号强度指示，为已知的。由于d_k，P_th已知，根据上述关系式可得P_t,1与η之间的关系：

η可化为仅与P_t,1有关的表达式，当P_t,1＝0时，η＝0；当P_t,1≠0时，令

易知，c为常数，可得到如下隐式表达式：

两边求导，可得关于η的表达式，目标函数最终化为：

为了求得η的最大值，需要计算出P_t,1，从而得到各个接入点的功率分配。例如在用户坐标为(5.7，15.15)的情况下，P_t,1约为57.4mW。

优选地，步骤S1之前，还包括：根据各接入点的位置确定最小室内区域。家庭光网络中的ONU可以获得K个接入点的坐标，将第k个接入点的坐标记为(x_k，y_k)，其中k∈{1,2,……K}，室内最小区域的四个顶点的坐标为(x_min，y_min)，(x_min，y_max)，(x_max，y_min)，(x_max，y_max)，其中，

包括K个分布在家庭区域的接入点，将用户坐标记为(x_u，y_u)，用户到第k个接入点的距离表示为d_k。

本发明实施例提供的基于FTTR室内移动用户接入概率的节能方法适用于用户在家庭中活动的场景，如图2所示，该室内存在三个边缘AP，用户可在该室内环境中自由移动。

图3为本发明实施例提供的基于FTTR室内移动用户接入概率的节能方法优化方案与基线方案的能效对比图，反映出在不同的接入点功率分配情况下，能效大小的不同。左侧为优化的功率分配，在生成随机用户坐标为(5.7，15.15)的情况下，获得的能效为7.9，然而，在同样的坐标下，三个接入点的发射功率都将其设为最大功率即80mW时，能效显然相对要小。虽然此时有较大的接入概率，但是资源的利用率并没有很优。

图4为本发明实施例提供的基于FTTR室内移动用户接入概率的节能方法中，在用户位置固定为(8，8)时，能效关于接入点1的发射功率的变化。另外，将优化接入点2和3的发射功率作为提出方案，将各个接入点最大传输功率作为基线方案，由此可见，功率越大，能效不一定越大。

下面对本发明提供的基于FTTR室内移动用户接入概率的节能系统进行描述，下文描述的基于FTTR室内移动用户接入概率的节能系统与上文描述的基于FTTR室内移动用户接入概率的节能方法可相互对应参照。

本发明实施例提供一种基于FTTR室内移动用户接入概率的节能系统，包括：

第一处理模块，用于根据室内各接入点从用户终端获取的RSSI，确定所述用户终端到所述室内各接入点的距离；

第二处理模块，用于以

为约束条件，求解目标函数

以得到所述室内各接入点的发射功率；

其中，P_c为用户终端的覆盖概率，

K为接入点数量，P_t,k为第k个接入点的发射功率，d_k为用户到第k个接入点的距离，α为路径损耗指数且α＞2，P_th为功率阈值，P_std为接入点的静态功耗，P_max为总功耗的最大值。

本发明实施例提供一种电子设备，包括：

处理器；

存储器，其存储有计算机可执行程序，所述程序在被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述任一实施例所述的方法。

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的方法。

本公开的实施例还示出了一种电子设备，电子设备500包括处理器510、可读存储介质520。该电子设备500可以执行上述任一实施例所述的基于FTTR的家庭用户热点区域识别方法。

具体地，处理器510例如可以包括通用微处理器、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))，等等。处理器510还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器510可以是用于执行参考上述任一实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。

可读存储介质520，例如可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，可读存储介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。可读存储介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(HDD)；光存储装置，如光盘(CD-ROM)；存储器，如随机存取存储器(RAM)或闪存；和/或有线/无线通信链路。

可读存储介质520可以包括计算机程序521，该计算机程序521可以包括代码/计算机可执行指令，其在由处理器510执行时使得处理器510执行上述任一实施例所述的方法流程及其任何变形。

计算机程序521可被配置为具有例如包括计算机程序模块的计算机程序代码。例如，在示例实施例中，计算机程序521中的代码可以包括一个或多个程序模块，例如包括521A、模块521B、……。应当注意，模块的划分方式和个数并不是固定的，本领域技术人员可以根据实际情况使用合适的程序模块或程序模块组合，当这些程序模块组合被处理器510执行时，使得处理器510可以上述任一实施例所述的方法流程及其任何变形。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于FTTR室内移动用户接入概率的节能方法，其特征在于，包括：

S1，根据室内各接入点从用户终端获取的RSSI，确定所述用户终端到所述室内各接入点的距离；

S2，以

为约束条件，求解目标函数

以得到所述室内各接入点的发射功率；

其中，P_c为用户终端的覆盖概率，

K为接入点数量，P_t,k为第k个接入点的发射功率，d_k为用户到第k个接入点的距离，α为路径损耗指数且α＞2，P_th为功率阈值，P_std为接入点的静态功耗，P_max为总功耗的最大值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据公式

计算用户终端到室内接入点的距离；其中，d为用户到接入点的距离，d₀为参考距离，n为路径损耗指数，P_L(d)、P_L(d₀)分别为用户与接入点相距d、d₀时接入点接收到的来自用户的RSSI。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2具体为：

S21，依次采用Dinkelbach法、拉格朗日乘子法将所述目标函数等价为：

其中，

S23，求解上述目标函数，得到第k个接入点的发射功率P_t,k，根据公式

计算得到其它接入点的发射功率。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1之前，还包括：根据各接入点的位置确定最小室内区域。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，室内最小区域的四个顶点的坐标为(x_min，y_min)，(x_min，y_max)，(x_max，y_min)，(x_max，y_max)，其中，

第k个接入点的坐标为(x_k，y_k)。

6.一种基于FTTR室内移动用户接入概率的节能系统，其特征在于，包括：

第一处理模块，用于根据室内各接入点从用户终端获取的RSSI，确定所述用户终端到所述室内各接入点的距离；

第二处理模块，用于以

为约束条件，求解目标函数

以得到所述室内各接入点的发射功率；

其中，P_c为用户终端的覆盖概率，

K为接入点数量，P_t,k为第k个接入点的发射功率，d_k为用户到第k个接入点的距离，α为路径损耗指数且α＞2，P_th为功率阈值，P_std为接入点的静态功耗，P_max为总功耗的最大值。

7.一种电子设备，其特征在于，包括：

处理器；

存储器，其存储有计算机可执行程序，所述程序在被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-5中任一项所述的方法。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。

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