CN117156529B - 一种基站供电管理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基站供电管理方法及系统，属于通信技术领域。所述方法通过获取宏基站的历史数据得出功耗模型，进而确定宏基站的输入功率与空口发射功率的关系，根据宏基站的供电量调节空口发射功率与带宽和信道容量进而控制宏基站的功耗。根据基站的性能进行第二次调节，通过第二次调节空口发射功率与带宽和信道容量平衡宏基站的功耗与性能。根据第一PRB利用率确定微基站的工作状态。根据第二PRB利用率选择宏基站的下行调度算法，在节能的前提下保证用户使用通信资源的公平性和吞吐率。

Description

一种基站供电管理方法及系统
技术领域
本发明涉及通信设备管理技术领域，尤其涉及一种基站供电管理方法及系统。
背景技术
新增的业务模式使得通信基站的能耗大幅增长，这对基站电源的用电管控提出了更高的要求。例如中国专利文献CN110658412B公开了一种5G基站供电监测系统，该系统的各电压监测端口连接各电压处理电路的输入端，通过各电压处理电路获取到各电压监测端口的电压信号，并进行处理后输出给多回路检测装置，该系统的各电流监测端口连接各电流处理电路的输入端，通过各电流处理电路获取到各电流监测端口的电流信号，并且进行处理后输出给多回路检测装置，多回路检测装置针对于采集到的信号进行边缘计算后，根据边缘计算结果能够确定出基站供电系统的供电状态。但是该方法只考虑了基站的供电情况，没有考虑基站之间的转发业务对基站性能和功耗的影响。因此，现有技术有进一步改进的必要。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基站供电管理方法及系统。该方法通过调节带宽和信道容量控制基站的输入功率，通过两次调节空口发射功率、带宽、信道容量，平衡了宏基站的功耗与基站的性能，为宏基站提供更稳定的供电服务。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种基站供电管理方法，包括以下步骤：
步骤1：获取宏基站的历史输入功率和历史空口发射功率，通过最小二乘法拟合得出宏基站功耗模型的功耗系数和静态功率；
步骤2：计算宏基站的供电量，预设宏基站的输入功率最大值，根据宏基站的功耗模型和输入功率最大值确定空口发射功率最大值；
步骤3：预设带宽最小值、信道容量最小值，根据空口发射功率最大值、带宽最小值和信道容量最小值得出满足限值的参数集合；
步骤4：宏基站覆盖至少一个微基站，计算微基站的第一PRB利用率，确定处于工作状态的微基站；
步骤5：计算宏基站的第二PRB利用率，确定宏基站的下行调度算法；
步骤6：获取宏基站的当前输入功率，根据当前输入功率预测宏基站的电量需求值，若宏基站的供电量小于电量需求值，则根据参数集合调节宏基站的空口发射功率、带宽和信道容量；
步骤7：获取宏基站的性能数据，计算性能指数，设置宏基站的性能等级，根据性能等级预设性能指数限值；
步骤8：若性能指数小于性能指数限值，则根据参数集合再次调节宏基站的空口发射功率、带宽和信道容量，否则返回至步骤2；
步骤9：若性能指数仍小于性能指数限值且参数集合为空集，开启宏基站的蓄电池，返回步骤2，否则直接返回步骤2。
在本发明中，步骤1中，宏基站的功耗模型：
，
其中，P为输入功率，Pa为空口发射功率，Pe为静态功率，η为功耗系数，P1为休眠功率。
在本发明中，步骤2中，根据蓄电池供电量Q3与市电供电量Q1以及电量消耗值Q2计算宏基站的供电量Q，输入功率最大值PM=Q/t，t为供电时间，空口发射功率最大值PaM=(PM-Pe)/η。
在本发明中，步骤3中，参数集合Z={S1,S2,……,Sk}，元素Sk={Wk,Rk,Pak}，Wk为带宽，Rk为信道容量，Pak为空口发射功率。
在本发明中，步骤4中，第一PRB利用率=(占用微基站的PRB数/微基站可用的PRB数)×100%。
在本发明中，步骤5中，设置宏基站第二PRB利用率的第一限值λ1和第二限值λ2，下行调度算法包括：RR调度算法、PF调度算法、MaxC/I调度算法。
在本发明中，步骤7中，性能数据包括：连接过程E-RAB建立成功数目b1，服务请求过程E-RAB建立成功数目b2，承载建立过程E-RAB建立成功数目b3，连接过程E-RAB请求建立数目b4，服务请求过程E-RAB请求建立数目b5，承载建立过程E-RAB请求建立数目b6，RRC连接建立成功次数c1，RRC连接建立尝试次数c2，eNB内同频切换成功次数d1，eNB内同频切换请求次数d2，eNB内异频切换成功次数d3，eNB内异频切换请求次数d4。
在本发明中，步骤7中，性能指数包括：E-RAB建立成功率、RRC连接建立成功率、无线接通率、eNB内同频切换成功率、eNB内异频切换成功率，其中，E-RAB建立成功率=(b1+b2+b3)/(b4+b5+b6)×100%、RRC连接建立成功率=(c1/c2)×100%、无线接通率=E-RAB建立成功率×RRC连接建立成功率、eNB内同频切换成功率= (d1/ d2)×100%、eNB内异频切换成功率=(d3/d4)×100%。
一种实现所述基站供电管理方法的基站供电管理系统，包括宏基站、微基站，宏基站具有一供电管理单元、蓄电池，所述供电管理单元用于执行所述基站供电管理方法。
实施本发明这种基站供电管理方法及系统，其有益效果在于：本发明通过宏基站的功耗模型明确宏基站的输入功率与空口发射功率的关系，通过空口发射功率与带宽和信道容量之间的关系明确了宏基站的输入功率与带宽和信道容量的关系，估计与该宏基站存在转发业务的微基站的工作状态，通过第二PRB利用率选择宏基站的下行调度算法，通过设置性能指数限值和调节空口发射功率、带宽、信道容量，平衡了宏基站的功耗与性能，通过控制宏基站的空口发射功率和休眠微基站降低了耗费，通过预测基站的供电量提供更稳定的供电服务。
附图说明
图1为本发明宏基站覆盖微基站示意图；
图2为本发明基站供电管理方法的流程图；
图3为本发明的基站供电管理系统的框图。
具体实施方式
为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本发明的这种基站供电管理方法中，宏基站覆盖至少一个微基站，宏基站与微基站为用户提供通信服务，宏基站的覆盖范围大于微基站的覆盖范围。通过宏基站的功耗模型，得出宏基站的输入功率与空口发射功率的关系，通过空口发射功率与带宽和信道容量之间的关系控制宏基站的输入功率。根据第一PRB利用率确定微基站的工作状态，根据第二PRB利用率确定宏基站的下行调度算法。通过两次调节平衡了宏基站的输入功率与宏基站转发业务的性能。通过计算宏基站的供电量控制基站的耗费和稳定的运行。
实施例一
如图1至图2所示的本发明基站供电管理方法，包括以下步骤。
步骤1：获取宏基站的历史输入功率和历史空口发射功率，通过最小二乘法拟合得出宏基站功耗模型的功耗系数和静态功率。宏基站的功耗模型：
，
其中，P为输入功率，Pa为空口发射功率，Pe为静态功率，η为功耗系数，P1为休眠功率。获取一组历史输入功率(P1,P2,……,Pn)和历史空口发射功率(Pa1,Pa2,……,Pan)，根据最小二乘法求出：，
其中，f=1,……,n，n为数据个数，为历史输入功率的平均值，/>为历史空口发射功率的平均值。本实施案例不局限于此方法，还可以采用其它方法例如最小残差法对数据进行拟合。
步骤2：计算宏基站的供电量，预设宏基站的输入功率最大值，根据宏基站的功耗模型和输入功率最大值确定空口发射功率最大值。本实施例通过电量相关参数计算宏基站的供电量。电量相关参数包括：市电供电量Q1、电量消耗值Q2、蓄电池供电量Q3、供电时间t、蓄电池的状态Teg1。
，
供电量Q=Q1-Q2+Teg1×Q3。输入功率最大值PM=Q/t。将PM代入功耗模型，得出空口发射功率最大值PaM=(PM-Pe)/η。
步骤3：预设带宽最小值、信道容量最小值，根据空口发射功率最大值、带宽最小值和信道容量最小值得出满足限值的参数集合。将PaM、Wm和Rm代入公式：
，
得出参数集合Z={S1,S2,……,Sk}，其中，元素Sk={Wk,Rk,Pak}，Wk为带宽，Rk为信道容量，Pak为空口发射功率，k为满足限值集合中元素的个数，Pa为空口发射功率，PaM为空口发射功率最大值，W为带宽，Wm为带宽最小值，R为信道容量，Rm为信道容量最小值，N0为噪声功率。若满足参数集合为空，则重新预设带宽最小值、信道容量最小值。
步骤4：宏基站覆盖至少一个微基站，计算微基站的第一PRB利用率，确定处于工作状态的微基站。第一PRB利用率=(占用微基站的PRB数/微基站可用的PRB数)×100%。根据第一PRB利用率、与微基站具有覆盖关系的宏基站的第二PRB利用率和微基站的工作状态确定微基站的休眠系数和唤醒系数，关闭休眠系数大于休眠阈值的微基站，开启唤醒系数大于唤醒阈值的微基站。基站的种类包括微基站、宏基站。遍历微基站与所有宏基站的距离，距离微基站最近的宏基站与该微基站具有覆盖关系。微基站的工作状态：
，
当Teg2=0时，休眠系数ψ=0，唤醒系数为ζ，当Teg2=1时，休眠系数为ψ，唤醒系数ζ=0。PRB是无线通信系统中的物理资源块，用于传输无线信号和数据，PRB利用率是评估网络性能和优化网络资源分配的主要指标。
步骤5：计算宏基站的第二PRB利用率，确定宏基站的下行调度算法。本实施例宏基站的下行调度算法包括：RR调度算法、PF调度算法、MaxC/I调度算法。第二PRB利用率=(占用宏基站的PRB数/宏基站可用的PRB数)×100%。设置第二PRB利用率的第一限值λ1和第二限值λ2。若第二PRB利用率<λ1，则宏基站使用RR调度算法，若λ1≤第二PRB利用率<λ2，则宏基站使用PF调度算法，若第二PRB利用率≥λ2，则宏基站使用MaxC/I调度算法。
RR调度算法：通信中信道调度的一种策略，该调度策略使用户轮流使用共享资源，不会考虑瞬时信道条件，能保证各用户之间的公平性，但不能最大化基站的吞吐率。
PF调度算法：调度器根据用户的当前信号质量和历史的吞吐率特性，为每个用户计算比例公平因子，按照比例公平因子的大小依次调度各个激活用户。算法的目标是既保证用户之间的公平性，又保证基站的吞吐率。理论上，从公平性和吞吐率两方面来看，PF调度算法介于RR调度算法和MaxC/I调度算法之间。
MaxC/I调度算法：只考虑信道质量因素，每个调度时刻只调度当前信道质量最优的业务。可以最大化基站的吞吐率，但不能保证用户之间的公平性。
步骤6：获取宏基站的当前输入功率，根据当前输入功率预测宏基站的电量需求值，若宏基站的供电量小于电量需求值，则根据参数集合调节宏基站的空口发射功率、带宽和信道容量。电量需求值Q4=t×Pt，Pt为基站的当前输入功率，t为供电时间。调节的过程：将参数集合中元素按空口发射功率从小到大排序，选择空口发射功率最小的元素，若元素有多个，则随机选取一个，将空口发射功率、带宽和信道容量调节为元素中的对应值，同时从参数集合中去除被选中的元素。
步骤7：获取宏基站的性能数据，计算性能指数，设置宏基站的性能等级，根据性能等级预设性能指数限值。性能数据包括：连接过程E-RAB建立成功数目b1，服务请求过程E-RAB建立成功数目b2，承载建立过程E-RAB建立成功数目b3，连接过程E-RAB请求建立数目b4，服务请求过程E-RAB请求建立数目b5，承载建立过程E-RAB请求建立数目b6，RRC连接建立成功次数c1，RRC连接建立尝试次数c2，eNB内同频切换成功次数d1，eNB内同频切换请求次数d2，eNB内异频切换成功次数d3，eNB内异频切换请求次数d4。性能指数包括：E-RAB建立成功率、RRC连接建立成功率、无线接通率、eNB内同频切换成功率、eNB内异频切换成功率，其中，E-RAB建立成功率=(b1+b2+b3)/(b4+b5+b6)×100%、RRC连接建立成功率=(c1/c2)×100%、无线接通率=E-RAB建立成功率×RRC连接建立成功率、eNB内同频切换成功率= (d1/ d2)×100%、eNB内异频切换成功率=(d3/d4)×100%。
E-RAB是指用户平面的承载，RRC是指无线资源控制，eNB是指基站的名称。E-RAB建立成功指eNB成功为用户分配了用户平面的连接，E-RAB建立成功率反映了eNB接纳业务的能力。RRC连接建立成功率反映eNB的接纳能力，RRC连接建立成功意味着用户与网络建立了连接，是进行其他业务的基础。无线接通率反映小区对用户呼叫的接纳能力，直接影响用户对网络使用的感受。eNB内同频切换成功率和eNB内异频切换成功率反映了eNB内小区间切换的成功情况，保证用户在移动过程中使用业务的连续性，与系统切换处理能力和网络规划有关，用户可以直接感受到。
步骤8：若性能指数小于性能指数限值，则根据参数集合再次调节宏基站的空口发射功率、带宽和信道容量，否则返回至步骤2。再次调节的过程：若参数集合为空集，则第二次调节失败，反之，将参数集合中元素按空口发射功率从小到大排序，选择空口发射功率最小的元素，若元素有多个，则随机选取一个，将空口发射功率、带宽和信道容量调节为元素中的对应值，同时从参数集合中去除被选中的元素，循环步骤8。
步骤9：若性能指数仍小于性能指数限值且参数集合为空集，开启宏基站的蓄电池，返回步骤2，否则直接返回步骤2。可以同时向基站管理人员发出通知，对宏基站的剩余电量进行补充，例如补充绿色能源风能、太阳能，或者引入外市的电能。
实施例二
本实施例进一步公开了步骤4中确定微基站的工作状态的策略。宏基站集合Y={y1,y2,……,yh}，h为宏基站个数。将与同一个宏基站具有覆盖关系的微基站归纳为集合A={V1,V2,……,Vh}，其中，与宏基站y1有覆盖关系的微基站集合V1={x11,x12,……,}，g1为集合V1中元素个数，与宏基站y2有覆盖关系的微基站集合V2={x21,x22,……,/>}，g2为集合V2中元素个数，依此类推，与宏基站yh有覆盖关系的微基站集合Vh={xh1,xh2,……,/>}，gh为集合Vh中元素个数。V1中的微基站到宏基站y1距离归纳为集合L1={L11,L12,……,/>}，V2中的微基站到宏基站y2距离归纳为集合L2={L21,L22,……,/>}，依此类推，Vh中的微基站到宏基站yh距离归纳为集合Lh={Lh1,Lh2,……,/>}。
当Teg2=0时，微基站xij的第一PRB利用率=0，休眠系数ψij=0，唤醒系数为
，/>为Vi中第j个微基站与集合中第个q微基站的距离，其中，i=1,……,h，j=1,……,gi，q=1,……,gi，j≠q，Fiq为Vi中第q个微基站的第一PRB利用率，Fi为第i个宏基站的第二PRB利用率，Lij为Vi中第j个微基站到宏基站yi的距离，xij为Vi中第j个微基站。当Vi中的其它微基站的第一PRB利用率越高距离微基站xij越近、对应的宏基站的第二PRB利用率越高距离微基站xij越近，则微基站xij的唤醒系数越高，关闭休眠系数大于休眠阈值的微基站。
当Teg2=1时，微基站xij的唤醒系数ζij=0，休眠系数为ψij=1-微基站xij的第一PRB利用率，当微基站的第一PRB利用率越高，休眠系数越低，开启唤醒系数大于唤醒阈值的微基站。
实施例三
本实施例进一步公开了步骤6中设置性能等级的方法。在该方法中，根据宏基站的地理位置和连接用户数设置性能等级，根据性能等级预设性能指数限值。宏基站的地理位置包括：城市中心区域、城市非中心区域、偏僻郊区，连接用户数为u。根据宏基站的地理位置和连接用户数确定性能等级ε，如表1所示。
E-RAB建立成功率限值β1=ε×ω1，RRC连接建立成功率限值β2=ε×ω2，无线接通率限值β3=ε×ω3，eNB内同频切换成功率限值β4=ε×ω4，eNB内异频切换成功率限值β5=ε×ω5。ω1为E-RAB建立成功率限值的重要度，ω2为RRC连接建立成功率限值的重要度，ω3为无线接通率限值的重要度，ω4为eNB内同频切换成功率限值的重要度，ω5为eNB内异频切换成功率限值的重要度，可以根据每个性能指数的重要程度进行设置。本实施案例不限制预设性能指数限值的方式，除此之外还可以根据宏基站的覆盖范围、用户连接数密度、业务类型、流量设置性能指数限值。
实施例四
如图3所示，本发明还公开了实现所述基站供电管理方法的基站供电管理系统，包括宏基站、微基站，宏基站具有一供电管理单元、蓄电池。所述供电管理单元用于执行所述基站供电管理方法。蓄电池作为备用电源给宏基站供电。此外，该宏基站和微基站还可以包括阵列天线、市电接入端口等其他必要设备。
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 (9)

1.一种基站供电管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取宏基站的历史输入功率和历史空口发射功率，通过最小二乘法拟合得出宏基站功耗模型的功耗系数和静态功率；
步骤2：计算宏基站的供电量，预设宏基站的输入功率最大值，根据宏基站的功耗模型和输入功率最大值确定空口发射功率最大值；
步骤3：预设带宽最小值、信道容量最小值，根据空口发射功率最大值、带宽最小值和信道容量最小值得出满足限值的参数集合；
步骤4：宏基站覆盖至少一个微基站，计算微基站的第一PRB利用率，确定处于工作状态的微基站；
步骤5：计算宏基站的第二PRB利用率，确定宏基站的下行调度算法；
步骤6：获取宏基站的当前输入功率，根据当前输入功率预测宏基站的电量需求值，若宏基站的供电量小于电量需求值，则根据参数集合调节宏基站的空口发射功率、带宽和信道容量；
步骤7：获取宏基站的性能数据，计算性能指数，设置宏基站的性能等级，根据性能等级预设性能指数限值；
步骤8：若性能指数小于性能指数限值，则根据参数集合再次调节宏基站的空口发射功率、带宽和信道容量，否则返回至步骤2；
步骤9：若性能指数仍小于性能指数限值且参数集合为空集，开启宏基站的蓄电池，返回步骤2，否则直接返回步骤2。
2.根据权利要求1所述的基站供电管理方法，其特征在于，步骤1中，宏基站的功耗模型：
，
其中，P为输入功率，Pa为空口发射功率，Pe为静态功率，η为功耗系数，P1为休眠功率。
3.根据权利要求2所述的基站供电管理方法，其特征在于，步骤2中，根据蓄电池供电量Q3与市电供电量Q1以及电量消耗值Q2计算宏基站的供电量Q，输入功率最大值PM=Q/t，t为供电时间，空口发射功率最大值PaM=(PM-Pe)/η。
4.根据权利要求1所述的基站供电管理方法，其特征在于，步骤3中，参数集合Z={S1,S2,……,Sk}，元素Sk={Wk,Rk,Pak}，Wk为带宽，Rk为信道容量，Pak为空口发射功率。
5.根据权利要求1所述的基站供电管理方法，其特征在于，步骤4中，第一PRB利用率=(占用微基站的PRB数/微基站可用的PRB数)×100%。
6.根据权利要求1所述的基站供电管理方法，其特征在于，步骤5中，设置宏基站第二PRB利用率的第一限值λ1和第二限值λ2，下行调度算法包括：RR调度算法、PF调度算法、MaxC/I调度算法。
7.根据权利要求1所述的基站供电管理方法，其特征在于，步骤7中，性能数据包括：连接过程E-RAB建立成功数目b1，服务请求过程E-RAB建立成功数目b2，承载建立过程E-RAB建立成功数目b3，连接过程E-RAB请求建立数目b4，服务请求过程E-RAB请求建立数目b5，承载建立过程E-RAB请求建立数目b6，RRC连接建立成功次数c1，RRC连接建立尝试次数c2，eNB内同频切换成功次数d1，eNB内同频切换请求次数d2，eNB内异频切换成功次数d3，eNB内异频切换请求次数d4。
8.根据权利要求7所述的基站供电管理方法，其特征在于，步骤7中，性能指数包括：E-RAB建立成功率、RRC连接建立成功率、无线接通率、eNB内同频切换成功率、eNB内异频切换成功率，其中，E-RAB建立成功率=(b1+b2+b3)/(b4+b5+b6)×100%、RRC连接建立成功率=(c1/c2)×100%、无线接通率=E-RAB建立成功率×RRC连接建立成功率、eNB内同频切换成功率=(d1/ d2)×100%、eNB内异频切换成功率=(d3/d4)×100%。
9.一种实现权利要求1所述基站供电管理方法的基站供电管理系统，其特征在于，包括宏基站、微基站，宏基站具有一供电管理单元、蓄电池，所述供电管理单元用于执行权利要求1所述的基站供电管理方法。
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