KR101529131B1 - Method for switching dynamic base stations for green cellular networks - Google Patents

Method for switching dynamic base stations for green cellular networks Download PDF

Info

Publication number
KR101529131B1
KR101529131B1 KR1020140065548A KR20140065548A KR101529131B1 KR 101529131 B1 KR101529131 B1 KR 101529131B1 KR 1020140065548 A KR1020140065548 A KR 1020140065548A KR 20140065548 A KR20140065548 A KR 20140065548A KR 101529131 B1 KR101529131 B1 KR 101529131B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
switching
base station
network
system load
base stations
Prior art date
Application number
KR1020140065548A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
오은성
Original Assignee
한서대학교 산학협력단
오은성
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한서대학교 산학협력단, 오은성 filed Critical 한서대학교 산학협력단
Priority to KR1020140065548A priority Critical patent/KR101529131B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101529131B1 publication Critical patent/KR101529131B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/02Power saving arrangements
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00Network topologies
    • H04W84/02Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W92/00Interfaces specially adapted for wireless communication networks
    • H04W92/16Interfaces between hierarchically similar devices
    • H04W92/20Interfaces between hierarchically similar devices between access points
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

The present invention relates to a method for switching a dynamic base station (BS) to reduce energy consumption in a wireless cellular network. More specifically, to solve a problem of minimizing general energy related to a BS switching which is known to require a high computational complexity and a big signaling overhead, provided is the method for switching the dynamic base station for the green cellular network to reduce the energy consumption in the wireless cellular network, by using a switching-on/off based energy save (SWES) algorithm which is introduced with a new concept of a network-impact and is operated with a low computational complexity in a dispersive method, and turning off the BS which has a minimum impact on the network, one by one, considering an additional load increase of adjacent BSs.

Description

그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법{Method for switching dynamic base stations for green cellular networks} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a dynamic base station switching method for a green cellular network,

본 발명은 무선 셀룰러 네트워크에서의 에너지 소비를 감소하기 위한 동적(dynamic) 기지국(base station ; BS) 스위칭방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 높은 계산 복잡도(computational complexity)와 큰 신호 오버헤드(signaling overhead)가 요구되는 것으로 알려져 있는 BS 스위칭에 관련된 일반적인 에너지 최소화 문제를 해결하기 위한 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dynamic base station (BS) switching method for reducing energy consumption in a wireless cellular network and, more particularly, to a method and apparatus for high computational complexity and signaling The present invention relates to a method for solving a general energy minimization problem related to BS switching known to require overhead.

또한, 이를 위해, 본 발명은, 낮은 계산 복잡도를 가지고 분산적인 방식으로 동직될 수 있도록 구성되어 실제적으로 구현가능한 스위칭 온/오프 기반 에너지 절약(switching-on/off based energy save ; SWES) 알고리즘을 제안하고자 하는 것이다.
To this end, the present invention proposes a switching-on / off based energy save (SWES) algorithm that can be practically implemented so as to be able to be distributed in a distributed manner with low computational complexity I would like to.

최근, 스마트폰의 대중화로 이동통신망의 데이터 사용량이 급증함에 따라 이동통신 산업 전반에 걸쳐 에너지 소비도 증가하고 있고, 그로 인해 이동통신 산업의 탄소발자국(Carbon Footprint)도 꾸준히 증가하고 있다.
In recent years, with the popularization of smart phones, the data usage of mobile communication network has surged, so the energy consumption of the mobile communication industry has been increasing. As a result, the carbon footprint of the mobile communication industry is steadily increasing.

여기서, 탄소 발자국이란, 개인이나 단체가 직접 또는 간접적으로 발생시키는 온실 기체의 총량을 의미하는 것으로, 직접적으로 이산화탄소를 만들어내지 않아도 탄소를 이용해 만들어지는 제품을 사용한다면 간접적으로 이산화탄소를 발생시킨다고 할 수 있으며, 특히, 정보통신기술(Information and Communication Technoligy ; ICT) 분야에 있어서는, 전세계 이산화탄소 발생량의 대략 2%를 발생하는 것으로 평가되고 있다(참고문헌 1 내지 5 참조).
Here, the term "carbon footprint" means the total amount of greenhouse gas generated by an individual or a group directly or indirectly. If a product made of carbon is used without directly producing carbon dioxide, it can be said to generate carbon dioxide indirectly , And in particular in the field of information and communication technology (ICT), it is estimated to generate about 2% of the world's carbon dioxide emissions (cf. References 1 to 5).

또한, 2007년에서 2020년 사이에 전체 ICT 분야의 탄소 발자국은 2배 이하로 증가할 것으로 예상되는 반면, 셀룰러 네트워크의 탄소 발자국은 같은 기간 동안 거의 3배로 증가할 것으로 예측되고 있다.
Also, between 2007 and 2020, the carbon footprint of the entire ICT sector is expected to increase more than double, while the carbon footprint of cellular networks is expected to nearly triple over the same period.

아울러, 이산화탄소 배출 및 재사용 불가능한(non-renewable) 에너지원의 소비에 의해 야기되는 환경에 대한 잠재적인 악영향에 대한 인식이 높아지면서, 모든 산업 분야에서 보다 고효율의 에너지 시스템의 개발에 대한 요구가 어느 때보다도 강조되고 있으며, 이는, 무선통신 시스템에 있어서도 예외가 아니다.
In addition, as the awareness of the potential adverse effects on the environment caused by the emission of carbon dioxide and the consumption of non-renewable energy sources has increased, the demand for the development of more efficient energy systems in all industries And this is no exception in a wireless communication system.

더욱이, 셀룰러 네트워크 시스템의 운영비용(operational expenditure)의 주된 부분을 전기요금이 차지하므로, 셀룰러 네트워크 시스템 운영의 경제적인 관점에서도 효율적인 에너지 시스템의 개발이 중요하며, 일례로, 2013년에 전세계적으로 셀룰러 네트워크를 운영하기 위해 소비된 전력에 대한 비용은 220억 달러에 달하는 것으로 추정되고 있다(참고문헌 6 참조).
Moreover, the development of an efficient energy system is important from an economic point of view of the operation of a cellular network system, because electricity costs account for a major part of the operational expenditure of the cellular network system. For example, in 2013, The cost of power consumed to operate the network is estimated to reach $ 22 billion (see reference 6).

여기서, 셀룰러 네트워크의 전력 소비를 감소하기 위하여는, 전체 전력 소비의 60 ~ 80%를 차지하는 기지국(Base Station ; BS)에서의 전력소비를 감소하는 것이 바람직하다(참고문헌 7 및 참고문헌 8 참조).
Here, in order to reduce the power consumption of the cellular network, it is desirable to reduce the power consumption at the base station (BS) occupying 60 to 80% of the total power consumption (refer to Reference 7 and Reference 8) .

즉, 셀룰러 네트워크의 전력 소비를 감소하기 위하여는, 트래픽이 낮은 기간 동안에 이용률이 낮은(under-utilized) 일부의 기지국을 완전히 끄도록(turn off) 함으로써 전체 네트워크에서 소비되는 전력을 감소할 수 있도록 구성되는 잠재적인 에너지 절약을 위한 새로운 스위칭 온/오프 기반의 동적 기지국 동작방법 및 그러한 방법을 이용하여 전력소비를 감소할 수 있도록 구성되는 셀룰러 네트워크 시스템을 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
That is, in order to reduce the power consumption of the cellular network, it is desirable to reduce the power consumed in the entire network by turning off some of the under-utilized base stations during periods of low traffic. It is desirable to provide a new switching on / off based dynamic base station operation method for potential energy savings and a cellular network system configured to reduce power consumption using such a method. A device or a method is not provided.

[참고문헌] [references]

1. E. Oh and B. Krishnamachari, "Energy savings through dynamic base station switching in cellular wireless access networks", in Proc. 2010 IEEE GLOBECOM. 1. E. Oh and B. Krishnamachari, "Energy savings through dynamic base station switching in cellular wireless access networks ", in Proc. 2010 IEEE GLOBECOM.

2. "An inefficient truth", Global Action Plan, Tech. Rep., Dec. 2007. Available: http://www.globalactionplan.org.uk/ 2. "An inefficient truth", Global Action Plan, Tech. Rep., Dec. 2007. Available: http://www.globalactionplan.org.uk/

3. Gartner, "Green IT: the new industry shock wave", in 2007 Presentation Symp./ITXPO Conf. 3. Gartner, "Green IT: the new industry shock wave", in 2007 Presentation Symp./ITXPO Conf.

4. J. Malmodin, A. Moberg, D. Lunden, G. Finnveden, and N. Lovehagen, "Greenhouse gas emissions and operational electricity use in the ICT and entertainment & media sectors", J. Industrial Ecology, vol. 14, no. 5, pp. 770-790, Oct. 2010. 4. J. Malmodin, A. Moberg, D. Lunden, G. Finnveden, and N. Lovehagen, "Greenhouse gas emissions and operational electricity use in the ICT and entertainment & media sectors", J. Industrial Ecology, vol. 14, no. 5, pp. 770-790, Oct. 2010.

5. A. Fehske, G. Fettweis, J. Malmodin, and G. Biczok, "The global footprint of mobile communications: the ecological and economic perspective", IEEE Commun. Mag., vol. 49, no. 8, pp. 55-62, Aug. 2011. 5. A. Fehske, G. Fettweis, J. Malmodin, and G. Biczok, "The global footprint of mobile communications: the ecological and economic perspective", IEEE Commun. Mag., Vol. 49, no. 8, pp. 55-62, Aug. 2011.

6. "Mobile network energy OPEX to rise dramatically to $22 billion in 2013", Cellular News, July 3, 2008. 6. "Mobile network energy OPEX to rise dramatically to $ 22 billion in 2013", Cellular News, July 3, 2008.

7. K. Son, H. Kim, Y. Yi, and B. Krishnamachari, "Toward energy-efficient operation of base stations in cellular wireless networks", a book chapter of Green Communications: Theoretical Fundamentals, Algorithms, and Applications. CRC Press, Taylor & Francis, 2012. 7. K. Son, H. Kim, Y. Yi, and B. Krishnamachari, "Toward Energy-efficient Operation of Base Stations in Cellular Wireless Networks", in A Book Chapter of Green Communications: Theoretical Fundamentals, Algorithms, and Applications. CRC Press, Taylor & Francis, 2012.

8. M. A. Marsan, L. Chiaraviglio, D. Ciullo, and M. Meo, "Optimal energy savings in cellular access networks", in Proc. 2009 IEEE GreenComm. 8. M. A. Marsan, L. Chiaraviglio, D. Ciullo, and M. Meo, "Optimal energy savings in cellular access networks ", in Proc. 2009 IEEE GreenComm.

9. "Optimizing performance and efficiency of PAs in wireless base stations", white paper, Texas Instruments, Feb. 2009. 9. "Optimizing performance and efficiency of PAs in wireless base stations", white paper, Texas Instruments, Feb. 2009.

10. "Sustainable energy use in mobile communications", white paper, Ericsson, Aug. 2007. 10. "Sustainable energy use in mobile communications", white paper, Ericsson, Aug. 2007.

11. A. J. Fehske, F. Richter, and G. P. Fettweis, "Energy efficiency improvements through micro sites in cellular mobile radio networks", in Proc. 2009 IEEE GreenComm. 11. A. J. Fehske, F. Richter, and G. P. Fettweis, "Energy efficiency improvements through micro sites in cellular mobile radio networks ", in Proc. 2009 IEEE GreenComm.

12. P. Rost and G. Fettweis, "Green communications in cellular networks with fixed relay nodes", 2010 Cooperative Cellular Wireless Netw. 12. P. Rost and G. Fettweis, "Green communications in cellular networks with fixed relay nodes ", 2010 Cooperative Cellular Wireless Netw.

13. K. Son, E. Oh, and B. Krishnamachari, "Energy-aware hierarchical cell configuration: from deployment to operation", in Proc. 2011 IEEE INFOCOM Workshop Green Commun. and Net. 13. K. Son, E. Oh, and B. Krishnamachari, "Energy-aware hierarchical cell configuration: from deployment to operation", in Proc. 2011 IEEE INFOCOM Workshop Green Commun. and Net.

14. D. Willkomm, S. Machiraju, J. Bolot, and A. Wolisz, "Primary users in cellular networks: a large-scale measurement study", in Proc. 2008 IEEE DySPAN. 14. D. Willkomm, S. Machiraju, J. Bolot, and A. Wolisz, "Primary users in cellular networks: a large-scale measurement study ", in Proc. 2008 IEEE DySPAN.

15. L. Correia, D. Zeller, O. Blume, D. Ferling, Y. Jading, I. Godor, G. Auer, and L. Van Der Perre, "Challenges and enabling technologies for energy aware mobile radio networks", IEEE Commun. Mag., vol. 48, no. 11, pp. 66-72, Nov. 2010. 15. L. Correia, D. Zeller, O. Blume, D. Ferling, Y. Jading, I. Godor, G. Auer, and L. Van Der Perre, "Challenges and enabling technologies for energy aware mobile radio networks" IEEE Commun. Mag., Vol. 48, no. 11, pp. 66-72, Nov. 2010.

16. L. Chiaraviglio, D. Ciullo, M. Meo, and M. A. Marsan, "Energy-aware UMTS access networks", in Proc. 2008 IEEE WPMC. 16. L. Chiaraviglio, D. Ciullo, M. Meo, and M. A. Marsan, "Energy-aware UMTS access networks ", in Proc. 2008 IEEE WPMC.

17. M. A. Marsan and M. Meo, "Energy efficient management of two cellular access networks", in Proc. 2009 ACM GreenMetrics. 17. M. A. Marsan and M. Meo, "Energy efficient management of two cellular access networks ", in Proc. 2009 ACM GreenMetrics.

18. K. Son and B. Krishnamachari, "Speedbalance: speed-scaling-aware optimal load balancing for green cellular networks", in Proc. 2012 IEEE INFOCOM. 18. K. Son and B. Krishnamachari, "Speedbalance: speed-scaling-aware optimal load balancing for green cellular networks", in Proc. 2012 IEEE INFOCOM.

19. J. Kwak, K. Son, Y. Yi, and S. Chong, "Impact of spatio-temporal power sharing policies on cellular network greening", in Proc. 2011 WiOpt, pp. 167-174. 19. J. Kwak, K. Son, Y. Yi, and S. Chong, "Impact of spatio-temporal power sharing policies on cellular network greening ", in Proc. 2011 WiOpt, pp. 167-174.

20. E. Oh, B. Krishnamachari, X. Liu, and Z. Niu, "Towards dynamic energy-efficient operation of cellular network infrastructure", IEEE Commun. Mag., vol. 49, no. 6, pp. 56-61, June 2011. 20. E. Oh, B. Krishnamachari, X. Liu, and Z. Niu, "Towards dynamic energy-efficient operation of cellular network infrastructure", IEEE Commun. Mag., Vol. 49, no. 6, pp. 56-61, June 2011.

21. P. Rost and G. Fettweis, "On the transmission-computation-energy tradeoff in wireless and fixed networks", in Proc. 2010 IEEE GreenComm. 21. P. Rost and G. Fettweis, "On the transmission-computation-energy tradeoff in wireless and fixed networks ", in Proc. 2010 IEEE GreenComm.

22. W. Yang, L. Li, Y. Wang, and W. Sun, "Energy-efficient transmission schemes in cooperative cellular systems", in Proc. 2010 IEEE Green-Comm. 22. W. Yang, L. Li, Y. Wang, and W. Sun, "Energy-efficient transmission schemes in cooperative cellular systems", in Proc. 2010 IEEE Green-Comm.

23. Z. Niu, Y. Wu, J. Gong, and Z. Yang, "Cell zooming for cost-efficient green cellular networks", IEEE Commun. Mag., vol. 48, no. 11, pp. 74-79, Nov. 2010. 23. Z. Niu, Y. Wu, J. Gong, and Z. Yang, "Cell zooming for cost-efficient green cellular networks", IEEE Commun. Mag., Vol. 48, no. 11, pp. 74-79, Nov. 2010.

24. K. Son, S. Chong, and G. de Veciana, "Dynamic association for load balancing and interference avoidance in multi-cell networks", IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 8, no. 7, pp. 3566-3576, July 2009. 24. K. Son, S. Chong, and G. de Veciana, "Dynamic association for load balancing and interference avoidance in multi-cell networks", IEEE Trans. Wireless Commun., Vol. 8, no. 7, pp. 3566-3576, July 2009.

25. K. Son, H. Kim, Y. Yi, and B. Krishnamachari, "Base station operation and user association mechanisms for energy-delay tradeoffs in green cellular networks", IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 29, no. 8, pp. 1525-1536, Sept. 2011. 25. K. Son, H. Kim, Y. Yi, and B. Krishnamachari, "Base station operation and user association mechanisms for energy-delay tradeoffs in green cellular networks", IEEE J. Sel. Areas Commun., Vol. 29, no. 8, pp. 1525-1536, Sept. 2011.

26. R. M. Karp, "Reducibility among combinatorial problems", Complexity Computer Comput., vol. 40, no. 4, pp. 85-103, 1972. 26. R. M. Karp, "Reducibility among combinatorial problems ", Complexity Comput. Comput., Vol. 40, no. 4, pp. 85-103, 1972.

27. "IEEE draft amendment standard for local and metropolitan area networks-part 16: air interface for broadband wireless access systems-advanced air interface", IEEE, Piscataway, NJ, Sept. 2010, 802.16m. 27. "IEEE draft amendment standard for local and metropolitan area networks-part 16: air interface for broadband wireless access systems-advanced air interface", IEEE, Piscataway, NJ, Sept. 2010, 802.16m.

28. L. Sun, H. Tian, and P. Zhang, "Decision-making models for group vertical handover in vehicular communications", Telecommun. Syst., Dec. 2010. 28. L. Sun, H. Tian, and P. Zhang, "Decision-making models for group vertical handover in vehicular communications", Telecommun. Syst., Dec. 2010.

29. Q. Lu and M. Ma, "Group mobility support in mobile WiMAX networks", J. Netw. Comput. Appl., vol. 34, no. 4, pp. 1272-1282, July 2011. 29. Q. Lu and M. Ma, "Group mobility support in mobile WiMAX networks ", J. Netw. Comput. Appl., Vol. 34, no. 4, pp. 1272-1282, July 2011.

30. H. Cheon, B. Park, and D. Hong, "Adaptive multicarrier system with reduced feedback information in wideband radio channels", in Proc. 1999 IEEE VTC. 30. H. Cheon, B. Park, and D. Hong, "Adaptive multicarrier system with reduced feedback information in wideband radio channels ", in Proc. 1999 IEEE VTC.

31. G. Bianchi, L. Fratta, and M. Oliveri, "Performance evaluation and enhancement of the CSMA/CA MAC protocol for 802.11 wireless LANs", in Proc. 1996 IEEE PIMRC, vol. 2, pp. 392-396. 31. G. Bianchi, L. Fratta, and M. Oliveri, "Performance evaluation and enhancement of the CSMA / CA MAC protocol for 802.11 wireless LANs", in Proc. 1996 IEEE PIMRC, vol. 2, pp. 392-396.

32. G. P. Pollini, "Trends in handover design", IEEE Commun. Mag., vol. 34, no. 3, pp. 82-90, Mar. 1996. 32. G. P. Pollini, "Trends in handover design ", IEEE Commun. Mag., Vol. 34, no. 3, pp. 82-90, Mar. 1996.

33. K. Son, S. Lee, Y. Yi, and S. Chong, "REFIM: a practical interference management in heterogeneous wireless access networks", IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 29, no. 6, pp. 1260-1272, June 2011. 33. K. Son, S. Lee, Y. Yi, and S. Chong, "REFIM: a practical interference management in heterogeneous wireless access networks", IEEE J. Sel. Areas Commun., Vol. 29, no. 6, pp. 1260-1272, June 2011.

34. "IEEE 802.16m evaluation methodology document (EMD)", IEEE, Piscataway, NJ, Tech. Rep. IEEE 802.16m-08/004r5, Sept. 2009.
34. "IEEE 802.16m evaluation methodology document (EMD) ", IEEE, Piscataway, NJ, Tech. Rep. IEEE 802.16m-08 / 004r5, Sept. 2009.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 높은 계산 복잡도(computational complexity)와 큰 신호 오버헤드(signaling overhead)가 요구되는 것으로 알려져 있는 BS 스위칭에 관련된 종래의 에너지 최소화 문제를 해결하기 위해, 무선 셀룰러 네트워크에서의 에너지 소비를 감소하기 위한 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법을 제공하고자 하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for BS switching that is known to require high computational complexity In order to solve the conventional energy minimization problem, it is an object of the present invention to provide a dynamic base station switching method for a green cellular network for reducing energy consumption in a wireless cellular network.

또한, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 네트워크 영향(network-impact)이라는 새로운 개념을 도입하여 낮은 계산 복잡도를 가지고 분산적인 방식으로 동작될 수 있도록 구성되어 실제적으로 구현가능한 스위칭 온/오프 기반 에너지 절약(switching-on/off based energy save ; SWES) 알고리즘에 기반하여, 인접하는 BS들의 추가적인 부하 증가를 고려하여 네트워크에 미치는 영향이 최소화되는 BS를 하나씩 차례로 끄는(turn off) 것에 의해 무선 셀룰러 네트워크에서의 총 에너지 소비를 현저하게 감소할 수 있도록 구성되는 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법을 제공하고자 하는 것이다.
Further, the present invention introduces a new concept of network-impact as described later, and is constructed so that it can be operated in a distributed manner with a low computational complexity, thereby realizing a switching on / off based energy saving based on a switching-on / off-based energy save (SWES) algorithm, considering the additional load increase of neighboring BSs, And to provide a dynamic base station switching method for a green cellular network configured to significantly reduce total energy consumption.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 스위칭 온 오프 기반 에너지 절약(switching-on/off based energy save ; SWES) 알고리즘에 기반하여, 인접하는 기지국(Base Station ; BS)들의 추가적인 부하 증가를 고려하여 네트워크에 미치는 영향이 최소화되는 기지국을 스위칭 오프(switching-off) 하는 것에 의해 무선 셀룰러 네트워크에서의 총 에너지 소비를 감소할 수 있도록 구성되는 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법에 있어서, 네트워크상의 복수의 기지국이 각자 상기 네트워크에 미치는 영향을 판단하여 상기 네트워크에 미치는 영향이 가장 작은 기지국부터 순차적으로 스위칭 오프 되는 스위칭 오프 처리단계; 및 스위칭 오프 되지 않은 활성 기지국(active BS)의 시스템 부하가 미리 정해진 임계값(threshold)에 도달하면 상기 활성 기지국(active BS)에서 스위칭 오프된 기지국을 다시 스위칭 온 시키는 스위칭 온 처리단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법이 제공된다.
In order to achieve the above object, according to the present invention, based on a switching-on / off based energy save (SWES) algorithm, an additional load of neighboring base stations A dynamic base station switching method for a green cellular network configured to be able to reduce the total energy consumption in a wireless cellular network by switching off a base station whose influence on the network is minimized considering an increase in the number of base stations, A switching off processing step of sequentially determining the influence of a plurality of base stations on the network on the network and sequentially switching off the base stations having the least effect on the network; And a switching on processing step of switching on a base station switched off from the active base station again when a system load of an active base station that has not been switched off reaches a predetermined threshold value, A dynamic base station switching method for a green cellular network is provided.

여기서, 상기 스위칭 오프 처리단계는, 상기 네트워크상의 각각의 기지국(BS b)이 상기 기지국(BS b)에 연결된 복수의 사용자 단말(User Equipment ; UE)로부터 수신 신호강도 및 기지국 ID에 대한 정보를 주기적으로 피드백 받고, 상기 기지국(BS b)에 인접하는 복수의 인접 기지국(BS b')으로부터 시스템 부하 밀도(system load density)에 대한 정보를 수신하여 인접하는 기지국들과 공유하는 스위칭 오프 전처리(pre-processing) 단계; 상기 스위칭 오프 전처리 단계에서 수신된 정보에 근거하여 각각의 기지국에서 자신이 네트워크에 미치는 영향을 산출하여 자신이 오프될 수 있는지 없는지를 판단하는 스위칭 오프 결정(decision) 단계; 및 상기 스위칭 오프 결정 단계에서의 판단 결과에 따라 상기 네트워크에 미치는 영향이 적은 순서대로 각각의 기지국이 오프되는 스위칭 오프 후처리(post-processing) 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Here, the switching-off processing step may include periodically switching the information on the received signal strength and the base station ID from a plurality of user equipment (UE) connected to the base station (BS b) And receives information on the system load density from a plurality of neighboring base stations BS b 'adjacent to the BS b and shares the preamble with the neighbor BSs, processing; A switching off decision step of determining an influence of each base station on the network based on the information received in the switching off pre-processing step to determine whether the base station can be turned off; And a switching-off post-processing step in which the respective base stations are turned off in order of decreasing influence on the network according to a result of the determination in the switching-off determination step.

또한, 상기 스위칭 오프 결정단계는, 이하의 수학식을 이용하여, 각각의 기지국에서 자신이 네트워크에 미치는 영향을 나타내는 네트워크 영향(network impact)(Fb)을 산출하고,
In addition, the switching-off determining step calculates a network impact F b that indicates the influence of each base station on the network, using the following equation,

Figure 112014051295573-pat00001

Figure 112014051295573-pat00001

(여기서, Nb는 기지국 BS b에 인접하는 기지국의 집합이고, ρn은 시스템 부하이며,

Figure 112014051295573-pat00002
은 기지국의 스위치 오프로 인해 인접하는 기지국에 발생하는 추가적인 시스템 부하 증가임)
(Where N b is the set of base stations neighboring the base station BS b, ρ n is the system load,
Figure 112014051295573-pat00002
Is an additional system load increase that occurs at neighboring base stations due to the switch-off of the base station)

산출된 상기 네트워크 영향이 미리 정해진 시스템 부하 임계값(system load threshold)보다 작은 경우 오프 가능한 것으로 판단하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
When the calculated network impact is smaller than a predetermined system load threshold, processing is performed to determine that it is possible to be off.

아울러, 상기 스위칭 오프 후처리 단계는, 각각의 기지국에서 먼저 RTSO(request to switching-off)를 송신하고 인접하는 모든 기지국들로부터 CTSO(clear to switching-off)를 수신했을 때에만 해당 기지국이 자신의 인접하는 기지국들에게 CLSO(conformation of switching-off)를 보낸 후 오프 되는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
In addition, in the switching off post-processing step, when each base station first transmits a request to switching-off (RTSO) and receives CTSO (clear to switching-off) from all neighboring base stations, And a process of transmitting a CLSO (conformation of switching-off) to neighboring base stations and then performing a process of being turned off is performed.

더욱이, 상기 스위칭 오프 후처리 단계는, 각각의 기지국이 오프되기 전에 해당 기지국 및 인접하는 기지국들이 상기 RTSO 및 상기 CTSO를 포함하는 스위칭 오프 상태(switching-off status)에 관한 정보를 교환함으로써, 해당 기지국이 어떠한 조건 및 상태에서 오프되었는지를 인접하는 기지국들이 알고 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
Further, in the switching off post-processing step, before the respective base stations are turned off, the corresponding base station and adjacent base stations exchange information about a switching-off status including the RTSO and the CTSO, And the neighboring base stations are aware of what conditions and states are off.

또한, 상기 스위칭 오프 후처리 단계는, 각각의 기지국의 스위칭 오프 후 스위칭 오프된 기지국에 의해 서비스되고 있던 사용자 단말이 상기 스위칭 오프된 기지국을 제외하고 가장 강한 신호강도를 제공하는 인접하는 기지국으로 이동하도록 하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
Further, the switching off post-processing step may be performed such that a user terminal, which has been served by a base station that is switched off after switching off each base station, moves to an adjacent base station that provides the strongest signal strength Is performed.

아울러, 상기 스위칭 온 처리단계는, 상기 네트워크상의 임의의 기지국(BS b')에 인접하는 기지국들 중 하나의 기지국(BS b)으로부터 CLSO가 수신되면, 상기 기지국(BS b')은 해당 인접하는 기지국(BS b)이 스위치 오프될 것으로 판단하고, 상기 인접하는 기지국(BS b)이 오프된 후 상기 인접하는 기지국(BS b)으로부터의 핸드오버 트래픽을 포함하는 자신의 시스템 부하를 기록하는 처리가 수행되는 스위칭 온 전처리 단계; 상기 기지국(BS b')의 시스템 부하가 증가하여 스위치 오프된 상기 인접하는 기지국(BS b)을 스위칭 온 할 필요가 있는 것으로 판단되면, 스위치 오프된 상기 인접하는 기지국(BS b)에 스위칭 온 요청을 보내는 처리가 수행되는 스위칭 온 결정 단계; 및 상기 인접하는 기지국(BS b)이 상기 스위칭 온 요청을 수신하여 스위치 온 되면, 해당 서비스 가능지역에 위치한 사용자 단말(UE)이 최선의 신호강도에 근거하여 자신들의 서비스 기지국을 재선택하는 처리가 수행되는 스위칭 온 후처리 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
In addition, when the CLSO is received from one of the base stations (BS b) adjacent to an arbitrary base station (BS b ') on the network, the base station (BS b' A process of determining that the base station BS b is to be switched off and recording its own system load including the handover traffic from the neighboring base station BS b after the neighboring base station BS b is turned off A switching on preprocessing step performed; If it is determined that the system load of the base station BS b 'is increased and it is necessary to switch on the adjacent base station BS b switched off, A switching-on determining step of performing a process of transmitting a signal; And when the neighboring base station BS b receives the switching on request and is switched on, a process of the user terminals UE located in the service coverage area reselects their service base station based on the best signal strength And performing a switching-on post-processing step to be performed.

더욱이, 상기 스위칭 온 전처리 단계는, 상기 스위칭 오프 알고리즘의 상기 스위칭 오프 후처리 단계와 동시에 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
Furthermore, the switching-on preprocessing step is configured to be performed simultaneously with the switching-off post-processing step of the switching-off algorithm.

또한, 상기 스위칭 온 결정단계는, 상기 기지국(BS b')의 시스템 부하가 상기 전처리 단계에서 상기 인접하는 기지국(BS b)이 스위치 오프되었을 때 기록된 시스템 부하에 도달하면, 상기 기지국(BS b')에서 RTSON(request to switching-on)을 보내어 상기 인접하는 기지국(BS b)을 깨우는(wake up) 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
In addition, the switching on determining step may be performed when the system load of the base station BS b 'reaches the recorded system load when the adjacent base station BS b is switched off in the preprocessing step, The base station BS B is configured to perform a process of waking up the neighboring BS b by sending RTSON (request to switching-on).

아울러, 상기 스위칭 온 결정 단계는, 복수의 스위치 오프된 인접 기지국에 대하여 복수의 시스템 부하가 기록되어 있는 경우, 마지막에 기록된 시스템 부하에 근거하여 마지막에 스위치 오프된 기지국이 가장 먼저 스위치 온 되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
In addition, in the case where a plurality of system loads are recorded for a plurality of switched-off adjacent base stations, the switching-on determining step may be such that a base station that is finally switched off based on the last recorded system load is first switched on .

더욱이, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법을 이용하여, 인접하는 기지국들의 추가적인 부하 증가를 고려하여 네트워크에 미치는 영향이 최소화되는 기지국을 스위칭 오프(switching-off) 하는 것에 의해 무선 셀룰러 네트워크에서의 총 에너지 소비를 감소할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 통신시스템이 제공된다.
Further, according to the present invention, a dynamic base station switching method for the green cellular network described above is used to switch off a base station whose influence on the network is minimized considering an additional load increase of adjacent base stations And is configured to reduce the total energy consumption in the wireless cellular network. ≪ RTI ID = 0.0 > [0002] < / RTI >

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 무선 셀룰러 네트워크에서의 에너지 소비를 감소하기 위한 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법이 제공됨으로써, 높은 계산 복잡도(computational complexity)와 큰 신호 오버헤드(signaling overhead)가 요구되는 것으로 알려져 있는 BS 스위칭에 관련된 종래의 에너지 최소화 문제를 해결할 수 있다.
As described above, according to the present invention, there is provided a dynamic base station switching method for a green cellular network for reducing energy consumption in a wireless cellular network, thereby achieving high computational complexity and large signaling overhead. Can solve the conventional energy minimization problem associated with BS switching known to be required.

아울러, 본 발명에 따르면, 네트워크 영향(network-impact)이라는 새로운 개념을 도입하여 낮은 계산 복잡도를 가지고 분산적인 방식으로 동작될 수 있도록 구성되어 실제적으로 구현가능한 스위칭 온/오프 기반 에너지 절약(switching-on/off based energy save ; SWES) 알고리즘을 이용하여 구성되는 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법이 제공됨으로써, 인접하는 BS들의 추가적인 부하 증가를 고려하여 네트워크에 미치는 영향이 최소화되는 BS를 하나씩 차례로 끄는 것에 의해 무선 셀룰러 네트워크에서의 총 에너지 소비를 현저하게 감소할 수 있다.
In addition, according to the present invention, a new concept of network-impact can be introduced, so that it can be operated in a distributed manner with a low computational complexity, thereby realizing a switching on / off based switching-on a method of switching a BS in which the influence on a network is minimized in consideration of an additional load increase of neighboring BSs is proposed in order to provide a dynamic base station switching method for a green cellular network constituted using an off- Thereby significantly reducing the total energy consumption in the wireless cellular network.

도 1은 셀룰러 무선 네트워크로부터의 실제 트래픽 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 사용되는 수식 기호를 정리하여 나타낸 도면이다.
도 3은 기지국의 스위칭 오프에 의한 시스템 부하의 영향을 도식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 스위칭 알고리즘의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 SWES 알고리즘을 요약하여 표로 나타낸 도면이다.
도 6은 복합 트래픽 프로파일을 이용하여 본 발명에 따른 SWES 알고리즘의 에너지 절감량을 비교한 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 주중과 주말의 에너지 절감률을 나타내는 도면이다.
도 8은 이력 마진의 효과를 나타내는 도면이다.
도 9는 SWES(1, 1)에 대하여 스위칭 오프 처리를 통한 평균 시스템 부하의 변화를 나타내는 도면이다.
도 10은 SWES(1, 1)에 대하여 스위칭 오프 처리를 통한 BS 토폴로지 특성의 변화를 나타내는 도면이다.
도 11은 SWES(1, 1)에 대하여 스위칭 오프 처리를 통한 BS 토폴로지 특성의 변화를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 13은 도 12에 나타낸 본 발명에 따른 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법의 스위칭 오프 처리단계의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 14는 도 12에 나타낸 본 발명에 따른 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법의 스위칭 온 처리단계의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
1 is a diagram illustrating an actual traffic profile from a cellular wireless network.
Fig. 2 is a view showing the formula symbols used in the embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically illustrating the effect of a system load due to switching off of a base station.
4 is a diagram schematically showing a configuration of a switching algorithm according to the present invention.
5 is a table summarizing the SWES algorithm according to the present invention.
6 is a diagram illustrating a result of comparing energy savings of the SWES algorithm according to the present invention using a composite traffic profile.
Fig. 7 is a diagram showing the energy saving rates of weekdays and weekends.
8 is a diagram showing the effect of the hysteresis margin.
9 is a diagram showing a change in the average system load through the switching-off process for SWES (1, 1) .
10 is a diagram showing changes in the BS topology characteristic through the switching-off process for SWES (1, 1) .
11 is a diagram showing a change in the BS topology characteristic through the switching-off process for the SWES (1, 1) .
12 is a flowchart schematically showing the overall configuration of a dynamic base station switching method for a green cellular network according to the present invention.
FIG. 13 is a flowchart schematically illustrating a specific configuration of a switching-off processing step of a dynamic base station switching method for a green cellular network according to the present invention shown in FIG.
FIG. 14 is a flowchart schematically illustrating a specific configuration of a switching-on processing step of a dynamic base station switching method for a green cellular network according to the present invention shown in FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a dynamic BS switching method for a green cellular network according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
Hereinafter, it is to be noted that the following description is only an embodiment for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the contents of the embodiments described below.

또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
In the following description of the embodiments of the present invention, parts that are the same as or similar to those of the prior art, or which can be easily understood and practiced by a person skilled in the art, It is important to bear in mind that we omit.

아울러, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는, 설명을 간략히 하기 위해 동일한 참조부호를 붙이고 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
In the following description of the embodiments of the present invention, the same or similar components are denoted by the same reference numerals for brevity, and a detailed description thereof is omitted.

즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 높은 계산 복잡도(computational complexity)와 큰 신호 오버헤드(signaling overhead)가 요구되는 것으로 알려져 있는 BS 스위칭에 관련된 종래의 에너지 최소화 문제를 해결하기 위해, 무선 셀룰러 네트워크에서의 에너지 소비를 감소하기 위한 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법에 관한 것이다.
That is, in order to solve the conventional energy minimization problem related to BS switching, which is known to require a high computational complexity and a large signaling overhead as described later, And more particularly, to a dynamic base station switching method for a green cellular network for reducing energy consumption in a cellular network.

또한, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 네트워크 영향(network-impact)이라는 새로운 개념을 도입하여 낮은 계산 복잡도를 가지고 분산적인 방식으로 동작될 수 있도록 구성되어 실제적으로 구현가능한 스위칭 온/오프 기반 에너지 절약(switching-on/off based energy save ; SWES) 알고리즘에 기반하여, 인접하는 BS들의 추가적인 부하 증가를 고려하여 네트워크에 미치는 영향이 최소화되는 BS를 하나씩 차례로 끄는(turn off) 것에 의해 무선 셀룰러 네트워크에서의 총 에너지 소비를 현저하게 감소할 수 있도록 구성되는 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법에 관한 것이다.
Further, the present invention introduces a new concept of network-impact as described later, and is constructed so that it can be operated in a distributed manner with a low computational complexity, thereby realizing a switching on / off based energy saving based on a switching-on / off-based energy save (SWES) algorithm, considering the additional load increase of neighboring BSs, To a dynamic base station switching method for a green cellular network configured to significantly reduce total energy consumption.

계속해서, 도면을 참조하여, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법의 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
Next, with reference to the drawings, the detailed contents of the dynamic base station switching method for the green cellular network according to the present invention configured as described above will be described.

먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 셀룰러 무선 네트워크로부터의 실제 트래픽 프로파일을 나타내는 도면이다.
Referring first to Figure 1, Figure 1 is a diagram illustrating an actual traffic profile from a cellular wireless network.

더 상세하게는, 도 1에 있어서, 도 1에 나타낸 트래픽 프로파일은, 임의의 셀룰러 운영자(operator)에 의해 기록된 1주일간의 정규화된(normalized) 실제 트래픽 부하를 나타내는 것으로, 대도시 도심 지역에서 1주일 동안의 음성통화 정보를 1초의 해상도(resolution)로 나타내고, 30분의 타임 스케일(time-scale)로 평균하여(averaged) 나타낸 데이터이다.
More specifically, in FIG. 1, the traffic profile shown in FIG. 1 represents the normalized actual traffic load for one week recorded by any cellular operator, (Averaged) with a resolution of 1 second and a time-scale of 30 minutes.

즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 야간의 트래픽 프로파일이 주간보다 훨씬 낮은 것을 알 수 있으며, 또한, 평일과 주말/휴일 사이의 트래픽에 차이가 있음을 알 수 있으며, 아울러, 이러한 결과는, 종래기술 문헌에 제시된 내용과도 일치한다(참고문헌 14 참조).
That is, as shown in FIG. 1, it can be seen that the traffic profile at night is much lower than that during the week, and it can be seen that there is a difference in the traffic between the weekday and the weekend / holiday, It also coincides with what is presented in the literature (see reference 14).

여기서, 운영자는 피크타임 트래픽을 지원할 수 있도록 기지국을 설치해야 하나, 이러한 구성은, 그 외의 시간대, 특히, 야간 및 주말에는, 필연적으로 대부분의 기지국이 사용률이 낮은(under-utilized) 상태로 있게 된다는 문제가 있다.
Here, the operator has to set up the base station to support peak time traffic, but this configuration is inevitably left in an under-utilized state at other times of the day, especially at night and on weekends there is a problem.

그러나 기지국은, 동작이 거의 없거나 동작하지 않는 동안에도 대부분 그들의 최대 소비전력을 소비하며(참고문헌 15 참조), 따라서 기지국의 사용률에 따라 동적으로 기지국을 스위칭 온/오프하는 것에 의해 전체 셀룰러 네트워크의 전력 소비를 크게 절감할 수 있다.
However, the base station consumes most of its maximum power consumption even when there is little or no operation (see ref. 15), and thus the power of the entire cellular network by switching the base station dynamically according to the usage rate of the base station The consumption can be greatly reduced.

즉, 트래픽 프로파일은 시간 및 공간에 따라 변화하며, 그에 따라 기지국의 사용률이 낮은 특정한 기간 및 위치가 존재하게 되므로, 이에, 본 발명자들은, '언제 어느 기지국을 스위치 온/오프해야 하는가'와, '스위칭 결정을 판단하기 위해 고려되어야 할 중요한 파라미터는 무엇인가'의 두 가지 사항을 고려하여, 에너지 효율적인 방식으로 기지국을 관리하기 위한 방법을 제안하였다.
That is, the traffic profile changes according to time and space, and there is a specific period and location with a low usage rate of the base station. Accordingly, the present inventors have found that when a certain base station is switched on / What are the important parameters to consider in determining the switching decision? ", We proposed a method for managing the base station in an energy efficient manner.

즉, 기지국 스위칭으로 에너지를 절감하기 위한 일반적인 문제는 복합적인 형태로 나타나며, 이러한 복합적인 문제에 대한 최적의 해답을 얻기 위하여는 중앙 제어장치(central controller)가 필요하다.
In other words, the general problem of saving energy by switching base stations appears in a complex form, and a central controller is needed to get the optimal solution to this complex problem.

반면, 본 발명자들은, 특정 기지국에 대하여, 해당 기지국을 스위칭 오프했을 때 네트워크에 얼마나 많은 영향을 미치는지를 정의하는 '네트워크 영향(network-impact)'의 개념을 도입하였다.
On the other hand, the present inventors have introduced the concept of 'network-impact' which defines how much influence a particular base station has on a network when a base station is switched off.

더 상세하게는, 네트워크 영향은, 내부(자신) 및 외부(인접 기지국) 시스템 부하와 같은 각 기지국에 대한 결정 파라미터(deterministic parameters)와, 트래픽 프로파일 및 스레시홀드(threshold)와 같은 시스템 파라미터로 구성되며, 이를 통해, 본 발명자들은, 선형 계산 복잡도(linear computational complexity)를 가지는 기지국 선택문제와 같은 에너지 절감문제를 수정하고, 중앙 제어장치가 필요 없는 분산(distriduted) 스위칭 온/오프 기반 에너지 절감(switching-on/off based energy saving ; SWES) 알고리즘을 제안하였다.
More specifically, the network effect is configured with deterministic parameters for each base station, such as internal (own) and external (neighbor base station) system load, and system parameters such as traffic profile and threshold The present inventors have found that it is possible to solve an energy saving problem such as a base station selection problem with linear computational complexity and to solve a distriduted switching on / off based energy saving -on / off based energy saving (SWES) algorithm.

또한, 본 발명자들은, 상기한 바와 같은 SWES 알고리즘을 구현하기 위해, 부분적인 피드백(partial feedback) 또는 피드백이 전혀 없이 동작할 수 있는 세 가지 휴리스틱 알고리즘(heuristic algorithm)을 제안하였으며, 이러한 알고리즘과 종래의 방법을 실험을 통해 비교하여 실제 트래픽 환경에서 에너지 소비가 10% 가량 감소하는 것을 확인하였다.
In order to implement the SWES algorithm as described above, the present inventors have proposed three heuristic algorithms that can operate without any partial feedback or feedback, The experiment shows that the energy consumption is reduced by 10% in real traffic environment.

계속해서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법의 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
Next, the detailed contents of the dynamic base station switching method for the green cellular network according to the present invention will be described.

즉, 최근, 셀룰러 무선 네트워크에 대한 에너지 효율적인 설계가 특히 주목받고 있으며(참고문헌 1, 7, 8, 11, 12, 16 ~ 23 참조), 그 중, 트래픽 프로파일에 따른 기지국 스위칭에 기반한 동적 기지국 동작(dynamic BS opreation)에 의해 에너지를 절감할 수 있음이 제시된 바 있고, 이에 대하여 간단한 분석적 모델이 제시된 바 있다(참고문헌 1, 8, 16 참조).
That is, in recent years, energy-efficient designs for cellular wireless networks have received particular attention (see References 1, 7, 8, 11, 12, 16-23), among which dynamic base station operation (dynamic BS opreation), and a simple analytical model has been proposed (see References 1, 8, and 16).

그러나 이러한 종래의 방법들은, 육각형(hexagonal) 또는 맨하탄 모델 네트워크(Manhattan model network)와 같은 이상적인 네트워크에만 초점을 두고 있고, 단순히 동적 기지국 스위칭에 의해 에너지 소비가 절감된다는 사실만을 밝히는 수준에 그치는 것이었다.
However, these conventional methods have focused only on ideal networks, such as hexagonal or Manhattan model networks, and have only found that energy consumption is reduced by dynamic base station switching.

또한, 예를 들면, 매크로/매크로(macro/macro), 매크로/마이크로(macro/micro), 매크로/펨토셀(macro-femto-cell)과 같은, 네트워크들 사이에서 공유되는 네트워크를 고려한 기지국 동작 개념이 제시된 바 있으나(참고문헌 11, 12, 17 참조), 이들은 단지 기존 방법들에 비해 얼마나 에너지가 절감되는가를 보여주는데 그치는 것이었다.
The concept of a base station operation considering a network shared among networks, such as macro / macro, macro / micro, macro / femto-cell, (See references 11, 12, and 17), but they only showed how much energy was saved compared to existing methods.

여기서, 동적 기지국 동작의 기본적인 개념은, 예를 들면, 참고문헌 7 및 참고문헌 20을 참조할 수 있으며, 아울러, 참고문헌 21 내지 23에는 몇 가지 알고리즘이 제시되어 있으나, 이들 연구는 실제 구현을 고려하지 않은 점에 그 한계가 있는 것이었다.
Here, the basic concept of the dynamic base station operation can be referred to, for example, Reference 7 and Reference 20, and some algorithms are shown in References 21 to 23. However, There is a limit to the point that I did not do it.

이에, 본 발명자들은, 동적 기지국 동작을 위한 실용적인 분산 온라인 알고리즘을 제시하고, 정보 피드백과 같은 구현 난이도를 고려하여, 현저한 에너지 절감효과를 나타낼 수 있는 중요 파라미터를 제시하고자 하는 것이다.
Accordingly, the present inventors have proposed a practical distributed on-line algorithm for dynamic base station operation and proposed important parameters that can exhibit remarkable energy saving effect in consideration of implementation difficulty such as information feedback.

더 상세하게는, 이하에 설명하는 본 발명의 실시예에 있어서, 먼저, 본 발명의 네트워크 모델은, 2차원 영역 А에 위치한 복수의 기지국의 집합으로 이루어지는 무선 셀룰러 네트워크 B를 가정하여, 주된 사용 모드가 모바일 인터넷, 즉, 기지국에서 사용자단말(user equipment ; 이하, 'UE'라고도 함)까지의 다운링크 통신인 경우를 예로 하여 본 발명을 설명하나, 본 발명은 반드시 이러한 경우로만 한정되는 것은 아니며, 다른 형태의 네트워크에도 적용 가능한 것임에 유념해야 한다.
More specifically, in the embodiment of the present invention described below, first, the network model of the present invention assumes a wireless cellular network B composed of a plurality of base stations located in a two-dimensional area A, The present invention is not limited to the case where the present invention is applied to a mobile Internet, that is, a downlink communication from a base station to a user equipment (hereinafter also referred to as 'UE'). However, It should be noted that it is applicable to other types of networks.

또한, 이하에 설명하는 본 발명의 실시예에 있어서, 트래픽 모델은, 분석 및 시뮬레이션을 위해 사용되는 패킷 기반(packet-based) 트래픽 모델로서, 시간 t에 위치 x에 위치한 UE의 트래픽 도착률(traffic arrival rate)이, 평균 도달률 λ(x, t)인 독립 푸아송 분포(independent Poisson distribution)에 의해 모델링된 것이며, 평균 요구 파일 사이즈는(average requested file size) 평균 1/μ(x, t)을 가지고 지수적으로 분포된(exponentially distributed) 랜덤변수(random variable)이다.
In addition, in the embodiment of the present invention described below, the traffic model is a packet-based traffic model used for analysis and simulation. The traffic model includes a traffic arrival rate is modeled by an independent Poisson distribution with an average arrival rate λ (x, t) and the average requested file size has an average of 1 / μ (x, t) It is an exponentially distributed random variable.

여기서, 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 실시예에 사용되는 수식 기호를 정리하여 나타낸 도면이다.
Here, referring to FIG. 2, FIG. 2 is a diagram showing the mathematical symbols used in the embodiment of the present invention.

아울러, 서로 다른 사용자에 대한 서로 다른 도달률이나 파일 사이즈를 설정함으로써 공간 트래픽 가변율(spatial traffic variability)을 구할 수 있으며, UE의 트래픽 부하는 이하의 [수학식 1]과 같이 정의된다.
In addition, the spatial traffic variability can be obtained by setting different reach rates or file sizes for different users, and the traffic load of the UE is defined as follows: < EMI ID = 1.0 >

[수학식 1] [Equation 1]

Figure 112014051295573-pat00003

Figure 112014051295573-pat00003

각각의 UE로부터, 트래픽 부하는 사용자가 만족하기 위해 수신해야 할 트래픽의 양이므로, QoS(Quality of Service) 요구로 해석될 수 있다.
From each UE, the traffic load can be interpreted as a Quality of Service (QoS) request, since it is the amount of traffic that the user has to receive in order to be satisfied.

더욱이, x ∈ Α에 위치된 UE가 연관되고 최고 신호강도(bset signal strength)를 제공하는 기지국을 선택하기 위한 기지국 선택규칙(BS Selection Rule)은 이하의 [수학식 2]와 같다.
Further, the BS Selection Rule for selecting a base station to which a UE located at x EA is associated and provides bset signal strength is shown in Equation (2) below.

[수학식 2] &Quot; (2) "

Figure 112014051295573-pat00004

Figure 112014051295573-pat00004

여기서,

Figure 112014051295573-pat00005
는 시간 t에서 활성 기지국(activ BS)의 집합이며, g(b, x)는 기지국 b로부터 x에 위치한 UE까지의 경로손실(path loss) 및 슬로우 페이딩(slow fading)(예를 들면, 로그노멀 셰도윙(log-normal shadowing))과 같은 다른 요인을 포함하는 평균 채널이득(average channel gain)이고, Pb는 기지국 b의 전송 전력(transmission power)이다.
here,
Figure 112014051295573-pat00005
Is a set of active BSs at time t and g (b, x) represents a path loss and slow fading from the base station b to a UE located at x (for example, (Log-normal shadowing), and P b is the transmission power of the base station b.

또한, 채널 모델(channel model)은, 섀넌 커패시티(Shannon capacity)에 의해 물리적 용량(physical capacity)이 상정되고, 위치 x에서 BS b로부터 시간 t에서 UE의 서비스율(srevice rate)은 이하의 [수학식 3]과 같다.
In the channel model, the physical capacity is assumed by the Shannon capacity, and the srevice rate of the UE at time t from BS b at position x is given by [ Equation 3].

[수학식 3] &Quot; (3) "

Figure 112014051295573-pat00006

Figure 112014051295573-pat00006

여기서, BW는 시스템 밴드폭(system bandwidth), SINRb(x, t)는 위치 x에서 BS b로부터 시간 t에 수신신호 대 간섭 및 잡음비(signal to interference and noise ratio ; SINR)로서, 이하의 [수학식 4]와 같이 주어진다.
Where BW is the system bandwidth and SINR b (x, t) is the received signal-to-interference and noise ratio (SINR) from BS b at time t, (4). &Quot; (4) "

[수학식 4] &Quot; (4) "

Figure 112014051295573-pat00007

Figure 112014051295573-pat00007

여기서, σ2은 잡음전력(noise power)이다.
Here,? 2 is noise power.

아울러, 시스템 부하(system load)는, UE의 QoS를 보장하기 위해, BS는, 사용자의 트래픽 및 서비스률에 따라, 예를 들면, 시간 또는 주파수와 같은, 일정량의 자원(resource)을 할당해야 하며, 각각의 시스템으로부터, 시간 t에서 BS b의 시스템 부하는 해당 커버리지(coverage) 내의 총 트래픽 부하를 제공하기 위한 자원의 파편(fraction)으로서 이하의 [수학식 5]와 같이 정의된다.
In addition, the system load must allocate a certain amount of resources, such as time or frequency, for example, according to the user's traffic and service rate, in order to ensure QoS of the UE From each system, the system load of BS b at time t is defined as a fraction of resources to provide the total traffic load within the coverage, as follows:

[수학식 5] &Quot; (5) "

Figure 112014051295573-pat00008

Figure 112014051295573-pat00008

여기서, Αb는 BS b의 커버리지(즉, BS b에 의해 서비스되는 지역의 UE의 집합) 이며, 또한, 본 발명에 사용된 수식 기호들은 도 2에 요약 및 정리되어 있다.
Here, A b is the coverage of BS b (i.e., the set of UEs served by BS b), and the mathematical symbols used in the present invention are summarized and summarized in FIG.

계속해서, 시간 T 동안 셀룰러 네트워크의 총 에너지 소비를 감소하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 BS 스위칭 알고리즘은 이하의 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있다.
Subsequently, the BS switching algorithm according to the embodiment of the present invention for reducing the total energy consumption of the cellular network for time T may be expressed as Equation (6) below.

[수학식 6] &Quot; (6) "

Figure 112014051295573-pat00009

Figure 112014051295573-pat00009

여기서, EBS는 BS 전력소비이며, ab(t) ∈ {0, 1}은 시간 t ∈ [0, T]에서 BS b의 활성 지시자(activity indicator)로서 BS 스위칭 방법에 의해 결정되고, a는 시간 T 동안 모든 BS의 활성 지시자의 벡터이다.
Here, E BS is a BS power consumption, a b (t) ∈ { 0, 1} is determined by the BS switching method as the active indicator (activity indicator) of the BS b at time t ∈ [0, T], a Is the vector of the activity indicator of all BSs during time T.

일반적으로, BS 스위칭을 고려한 에너지 절감문제는 이하의 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.
In general, an energy saving problem considering BS switching can be expressed as Equation (7) below.

[수학식 7] &Quot; (7) "

Figure 112014051295573-pat00010

Figure 112014051295573-pat00010

즉, 본 발명에 따르면, [수학식 7]에 제시된 제약조건과 같은 시스템 안정성/신뢰성(stability/reliablity)과 에너지 효율 사이의 균형있는 트레이드 오프를 위한 시스템 부하에 대한 시스템 부하 스레시홀드 ρth (≤ 1)가 제시된다.
That is, according to the present invention, the system load threshold ρ th () for the system load for a balanced tradeoff between system stability / reliability and energy efficiency, such as the constraint shown in Equation (7) ≤ 1).

예를 들면, 낮은 스레시홀드 값에서, BS는 평균적으로 낮은 시스템 부하(즉, 큰 여유공간)로 전형적인 방식으로 동작하고, 결과적으로, 사용자는 지연을 덜 느끼게 되며, 또한, 폭발적인 트래픽 도달(bursty traffic arrivals)에 대하여 BS가 더욱 강인해지므로(robust), 통화 끊김(call dropping)도 줄어들 것으로 기대할 수 있고, 반면, 1에 가까운 높은 스레시홀드 값(즉, 느슨한 스레시홀드(loose threshold))에서는, 약간의 성능 감소로 더 많은 에너지 절감을 달성할 수 있다.
For example, at low threshold values, the BS operates in a typical manner with an average low system load (i.e., large free space), resulting in a user feeling less delay and also bursty it can be expected that the BS will be robust against traffic arrivals and call dropping will be reduced while a high threshold value close to 1 (i.e., a loose threshold) , A slight reduction in performance can result in more energy savings.

즉, 주어진 임의의 시간 간격 t에서, [수학식 7]의 에너지 최소화 문제는 시스템 부하 제한(system load constraint)에 관한 활성 BS의 집합을 결정하는 것이 된다.
That is, at any given time interval t, the energy minimization problem of Equation (7) becomes to determine the set of active BSs with respect to system load constraints.

여기서, 상기한 문제는 NP-컴플리트(NP-complete)인 버텍스 커버 문제(vertex cover problem)로 감소될 수 있으나(참고문헌 26 참조), 이러한 문제의 최적의 해를 구하는 데에는 다음과 같이 두 가지 난점이 존재한다.
Here, the above problem can be reduced to the NP-complete vertex cover problem (see Reference 26), but there are two difficulties in obtaining the optimal solution to this problem Lt; / RTI >

첫째로, 이론적으로는,

Figure 112014051295573-pat00011
온/오프 조합 사이의 최적 활성 BS 집합을 찾기 위해 높은 계산 복잡도가 요구되고, 또한, 둘째는, 모든 BS로부터 실제로 정보를 요청하는 중앙 처리장치가 필요하다는 점이다.
First, theoretically,
Figure 112014051295573-pat00011
High computational complexity is required to find the optimal active BS set between on / off combinations, and second, a central processing unit is required to actually request information from all the BSs.

이에, 본 발명자들은, 상기한 두 가지 문제를 극복하고, 현재 실제로 구현가능한 분산 알고리즘을 제안하였으며, 이하의 설명에서는, 설명을 간략히 하기 위해 타임슬롯 인덱스(time slot index) t를 제외하였음에 유념해야 한다.
The inventors of the present invention overcome the above two problems and propose a distributed algorithm that can be practically implemented at present. In the following description, it should be noted that the time slot index t is excluded in order to simplify the explanation do.

일반적으로, BS는 피크 트래픽 볼륨(peak traffic volume)에 기반하여 배치되고 트래픽 부하에 상관없이 항상 켜진(turned-on) 상태이므로, 피크타임이 아닐 동안 사용률이 낮은 일부 BS를 끄는(switching off) 것으로 에너지를 크게 절약할 수 있다.
Generally, the BS is placed based on the peak traffic volume and is always turned on regardless of the traffic load, so switching off some BSs with low utilization while not peak time Energy can be saved greatly.

여기서, 하나의 BS가 꺼진 상황을 가정하면, 이는 원래 연결되어 있던 UE가 다른 BS로 이동해야 할 뿐만 아니라, UE와 새로운 BS 사이의 거리가 멀어짐으로 인해 서비스율(service rate) sb(x)도 저하되므로, 인접하는 BS의 시스템 부하를 증가시키게 된다.
Here, assuming that one BS is turned off, not only the UE to which the originally connected UE has to move to another BS, but also the service rate s b (x) due to the distance between the UE and the new BS, The system load of the adjacent BS is increased.

그러나 반면, BS를 끄게 되면 셀간 간섭(inter-cell interference)이 감소하므로 시스템 부하에 긍정적인 측면도 있으며, 특히, 일부 UE는 원래 있던 BS보다 새로 연결된 BS에서 더 높은 서비스율 sb(x)을 나타낼 수도 있다.
On the other hand, when BS is turned off, inter-cell interference decreases, which is a positive aspect of the system load. In particular, some UEs exhibit a higher service rate s b (x) in a newly connected BS than the original BS It is possible.

즉, 도 3을 참조하면, 도 3은 기지국의 스위칭 오프에 의한 시스템 부하의 영향을 도식적으로 나타내는 도면이다.
That is, referring to FIG. 3, FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the influence of a system load due to switching off of a base station.

더 상세하게는, 도 3은 BS가 스위치 오프 되었을 때 인접하는 BS들에 트래픽 부하가 전달되는 것을 나타내고 있으며, 도 3에 나타낸 바와 같이, BS1이 오프되면, 간섭 감소의 영향이 더욱 우세하므로 전체 시스템 부하는 감소하나, BS2, BS3, BS4가 스위치 오프되는 것과 같이, 대부분의 경우는 전체 시스템 부하가 증가한다.
More specifically, FIG. 3 shows that a traffic load is delivered to neighboring BSs when the BS is switched off, and as shown in FIG. 3, when BS1 is off, The load is reduced, but in most cases the overall system load increases, such as BS2, BS3, BS4 are switched off.

여기서, BS b에 인접하는 BS의 집합을 Nb라 정의하고, x ∈ Αb의 위치에서 UE에 최고 신호강도를 제공하는(BS b 제외) 인접하는 BS를 n ∈ Nb로 나타낼 때, 특정 BS가 오프되거나 되지 않을 가능성은 이하의 [수학식 8]과 같이 정의된다.
Here, when referring to BS adjacent (other than BS b) to a set of BS adjacent to a BS b N b Definition, provides the highest signal strength to the UE at the position of x ∈ Α b with n ∈ N b, specific The possibility that the BS is turned off or not is defined as the following Equation (8).

[수학식 8] &Quot; (8) "

Figure 112014051295573-pat00012

Figure 112014051295573-pat00012

또한, BS n은 BS b가 오프된 후 트래픽 부하가 전이되는 BS로 해석될 수 있으며, 따라서 BS b는 인접하는 BS가 이하의 [수학식 9]에 나타낸 바와 같은 제약조건을 만족할 때에만 오프될 수 있다.
Also, BS n can be interpreted as a BS in which the traffic load transits after BS b is turned off, and thus BS b is off only when the adjacent BS satisfies the constraint as shown in the following equation (9) .

[수학식 9] &Quot; (9) "

Figure 112014051295573-pat00013

Figure 112014051295573-pat00013

여기서,

Figure 112014051295573-pat00014
은 BS b가 오프 되었을 때 BS b로부터 인접하는 BS n으로 핸드오버(handed over) 되는 UE의 커버리지를 나타낸다.
here,
Figure 112014051295573-pat00014
Represents the coverage of the UE handed over from BS b to the adjacent BS n when BS b is off.

상기한 [수학식 9]에 있어서, 원래의 시스템 부하 ρn은 BS n의 내부 시스템 부하(internal system load)로 정의되고, 인접하는 BS의 스위치 오프로 인한 시스템 부하 증가

Figure 112014051295573-pat00015
은 BS b로부터 BSn으로의 외부 시스템 부하(external system load)로 정의된다.
In Equation (9), the original system load? N is defined as the internal system load of BS n, and the system load increase due to the switch-off of the adjacent BS
Figure 112014051295573-pat00015
Is defined as an external system load from BS b to BSn.

즉, 도 3에 나타낸 예에 있어서, 외부 시스템 부하에 의해 BS1의 시스템 부하가 스레시홀드를 초과하게 되므로 BS2나 BS3는 스위치 오프 되어선 안 되며, 스위칭 오프 후의 인접하는 BS의 시스템 부하를 고려하면, BS1과 BS4만이 스위치 가능하다.
That is, in the example shown in FIG. 3, since the system load of the BS 1 exceeds the threshold by the load of the external system, BS 2 and BS 3 should not be switched off. Considering the system load of the adjacent BS after switching off, Only BS1 and BS4 are switchable.

아울러, BS1을 오프하는 것이 BS4보다 더 큰 여유공간(spare room)을 가지므로(이후의 추가적인 트래픽에 대하여), BS1을 선택하는 것이 바람직하다.
In addition, it is desirable to select BS1 (for subsequent additional traffic) since turning off BS1 has a larger spare space than BS4.

더욱이, 네트워크(더 구체적으로는, 인접하는 BS들)의 시스템 부하를 정량화(quantify)하는 것은 스위칭 오프 과정에 영향을 받으므로, 본 발명자들은, 상기한 [수학식 9]의 원래의 시스템 부하 ρn에 더하여 인접하는 BS에 발생하는 추가적인 부하 증가

Figure 112014051295573-pat00016
을 고려한 "네트워크 영향(network impact)"의 개념을 도입하였다.
Moreover, since quantizing the system load of the network (more specifically, the neighboring BSs) is affected by the switching off process, the present inventors have found that the original system load ρ n < / RTI > plus additional load < RTI ID = 0.0 >
Figure 112014051295573-pat00016
The concept of "network impact" is introduced.

더 상세하게는, 스위칭 오프 BS b의 결정을 위한 네트워크 영향은, 이하의 [수학식 10]과 같이 정의된다.
More specifically, the network influence for the determination of the switching off BS b is defined as: " (10) "

[수학식 10] &Quot; (10) "

Figure 112014051295573-pat00017

Figure 112014051295573-pat00017

여기서, 종래의 방식으로 인접하는 BS n ∈ Nb 중에서 최대인 것을 취하고, 그 후, 차후의 트래픽 요구에 대하여 가장 작은 여유공간을 가지는 최악의 BS를 선택하며, 상기한 네트워크 영향은, 인접하는 BS의 평균 시스템 부하

Figure 112014051295573-pat00018
및 전체 시스템 부하의 증가량
Figure 112014051295573-pat00019
등과 같이, 여러 가지 다른 방법으로 모델링 될 수 있음에 유념해야 한다.
Here, in the conventional manner, it is assumed that BS n ∈ N b is the largest among the neighbor BSs, and then selects the worst BS having the smallest free space for the subsequent traffic request, Average system load of
Figure 112014051295573-pat00018
And the overall system load increase
Figure 112014051295573-pat00019
And the like, may be modeled in several different ways.

즉, 최소 네트워크 영향을 가지는 BS를 오프하는 본 발명에 따른 SWES 알고리즘은 이하의 [수학식 11]과 같이 나타낼 수 있다.
That is, the SWES algorithm according to the present invention for turning off the BS having the minimum network influence can be expressed by Equation (11) below.

[수학식 11] &Quot; (11) "

Figure 112014051295573-pat00020

Figure 112014051295573-pat00020

여기서, 이러한 처리는, [수학식 9]에 제시된 제약조건을 만족하는 인접하는 BS를 가지는 활성 BS가 없을 때까지 반복되며, 이는

Figure 112014051295573-pat00021
집합(set)으로 매우 낮은 계산(선형) 복잡도를 가지나, 구현을 위해 중앙 제어장치가 요구된다.
Here, this process is repeated until there is no active BS having an adjacent BS satisfying the constraint shown in Equation (9)
Figure 112014051295573-pat00021
A set has very low computational (linear) complexity, but a central control unit is required for implementation.

또한, 시스템 부하는, 트래픽 부하 및 예를 들면, 인접하는 BS의 수, 거리 및 부하 등과 같은, 인접 환경에 의존하는 네트워크 영향을 포착하는(capturing) 단순하면서도 강력한 메트릭(metric)이며, 종래, 저자마다 약간씩 다른 수식으로 유사한 형태의 시스템 부하에 근거한 스위칭 온/오프 알고리즘이 여러 가지 기술문헌을 통해 제시된 바 있으나(참고문헌 1, 8, 25 참조), 본 발명은 분산 알고리즘(disibuted algorithm)을 개발하는 데 초점을 두고 있으며, 이것이 오직 중앙처리식 알고리즘(centralized algorithm)만을 제시하고 있는 종래기술들과의 차이점이다.
The system load is also a simple yet powerful metric capturing network impacts that are dependent on the neighboring environment, such as traffic load and the number of adjacent BSs, distance and load, A switching on / off algorithm based on a similar type of system load with slightly different formulas is presented in various technical literatures (see References 1, 8 and 25), but the present invention has developed a disibuted algorithm This is in contrast to the prior art, which only presents a centralized algorithm.

계속해서, 본 발명에 따른 분산 BS 스위칭 알고리즘의 구체적인 내용 및 그 프로토콜 레벨 구현(protocol-level implementation)에 대하여 설명한다.
Next, the concrete contents of the distributed BS switching algorithm according to the present invention and its protocol-level implementation will be described.

먼저, 스위칭 오프 알고리즘에 대하여 설명하면, 상기한 [수학식 10]에 정의된 결정 기준은 단지 BS와 그것에 인접하는 BS들에 대한 정보에만 의존하며, 따라서 스위칭 오프 결정은 각각의 BS에서의 문제로 한정될 수 있다.
Referring to the switching off algorithm, the decision criterion defined in Equation (10) above depends only on the information about the BS and neighboring BSs, so that the decision of switching off is a problem in each BS Can be limited.

본 발명에서 제시되는 분산 스위칭 오프 알고리즘은, 신호강도 및 시스템 부하 등과 같은 시스템 정보가 BS와 UE 사이에서 주기적으로 공유되고, 각각의 BS가 오프 되어야 하는지 아닌지를 판단하므로 그 구성이 간단하며, 중앙 처리장치를 요구하지 않는다.
The distributed switching-off algorithm proposed in the present invention is simple in that the system information such as signal strength and system load is periodically shared between the BS and the UE and whether or not each BS is to be turned off is simple, No device is required.

더 상세하게는, 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명에 따른 스위칭 알고리즘의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
More specifically, referring to FIG. 4, FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration of a switching algorithm according to the present invention.

도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 스위칭 오프 알고리즘은, 크게 나누어, 전처리(pre-processing) 단계와, 결정(decision) 단계 및 후처리(post-processing) 단계를 포함하여 이루어진다.
As shown in FIG. 4, the switching-off algorithm according to the present invention is roughly divided into a pre-processing step, a decision step, and a post-processing step.

먼저, 전처리(pre-processing) 단계는, 일반적으로, 3GPP(-LTE) 및 IEEE 802.16(e/m)(참고문헌 27 참조)와 같은 셀룰러 네트워크에 있어서, UE는 자원관리(resource management)를 위해 수신 신호강도에 대한 정보를 주기적으로 피드백한다.
First, the pre-processing step is generally performed in a cellular network, such as 3GPP (-LTE) and IEEE 802.16 (e / m) Feedback on the received signal strength is periodically fed back.

만약 BS b가 오프되면, 해당 커버리지 내의 사용자는 차선의 BS(즉, 현재 서비스중인 BS b를 오프한 후 최선의 BS)로 이동하게 되며, 이동이 완료될 때까지 UE는 자신의 차선의 신호강도를 BS ID와 함께 보고한다.
If BS b is off, the user in the coverage is moved to the lane's BS (i.e., the best BS after turning off the currently serving BS b), and until the movement is completed, With the BS ID.

이러한 정보는 또한 인접하는 BS에 얼마나 많은 부하 증가가 발생할 것인지를 계산하기 위해 사용되며, 후술하는 바와 같이 하여, 에너지 절감에서 약간의 성능 손실을 대가로 피드백이 더욱 감소될 수 있다.
This information is also used to calculate how much load increase will occur to adjacent BSs, and as described below, feedback can be further reduced at the cost of some performance loss in energy savings.

또한, 시스템 부하는 주기적으로(수 분마다) 및/또는 갑작스런 시스템 부하 변동이 발생할 때 인접하는 BS들 사이에서 공유된다.
In addition, the system load is shared between adjacent BSs periodically (every few minutes) and / or when sudden system load fluctuations occur.

다음으로, 결정 단계는, 각각의 BS는 먼저 사용자 및 인접하는 BS로부터 수신된 정보에 근거하여 [수학식 10]에 제시된 바와 같은 네트워크 영향을 계산하고, 자신이 오프될 수 있는지 없는지를 판단한다.
Next, in the determination step, each BS first calculates a network influence as shown in Equation (10) based on the information received from the user and the neighboring BS, and determines whether or not it can be turned off.

즉, 스위칭 오프 결정은 다음과 같다.
That is, the switching off decision is as follows.

[스위칭 오프 결정] [Determination of Switching Off]

Fb < ρth 이면, 인접하는 BS, Nb에 스위치 오프 요청을 보낸다.
F b <? th , a switch-off request is sent to the adjacent BS, N b .

여기서, 분산 동작(distributed operation)에 있어서, 인접하는 구역이 겹치는 2 이상의 BS가 동시에 스위치 오프될 수 있고, 이는 인접하는 기지국에 과부하를 야기하게 된다.
Here, in a distributed operation, two or more BSs in which adjacent zones overlap can be switched off at the same time, which causes an overload to an adjacent base station.

이러한 문제를 방지하기 위해, 각각의 BS는 먼저 RTSO(request to switching-off)를 송신하고 그것에 인접하는 모든 BS들로부터 CTSO(clear to switching-off)를 수신했을 때에만 스위치 오프되도록 구성되며, 스위치 오프에 앞서, BS는 자신의 인접하는 BS들에게 확인(conformation), 즉, CLSO(conformation of switching-off)를 보낸다.
To prevent this problem, each BS is configured to be switched off only when it first sends a request to switching-off (RTSO) and receives CTSO (clear to switching-off) from all BSs adjacent thereto, Prior to off, the BS sends a conformation, i.e., CLSO (conformation of switching-off), to its neighboring BSs.

다음으로, 후처리 단계는, 상기한 바와 같이, BS b는 모든 인접하는 BS들로부터 CTSO를 수신했을 때에만 오프되므로, 스위칭 오프 BS에 의해 서비스되는 UE는 차선의 신호강도를 제공하는 인접하는 BS로 이동하게 되며, 이는, UE의 그룹이 동시에 이동하는 것을 제외하고, 종래의 핸드오버(hand-over)와 유사한 과정으로 이루어진다.
Next, the post-processing step is turned off only when BS b receives CTSO from all neighboring BSs as described above, so that the UE serviced by the switching off BS transmits the neighbor BS Which is similar to a conventional hand-over, except that groups of UEs move at the same time.

여기서, 그룹 핸드오버의 주요한 효과는 핸드오버를 먼저 예측/준비할 수 있다는 것이며, 예를 들면, 참고문헌 28 및 29에 제시된 바와 같은 최근의 최첨단의 그룹 핸드오버 기술은, 그룹 핸드오버를 효율적으로 지원하기 위해 본 발명에 따른 스위칭 오프 알고리즘과 함께 사용될 수 있다.
Here, the primary effect of the group handover is to be able to predict / prepare the handover first, for example, the latest state-of-the-art group handover techniques, as shown in references 28 and 29, Can be used in conjunction with the switching-off algorithm according to the present invention to support it.

또한, 예를 들면, RTSO/CTSO 및 CLSO와 같은 스위칭 오프 결정에 관한 제어신호는, 그룹 핸드오버를 미리 트리거(trigger) 하기 위해 사용될 수 있다.
Also, for example, a control signal for switching off decisions such as RTSO / CTSO and CLSO can be used to pre-trigger group handover.

다음으로, 본 발명에 따른 스위칭 온 알고리즘에 대하여 설명한다.
Next, the switching-on algorithm according to the present invention will be described.

스위칭 온 알고리즘을 구현하는 한 가지 방법은 스위칭 오프 알고리즘을 역으로 하는 것으로, 즉, 스위칭 온 알고리즘의 기본적인 개념은, 시스템 부하가 BS가 스위치 오프 된 것과 같은 값이 되었을 때 BS가 스위치 온 되도록 하는 것이다.
One way to implement the switching-on algorithm is to reverse the switching-off algorithm, i.e., the basic idea of the switching-on algorithm is to have the BS switched on when the system load becomes equal to the value at which the BS is switched off .

그러나 오프된 BS는 현재 시스템 부하에 대한 정보가 없으므로 스스로 스위칭 온 결정을 할 수 없으며, 이에, 본 발명에 따른 스위칭 온 알고리즘은, 인접하는 BS에 근거하여 스위칭 온 결정을 하도록 구성된다.
However, since the OFF-state BS does not have information on the current system load, it can not make a switching-on decision by itself. Thus, the switching-on algorithm according to the present invention is configured to make a switching ON decision based on the neighbor BS.

즉, BS가 오프되기 전에, 해당 BS 및 그에 인접하는 BS들은, 예를 들면, RTSO 및 CTSO와 같은, 스위칭 오프 상태(switching-off status)에 관한 정보를 교환하며, 따라서 인접하는 BS들은 어떠한 조건 및 상태에서 해당 BS가 오프되었는지를 알고 있게 된다.
That is, before the BS is turned off, the BS and its neighboring BSs exchange information about a switching-off status, such as, for example, RTSO and CTSO, And knows whether the corresponding BS is off in the state.

또한, 스위칭 온 알고리즘도, 상기한 스위칭 오프 알고리즘과 마찬가지로, 전처리, 결정 및 후처리의 세 가지 단계로 이루어진다.
The switching-on algorithm also has three steps of pre-processing, determination and post-processing, like the above-mentioned switching-off algorithm.

먼저, 전처리 단계는, 상기한 스위칭 오프 알고리즘의 후처리 단계와 함께 동작하는 것으로, BS(즉, BS b')가 인접하는 BS들 중 하나(즉, BS b)로부터 CLSO를 수신하면, BS b'는 BS b가 스위치 오프될 것을 알게 되며, BS b가 오프된 후, BS b'는 BS b로부터의 핸드오버 트래픽을 포함하는 자신의 시스템 부하를 기록한다.
First, the preprocessing step works in conjunction with the post-processing step of the switching-off algorithm described above. When the BS (i.e., BS b ') receives the CLSO from one of the neighboring BSs (i.e., BS b) 'Knows that BS b is to be switched off, and after BS b is off, BS b' records its system load including handover traffic from BS b.

이어서, 결정 단계는, BS b'의 시스템 부하가 인접하는 BS b가 스위치 오프되었을 때 기록된 시스템 부하에 도달하면 BS b'는 RTSON(request to switching-on)을 보내어 BS b를 깨운다(wake up).
Then, the determining step is such that when the system load of BS b 'reaches the recorded system load when the adjacent BS b is switched off, BS b' sends a request to switching-on (RTSON) to wake up BS b ).

여기서, 복수의 스위치 오프된 인접하는 BS에 대하여 복수의 시스템 부하가 기록되어 있는 경우, 마지막에 기록된 시스템 부하가 고려되며, 따라서 마지막에 스위치 오프된 BS가 가장 먼저 스위치 온 된다.
Here, when a plurality of system loads are recorded for a plurality of switched-off neighboring BSs, the last recorded system load is taken into consideration, so that the last switched-off BS is first switched on.

즉, BS b가 스위치 오프 되었을 때 BS b'에 기록된 시스템 부하를

Figure 112014051295573-pat00022
라 하면, 스위칭 온 결정은 다음과 같다.
That is, when BS b is switched off, the system load recorded in BS b '
Figure 112014051295573-pat00022
, The switching on decision is as follows.

[스위칭 온 결정] [Determination of Switching On]

Figure 112014051295573-pat00023
이면, 스위치 오프된 인접하는 BS b에 스위칭 온 요청을 보낸다.
Figure 112014051295573-pat00023
, It sends a switching-on request to the adjacent BS b that is switched off.

여기서,

Figure 112014051295573-pat00024
은 작은 상수값(small constant value)이다.
here,
Figure 112014051295573-pat00024
Is a small constant value.

계속해서, 후처리 단계는, BS가 RTSON을 수신하면 깨어나므로, 따라서 해당 서비스 가능지역에 위치한 UE는 최선의 신호강도에 근거하여 그들의 서비스 BS를 재선택(즉, 핸드오버)한다.
Subsequently, the post-processing step wakes up when the BS receives the RTSON, so that the UEs located in the service coverage area reselect (i.e., hand over) their service BSs based on the best signal strength.

여기서, 전체 공간에 걸쳐 트래픽 패턴이 동일한 비율로 변화하면, 본 발명에 따른 스위칭 온 알고리즘은 단순히 스위칭 오프 과정의 역동작(reverse operation)이 된다.
Here, if the traffic pattern changes at the same rate over the entire space, the switching-on algorithm according to the present invention is simply a reverse operation of the switching-off process.

계속해서, 상기한 바와 같이 구성되는 알고리즘의 실제 구현에 대하여 설명한다.
Next, an actual implementation of the algorithm configured as described above will be described.

BS 스위칭을 결정하기 위해, UE와 인접하는 BS들로부터 몇 가지 피드백이 요구되며, 피드백 정보는 시스템 성능을 감소하고 실제 구현의 난이도를 증가시킬 수 있으므로, 피드백 정보를 효율적으로 감소하는 것이 요구된다.
In order to determine BS switching, some feedback is required from the UEs and neighboring BSs, and feedback information may reduce system performance and increase the difficulty of actual implementation, so that it is required to reduce feedback information efficiently.

먼저, 핸드오버 시스템 부하에 대하여 설명하면, 일반적으로, UE는 적응 변조(adaptive modulation)를 위해 기능하는 BS로부터의 수신 신호강도에 관한 피드백 정보를 송신하나(참고문헌 27 참조), 핸드오버 시스템 부하를 계산하기 위해 차선 신호강도 및 그과 관련된 BS ID와 같은 추가적인 피드백이 요구된다.
First, the load of the handover system will be described. Generally, the UE transmits feedback information regarding the received signal strength from the BS functioning for adaptive modulation (see Reference 27), but the handover system load Additional feedback is required, such as the lane signal strength and its associated BS ID.

이러한 추가적인 정보는 시스템 부담을 증가시키고, 예를 들면, 적응 변조를 위해 전체 채널 상태를 피드백하기 위하여 각 채널당 6비트 이상이 요구되며, 피드백을 줄이는 한 가지 방법은 핸드오버 시스템 부하를 이하의 [수학식 12]와 같이 근사하는 것이다.
This additional information increases the burden on the system, for example, more than 6 bits per channel are required to feed back the overall channel condition for adaptive modulation, and one way to reduce feedback is to load the handover system load (12).

[수학식 12] &Quot; (12) &quot;

Figure 112014051295573-pat00025

Figure 112014051295573-pat00025

여기서, k는 BS 및 인접하는 BS의 배치에 의존하는 상보계수(compensation factor) 이다.
Where k is a compensation factor that depends on the placement of the BS and neighboring BSs.

네트워크가 이상적인 6각형 셀룰러 네트워크와 같이 균질적 배치(homogeneous deploymtnt)를 가지는 것으로 가정하면, 상기 계수는 하나로 추정된다.
Assuming that the network has a homogeneous deployment like an ideal hexagonal cellular network, the coefficients are estimated to be one.

[수학식 12]에 나타낸 근사에 근거하여, 스위칭 오프 BS를 결정하기 위한 네트워크 영향은 이하의 [수학식 13]과 같이 수정될 수 있다.
Based on the approximation shown in [Equation 12], the network influence for determining the switching off BS can be modified as in Equation 13 below.

[수학식 13] &Quot; (13) &quot;

Figure 112014051295573-pat00026

Figure 112014051295573-pat00026

다음으로, 인접하는 BS의 시스템 부하에 대하여 설명하면, 핸드오버 시스템 부하에 비해 BS 사이의 시스템 부하를 위한 피드백의 양은 고속 유선 백홀(high-speed wired backhaul)을 통해 교환될 수 있으므로 주요한 문제가 되지 않는다.
Next, describing the system load of adjacent BSs, the amount of feedback for the system load between the BSs compared to the load of the handover system can be exchanged through a high-speed wired backhaul, which is not a major problem Do not.

그러나 실제 교환되는 메시지를 구현하기 위하여는 시스템 부담을 증가시킬 수 있으므로, 이에, 본 발명자들은, 이하의 [수학식 14]에 나타낸 바와 같이 하여, 인접하는 BS의 시스템 부하를 간단하게 예측함으로써 이러한 오버헤드를 감소할 수 있는 방법을 제시하였다.
However, since it is possible to increase the system burden to implement a message actually exchanged, the present inventors can simply estimate the system load of an adjacent BS, as shown in Equation (14) below, We have proposed a method to reduce the head.

[수학식 14] &Quot; (14) &quot;

Figure 112014051295573-pat00027

Figure 112014051295573-pat00027

이러한 근사는 트래픽 부하가 균질적으로 배치되었을 때 유효하며, 비균질적인 트래픽 부하의 경우에는 유효하지 않으나, 사용자의 트래픽 패턴이 공간 영역(spatial domain)에서 갑작스럽기(abruptly)보다는 연속적으로(continuously) 변화하는 경향이 있으므로, 오차는 작게 된다.
This approximation is valid when the traffic load is uniformly distributed and is not valid for non-homogeneous traffic loads, but the user's traffic pattern may change continuously in the spatial domain rather than abruptly The error is small.

따라서 상기한 바와 같은 내용으로부터, 스위칭 오프 BS를 결정하기 위한 네트워크 영향은 이하의 [수학식 15]와 같이 나타낼 수 있다.
Therefore, from the above description, the network influence for determining the switching off BS can be expressed by the following equation (15).

[수학식 15] &Quot; (15) &quot;

Figure 112014051295573-pat00028

Figure 112014051295573-pat00028

또한, [수학식 12]와 [수학식 14]를 결합하여, 이하의 [수학식 16]과 같이 정보 피드백이 없이 네트워크 영향이 계산될 수 있다.
Further, by combining [Equation 12] and [Equation 14], the network effect can be calculated without information feedback as in Equation 16 below.

[수학식 16] &Quot; (16) &quot;

Figure 112014051295573-pat00029

Figure 112014051295573-pat00029

여기서, 가장 간단한 알고리즘인 SWES(0, 0)은, 본 발명자들에 의해 제시된 종래기술의 내용과 정확히 일치함에 유념해야 한다(참고문헌 1 참조).
Here, it should be noted that the simplest algorithm, SWES (0, 0) , exactly matches the contents of the prior art presented by the present inventors (see Reference 1).

아울러, 도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명에 따른 SWES 알고리즘을 요약하여 표로 나타낸 것이다.
Referring to FIG. 5, FIG. 5 is a table summarizing the SWES algorithm according to the present invention.

즉, 도 5 및 상기한 내용에 나타낸 바와 같이, 요구되는 정보는 스위칭 오프 BS를 결정하기 위해 어떤 네트워크 영향이 사용되는지에 따라 달라지며, 실제로는, 예를 들면, 유선(wired) BS-BS 연결 및 무선(wireless) BS-UE 연결과 같은 각자의 시설 여건 및 예를 들면, 피드백 부담(feedback burden) 및 데이터율 손실(loss in data rate)과 같은 시스템 성능에 따라 하나의 알고리즘을 선택할 수 있다.
That is, as shown in Figure 5 and above, the required information depends on what network influence is used to determine the switching off BS, and in fact, for example, a wired BS-BS connection And a wireless BS-UE connection, as well as system performance such as feedback burden and loss in data rate, for example.

또한, 상기한 알고리즘은, 실제 구현에 있어서, 스위칭 오프 BS 및 그것에 인접하는 BS들이 RTSO, CTSO 및 CLSO와 같은 메시지 교환을 행하므로, 이러한 메시지 교환은 인접하는 BS의 QoS를 보장하기 위해 동일한 인접하는 BS를 가지는 복수의 BS가 동시에 스위치 오프되는 가능성을 방지할 수 있으나, 이러한 메시지가 동시에 교환될 수 있도록 하기 위한 동기 동작(synchronous operation)으로 인해, 상기한 SWES 알고리즘이 비효율적으로 동작할 수 있다는 문제가 있다.
In addition, in the actual implementation, the above-mentioned algorithm, in the actual implementation, performs the message exchange such as RTSO, CTSO and CLSO with the switching off BS and its adjacent BSs, It is possible to prevent a plurality of BSs having BSs from being switched off at the same time. However, there is a problem in that the SWES algorithm can operate inefficiently due to a synchronous operation for allowing such messages to be exchanged at the same time have.

예를 들면, BS A와 B가 RTSO를 동시에 같은 인접하는 BS C로 보내고, BS C는 CTSO를 BS B에 보내며, BS B는 BS A와 연결되지 않은 다른 인접하는 BS(즉, BS D)에 의해 스위치 오프되지 않는다고 가정하면, 이 경우, BS A와 BS B 모두 스위치 오프될 수 없다.
For example, BS A and B send RTSO to the same neighboring BS C at the same time, BS C sends CTSO to BS B, and BS B sends RTSO to another neighboring BS (i.e., BS D) , Then both BS A and BS B can not be switched off.

이에, 본 발명자들은, 이러한 문제를 완화하기 위해, 비동기적으로(asynchronously) 동작하는 네트워크를 상정하였다.
In order to alleviate this problem, the inventors of the present invention have assumed a network operating asynchronously.

즉, 상기한 알고리즘을 동기 동작으로 구현하기 위하여는, 예를 들면, BS A와 BS B가 랜덤한 대기시간(random waiting time)에 RTSO를 송신하는 RTSO 대기(RTSO with waiting) 또는 BS B로부터의 CLSO가 랜덤 대기시간 내에 도착하지 않은 경우 BS D가 BS A에 CTSO를 응답하는 다단(multi-step) CTSO와 같이, 프로토콜 설계 단계에서 충돌을 완화하기 위한 전통적인 방법들(참고문헌 31 참조)과 유사한 메시지 교환의 충돌을 방지하기 위한 추가적인 처리가 요구된다.
That is, in order to implement the above-described algorithm as a synchronous operation, for example, an RTSO waiting with RTSO transmitting a RTSO at a random waiting time (BS A and BS B) Similar to traditional methods for mitigating collisions at the protocol design stage (see reference 31), such as multi-step CTSO where BS D responds CTSO to BS A if CLSO does not arrive within random latency Additional processing is required to prevent conflicts of message exchanges.

또한, 시스템 부하로부터 야기되는 또 다른 문제는 변동(fluctuate)하기 쉬운 것이며, 시스템 부하의 높은 변화로 인해, BS는 핸드오버시 핑퐁 효과(ping-pong effect)(참고문헌 32 참조)와 유사하게 스위칭 오프와 온을 비효율적으로 반복하게 될 수도 있다.
Further, another problem arising from system load is that it is prone to fluctuate, and due to the high change in system load, the BS may be able to perform switching (or switching) operations similar to the ping-pong effect Off and on may be repeated inefficiently.

이에, 본 발명자들은, 이러한 문제를 해결하기 위해, 실제 구현을 위한 이력 마진(hysteresis margin) △h를 도입하였으며, 즉, BS 스위칭 오프 및 온을 위한 시스템 부하 스레시홀드는 각각 이하의 [수학식 17]과 같이 나타낼 수 있다.
The present inventors, to solve this problem, was introduced into the △ h hysteresis margin (hysteresis margin) for an actual implementation, i.e., the formula below the system load threshold for BS switching off and on, respectively 17] can be expressed as follows.

[수학식 17] &Quot; (17) &quot;

Figure 112014051295573-pat00030

Figure 112014051295573-pat00030

여기서, 이력 마진을 가지는 결정 과정은 낮은 시스템 부하 스레시홀드에 의해 에너지 절감의 양은 감소하는 반면, 비효율적인 스위칭 오프 및 온을 감소할 수 있으므로, 따라서 적절한 이력 마진을 결정하기 위해 비효율적인 스위칭과 에너지 절감 사이의 트레이드 오프가 고려되어야 한다.
Here, the determination process with the hysteresis margin can reduce ineffective switching off and on, while the amount of energy savings is reduced by the low system load threshold, and therefore, inefficient switching and energy A trade-off between savings should be considered.

계속해서, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 SWES 알고리즘의 수치 분석(numerical analysis) 내용에 대하여 설명한다.
Next, numerical analysis of the SWES algorithm according to the present invention will be described.

즉, 본 발명자들은, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 SWES 알고리즘의 시뮬레이션을 위하여, 5×5 km2의 영역 내에 18개의 BS로 이루어지는 실제 3G 네트워크 구조를 고려하였으며(참고문헌 33 참조), 또한, 에지 효과(edge effect)를 회피하기 위해 랩 어라운드 기술(wrap-around technique)을 적용하였다(참고문헌 34 참조).
That is, in order to simulate the SWES algorithm according to the present invention as described above, the present inventors considered an actual 3G network structure composed of 18 BSs in an area of 5 × 5 km 2 (refer to Reference 33) A wrap-around technique was applied to avoid the edge effect (see reference 34).

아울러, 트래픽 부하는 공간적으로 균질하며 트래픽 도달률(traffic arrival rate)을 스케일링(scaling) 하는 것에 의해 변화하는 것으로 가정하였고, 트래픽 도달률이 증가하여 임의의 BS의 시스템 부하가 ρth에 도달하면, 해당 지점을 상대 시스템 부하(relative system load) = 1로 처리하였다.
In addition, it is assumed that the traffic load is spatially homogeneous and varies by scaling the traffic arrival rate. When the system load of any BS reaches ρ th as the traffic arrival rate increases, Was treated as relative system load = 1.

더욱이 ,시뮬레이션에 있어서, 본 발명에 따른 SWES 알고리즘에 대한 스레시홀드값 ρth는 시스템 신뢰도를 고려하여 0.6으로 설정하였고, 도 1에 나타낸 실제 트래픽 프로파일을 적용하기 위해 피크 트래픽 시간의 트래픽 부하를 상대 시스템 부하가 1인 것으로 일반화하였다.
Further, in the simulation, the threshold value ρ th for the SWES algorithm according to the present invention is set to 0.6 in consideration of the system reliability, and the traffic load of the peak traffic time is applied to the SWES algorithm The system load was generalized to be 1.

또한, 단위시간(unit time)당 BS에 대한 전송 전력(transmission power)과 동작 에너지(operational energy)의 일반적인 값을 사용하여, 즉, Pi = 20W 및 EBS = 865W로 하였다(참고문헌 13 참조).
Also, using the general values of transmission power and operational energy for BS per unit time, namely P i = 20 W and E BS = 865 W (see ref. 13 ).

아울러, 채널전달모델(channel propagation model) 및 BS 특성(characteristics)을 포함하는 그 밖의 다른 파라미터는, 예를 들면, 수정된 COST 234 Hata 경로손실모델(path-loss model)과 같이, 도시 매크로 모델(urban macro model)로서 IEEE 802.16m EMD(evaluation methodology document)에 따라 설정하였다(참고문헌 34 참조).
In addition, other parameters, including the channel propagation model and BS characteristics, may be used to determine the propagation characteristics of the urban macro model (e.g., the modified COST 234 Hath path loss model) urban macro model according to the IEEE 802.16m evaluation methodology document (EMD) (see reference 34).

더 상세하게는, 도 6을 참조하면, 도 6은 복합 트래픽 프로파일을 이용하여 상대 시스템 부하를 0에서 1까지 변화시켜 가면서 본 발명에 따른 SWES 알고리즘의 에너지 절감량을 비교한 결과를 나타내는 도면이다.
More specifically, referring to FIG. 6, FIG. 6 is a diagram illustrating a result of comparing energy savings of the SWES algorithm according to the present invention while changing a relative system load from 0 to 1 using a composite traffic profile.

도 6에 나타낸 바와 같이, 상대 시스템 부하가 낮을수록 높은 에너지 절감량을 기대할 수 있음을 알 수 있으며, 즉, 전수조사 최적화(Optimal exhaustive search)의 에너지 소비와 비교하여, 풀 피드백 정보를 가지는 SWES(1, 1)는 모든 시스템 부하에 대하여 최적화 알고리즘보다 8% 정도 에너지를 더 소비한다.
6, the lower the relative system load is low can be seen that the expected high energy savings, that is, compared to the energy consumption of the exhaustive search optimization (Optimal exhaustive search), SWES ( 1 having a full feedback information , 1) consumes 8% more energy than the optimization algorithm for all system loads.

이는, 선형 복잡도를 가지는 단순한 분산 알고리즘으로 218개의 모든 온/오프 BS 조합을 전수조사하는 종래의 중앙처리식 최적화 알고리즘과 유사한 성능을 얻을 수 있다는 것을 의미한다.
This means that a performance similar to that of a conventional central processing optimization algorithm that investigates all 2 18 on / off BS combinations with a simple distribution algorithm with linear complexity can be obtained.

또한, 부분 피드백을 가지는 알고리즘은 상대 시스템 부하가 작을 때 잘 동작하나, 특히, 상대 시스템 부하가 1에 가까울수록 최적화와의 성능차가 커지며, 이러한 경향은 SWES(0, 1), SWES(1, 0), SWES(0, 0) 사이의 성능차가 약 4 ~ 5%인 것과 거의 유사하다.
In addition, the algorithm having a portion feedback grows and has performance difference of the one operating well when the smaller the relative system load, in particular, the more the relative system load is close to the first optimization, this trend SWES (0, 1), SWES (1, 0 ) , And the performance difference between SWES (0, 0) is about 4-5%.

아울러, 스위치 오프된 BS로부터 인접하는 BS에 트래픽 부하가 전달될 때 신호강도 저하의 영향을 포착하기 위해 SWES(1, 0) 및 SWES(0, 0)에 대하여 상보 계수 k가 요구되며, 본 발명자들은, 상보 계수가 1인 것으로 가정하여 시뮬레이션을 수행하였다.
In addition, a complementary coefficient k is required for SWES (1, 0) and SWES (0, 0) to capture the effect of signal strength degradation when a traffic load is transmitted from a switched-off BS to an adjacent BS. , The simulations were performed assuming that the complement coefficient is 1.

계속해서, 도 1에 나타낸 실제 트래픽 프로파일을 고려하여 본 발명에 따른 SWES 알고리즘의 에너지 절감효과를 시뮬레이션한 결과에 대하여 설명한다.
Next, a simulation result of the energy saving effect of the SWES algorithm according to the present invention will be described in consideration of the actual traffic profile shown in FIG.

즉, 도 7 및 도 8을 참조하면, 도 7은 주중과 주말의 에너지 절감률을 나타내는 도면이고, 도 8은 이력 마진의 효과를 나타내는 도면이다.
7 and 8, FIG. 7 is a diagram showing the energy saving rate of weekday and weekend, and FIG. 8 is a diagram showing the effect of the history margin.

더 상세하게는, 도 7은 이력 마진이 0일 때 실제 트래픽 프로파일 하에서 하루 동안의 에너지 절감량을 나타내고 있으며, 도 7에 나타낸 바와 같이, 주중과 주말 동안 각각 약 55% 및 80%의 큰 에너지 절감을 기대할 수 있음을 알 수 있고, 또한, 본 발명에 따른 SWES 알고리즘과 종래의 전수조사 최적화 사이의 성능차는 10% 미만임을 알 수 있다.
More specifically, FIG. 7 shows the energy savings over a day under the actual traffic profile when the hysteresis margin is zero, and shows a large energy savings of about 55% and 80% during weekdays and weekends, respectively, as shown in FIG. It can be seen that the performance difference between the SWES algorithm according to the present invention and the conventional total irradiation optimization is less than 10%.

이는, 하루 동안 주요 시간대에 대한 트래픽 부하가 낮기 때문이며, 즉, 도 1에 나타낸 트래픽 부하 프로파일에 근거하면, 하루 중 트래픽이 피크의 10% 이하인 시간대가 주중에는 약 30%이고 주말에는 약 43%이고(참고문헌 20 참조), 도 6에 나타낸 바와 같이, 그러한 기간에 대한 성능차는 상대적으로 작은 때문이다.
This is because the traffic load for the main time zone during the day is low, that is, based on the traffic load profile shown in FIG. 1, the time zone during which the traffic per day is less than 10% of the peak is about 30% during weekdays and about 43% (See Reference 20), and as shown in Fig. 6, the performance difference for such a period is relatively small.

아울러, 도 8을 참조하면, SWES(1, 1)에 대한 이력 마진의 영향이 나타나 1있으며, 이력 마진 Δh가 0.01에서 0.25까지 증가할 때 시간에 따른 시스템 부하의 높은 변화로 인해 BS가 너무 자주 스위칭 온/오프되는 것을 방지할 수 있으나, 이는 에너지 절감에 있어서는 약간의 손실을 야기한다.
8, the influence of the hysteresis margin on the SWES (1, 1) appears, and when the hysteresis margin h increases from 0.01 to 0.25, It is possible to prevent frequent switching on / off, but this causes a slight loss in energy saving.

따라서 시스템 설계에 있어서, 에너지 절감과 시스템 안정성 사이에 양호한 트레이드 오프를 유도하는 적절한 이력 마진의 선택이 중요하다.
Therefore, in system design, it is important to select an appropriate hysteresis margin that leads to a good trade-off between energy savings and system stability.

상기한 바와 같이, SWES 알고리즘의 에너지 절감량은 내부 시스템 부하, 외부 시스템 부하, 인접하는 BS의 수와 BS간 거리 등과 같은 환경에 의존하는 시스템 부하와 밀접하게 관련된다.
As described above, the energy savings of the SWES algorithm are closely related to the system load depending on the environment such as the internal system load, the external system load, the number of adjacent BSs, and the distance between BSs.

즉, 도 9 내지 도 11을 참조하면, 도 9는 SWES(1, 1)에 대하여 스위칭 오프 처리를 통한 평균 시스템 부하의 변화를 나타내는 도면이고, 도 10 및 도 11은 SWES(1, 1)에 대하여 스위칭 오프 처리를 통한 BS 토폴로지 특성의 변화를 나타내는 도면이다.
If that is, with reference to FIGS. 9 to 11, in Fig. 9 is a diagram showing a change in the average system load through the switching-off process on SWES (1, 1), 10 and 11 are SWES (1, 1) Fig. 8 is a diagram showing a change in the BS topology characteristic through the switching-off process.

여기서, 도 10은 BS로부터 그것에 인접하는 BS들까지의 평균 거리를 나타내고, 도 11은 스위칭 오프 BS 및 모든 BS에 인접하는 BS 수의 평균을 각각 나타내고 있으며, 도 9 내지 도 11에 있어서, 매우 낮은 시스템 부하( = 0.04)에서 시작하여, SWES 알고리즘에 따라 하나씩 BS가 오프되었다.
11 shows the average of the number of BSs adjacent to the switching off BS and all the BSs, and in Figures 9 to 11, a very low system &lt; RTI ID = 0.0 &gt; Starting with a load (= 0.04), the BS was turned off one by one according to the SWES algorithm.

먼저, 도 9를 참조하면, 도 9는 스위치 오프 처리를 통한 3개의 평균 시스템 부하를 나타내고 있으며, 즉, 스위칭 오프 BS의 내부(Int.) 및 외부(Ext.) 시스템 부하는 스위칭 오프 BS 및 그것에 인접하는 BS들의 평균 시스템 부하를 각각 나타내고, 평균(Avg.) 시스템 부하는 네트워크 내의 모든 BS의 평균 시스템 부하를 나타내고 있다.
First, referring to FIG. 9, FIG. 9 shows three average system loads through the switch-off process, i.e., the internal (Int.) And external (Ext.) System loads of the switching off- Represents the average system load of neighboring BSs, and the average (system load) represents the average system load of all BSs in the network.

도 9에 나타낸 바와 같이, 스위칭 오프 BS와 인접하는 BS의 평균 시스템 부하는 모든 BS의 평균 시스템 부하보다 낮은 값을 가지며, 이는, 다른 BS를 스위칭 오프하는 것보다 네트워크에 영향이 적으므로 낮은 내부 및 외부 시스템 부하를 가지는 BS가 먼저 스위치 오프되는 것을 의미한다.
As shown in Figure 9, the average system load of the switching off BS and neighboring BSs is lower than the average system load of all BSs, which is less influential on the network than switching off the other BSs, The BS having the external system load is switched off first.

또한, 초기(initial) 스위칭 처리에서 스위칭 오프 BS의 평균 시스템 부하는 인접하는 BS들보다 약간 낮으나 프로세스 종료시는 반대의 결과가 나타나며, 이는 낮은 시스템 부하 영역에서 스위칭 오프 BS의 내부 요인(internal factor)이 더 많은 네트워크 영향을 가지고 인접하는 BS에 의한 외부 요인은 높은 시스템 부하 영역에서 중요해짐을 의미한다.
Also, in the initial switching process, the average system load of the switching off BS is slightly lower than that of adjacent BSs, but the opposite result is obtained at the end of the process. This is because the internal factor of the switching off BS in the low system load region With more network effects, external factors by neighboring BSs are significant in high system load regions.

아울러, 도 10 및 도 11을 참조하면, 도 10 및 도 11은 각각 BS에서 인접하는 BS들까지의 평균 거리와 인접하는 BS 수의 평균을 나타내고 있으며, 이는, 스위칭 오프 알고리즘의 동작과 BS 토폴로지 사이의 관계를 나타낼 수 있다.
10 and 11 show the average distance from the BS to the neighboring BSs and the average of the neighboring BSs, respectively. This is because the operation of the switching-off algorithm and the BS topology Relationship.

즉, 도 10 및 도 11에 있어서, 스위칭 오프 BS와 모든 BS에 대한 평균 거리/수가 도시되며, BS로부터 인접하는 BS까지의 평균 거리는 활성 BS의 밀도(density)가 감소하므로 단조롭게(monotonically) 증가한다.
10 and 11, the average distance / number is shown for the switching off BS and all BSs, and the average distance from the BS to the adjacent BS increases monotonically as the density of the active BS decreases .

특히, BS로부터 인접하는 BS까지의 평균 거리는 모든 BS에 대한 것보다 낮은 값을 가지며, 이는, 높은 BS 밀도 영역 내의 스위칭 오프 BS는 낮은 BS 밀도 영역 내의 BS보다 네트워크에 미치는 영향이 적다는 의미로 해석될 수 있다.
In particular, the average distance from the BS to the neighboring BSs has a value lower than that for all BSs, which means that the switching off BS in the higher BS density region has less impact on the network than the BS in the lower BS density region. .

그러나 반면, 인접하는 BS 수의 평균은 스위칭 오프 처리 동안 거의 동일하게 유지되며(예를 들면, 분산이 1보다 작음), 이는 BS 밀도가 감소하여도 각 BS의 커버리지는 증가하는 이유이다.
However, on the other hand, the average of the number of adjacent BSs remains approximately the same during the switching off process (e.g., the variance is less than one), which is why the coverage of each BS increases even if the BS density decreases.

또한, 인접하는 BS의 수가 증가할수록 인접하는 BS로부터의 간섭으로 인해 BS의 시스템 부하가 증가하므로, 스위칭 오프 BS 수의 평균은 모든 BS에 대한 것보다 약간 낮으며, 즉, 이는, BS 스위칭을 위한 네트워크 영향을 설계시 인접하는 BS의 수보다 BS 사이의 거리가 더욱 주요한 요인임을 의미한다.
Also, since the system load of the BS increases due to interference from neighboring BSs as the number of neighboring BSs increases, the average of the number of switching offs BSs is slightly lower than that for all BSs, i.e., This implies that the distance between BSs is a more important factor than the number of neighboring BSs in designing network effects.

이상, 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 SWES 알고리즘을 구현할 수 있으며, 아울러, 이러한 SWES 알고리즘을 이용하여, 본 발명에 따른 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법을 구현할 수 있다.
As described above, the SWES algorithm according to the present invention can be implemented as described above, and the dynamic BS switching method for the green cellular network according to the present invention can be implemented using the SWES algorithm.

더 상세하게는, 도 12 내지 14를 참조하면, 도 12는 본 발명에 따른 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이고, 도 13 및 도 14는 도 12에 나타낸 본 발명에 따른 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법의 스위칭 오프 처리단계 및 스위칭 온 처리단계의 구체적인 구성을 각각 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
12 and 14 are flowcharts schematically showing the overall configuration of a dynamic base station switching method for a green cellular network according to the present invention. Figs. 13 and 14 are flowcharts FIG. 3 is a flowchart schematically showing specific configurations of a switching-off processing step and a switching-on processing step of a dynamic base station switching method for a green cellular network according to the invention;

즉, 도 12에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법은, 네트워크상의 복수의 기지국이 각자 네트워크에 미치는 영향을 판단하여 네트워크에 미치는 영향이 가장 작은 기지국부터 순차적으로 스위칭 오프 되는 스위칭 오프 처리단계(S11) 및 스위칭 오프 되지 않은 활성 기지국(active BS)의 시스템 부하가 미리 정해진 임계값(threshold)에 도달하면 활성 기지국(active BS)에서 스위칭 오프된 기지국을 다시 스위칭 온 시키는 스위칭 온 처리단계(S12)를 포함하여 구성될 수 있다.
That is, as shown in FIG. 12, a dynamic base station switching method for a green cellular network according to the present invention determines the influence of a plurality of base stations on a network on each network, Off state of the active base station (active BS) is switched on again when the system load of the active base station (active BS) that has not been switched off reaches a predetermined threshold value And a switching-on processing step S12.

여기서, 상기한 스위칭 오프 처리단계는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 네트워크상의 각각의 기지국(BS b)이 상기 기지국(BS b)에 연결된 복수의 사용자 단말(User Equipment ; UE)로부터 수신 신호강도 및 기지국 ID에 대한 정보를 주기적으로 피드백 받고, 상기 기지국(BS b)에 인접하는 복수의 인접 기지국(BS b')으로부터 시스템 부하 밀도(system load density)에 대한 정보를 수신하여 인접하는 기지국들과 공유하는 스위칭 오프 전처리(pre-processing) 단계(S21)와, 스위칭 오프 전처리 단계에서 수신된 정보에 근거하여 각각의 기지국에서 자신이 네트워크에 미치는 영향을 산출하여 자신이 오프될 수 있는지 없는지를 판단하는 스위칭 오프 결정(decision) 단계(S22) 및 스위칭 오프 결정 단계에서의 판단 결과에 따라 상기 네트워크에 미치는 영향이 적은 순서대로 각각의 기지국이 오프되는 스위칭 오프 후처리(post-processing) 단계(S23)를 포함하여 구성될 수 있다.
13, each of the base stations BS b on the network receives a signal strength from a plurality of user equipment (UE) connected to the base station BS b, Receives information on the system load density from a plurality of neighbor base stations (BS b ') adjacent to the base station (BS b) and receives information on the system load density from the neighbor base stations A switching-off pre-processing step (S21) for calculating an influence of each base station on the network based on the information received in the switching-off preprocessing step, Off decision step S22 and the determination result in the switching off decision step, And a switching-off post-processing step S23 in which the switch-off processing is turned off.

또한, 상기한 스위칭 온 처리단계는, 도 14에 나타낸 바와 같이, 네트워크상의 임의의 기지국(BS b')에 인접하는 기지국들 중 하나의 기지국(BS b)으로부터 CLSO가 수신되면, 상기 기지국(BS b')은 해당 인접하는 기지국(BS b)이 스위치 오프될 것으로 판단하고, 인접하는 기지국(BS b)이 오프된 후 인접하는 기지국(BS b)으로부터의 핸드오버 트래픽을 포함하는 자신의 시스템 부하를 기록하는 처리가 수행되는 스위칭 온 전처리 단계(S31)와, 상기 기지국(BS b')의 시스템 부하가 증가하여 스위치 오프된 인접하는 기지국(BS b)을 스위칭 온 할 필요가 있는 것으로 판단되면, 스위치 오프된 인접하는 기지국(BS b)에 스위칭 온 요청을 보내는 처리가 수행되는 스위칭 온 결정 단계(S32) 및 인접하는 기지국(BS b)이 스위칭 온 요청을 수신하여 스위치 온 되면, 해당 서비스 가능지역에 위치한 사용자 단말(UE)이 최선의 신호강도에 근거하여 자신들의 서비스 기지국을 재선택하는 처리가 수행되는 스위칭 온 후처리 단계(S33)를 포함하여 구성될 수 있다.
14, when the CLSO is received from one of the base stations (BS b) adjacent to an arbitrary base station (BS b ') on the network, b ') determines that the neighboring base station (BS b) is to be switched off, and after the neighboring base station (BS b) is turned off, its own system load including the handover traffic from the neighboring base station A switching on preprocessing step S31 for performing a process of recording a BS b 'on a base station BS b', and if it is determined that it is necessary to switch on an adjacent base station BS b switched off due to an increased system load of the BS b ' A switching on decision step S32 in which a process of sending a switching on request to an adjacent base station BS b switched off is performed and a neighboring base station BS b receives a switching on request and is switched on, There is user equipment (UE) located in the station can be configured to include a switch-on after the treatment step (S33) to be re-selection process is performed to their serving base station based on the best signal strength.

아울러, 상기한 각 단계의 보다 구체적인 내용은 도 1 내지 도 11 및 [수학식 1] 내지 [수학식 17]을 참조하여 상기한 본 발명에 따른 SWES 알고리즘의 내용을 참조하여 구성될 수 있다.
In addition, more detailed contents of each of the above steps can be configured with reference to the contents of the SWES algorithm according to the present invention with reference to FIGS. 1 to 11 and [Equation 1] to [Equation 17].

따라서 상기한 바와 같이 하여, 본 발명에 따른 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법을 구현할 수 있다.
Therefore, the dynamic BS switching method for the green cellular network according to the present invention can be implemented as described above.

또한, 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법을 구현하는 것에 의해, 본 발명에 따르면, 무선 셀룰러 네트워크에서의 에너지 소비를 감소하기 위한 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법이 제공됨으로써, 높은 계산 복잡도(computational complexity)와 큰 신호 오버헤드(signaling overhead)가 요구되는 것으로 알려져 있는 BS 스위칭에 관련된 종래의 에너지 최소화 문제를 해결할 수 있다.
Also, by implementing a dynamic base station switching method for a green cellular network according to the present invention as described above, according to the present invention, dynamic base station switching for a green cellular network for reducing energy consumption in a wireless cellular network A conventional energy minimization problem related to BS switching, which is known to require a high computational complexity and a large signaling overhead, can be solved.

아울러, 본 발명에 따르면, 네트워크 영향(network-impact)이라는 새로운 개념을 도입하여 낮은 계산 복잡도를 가지고 분산적인 방식으로 동작될 수 있도록 구성되어 실제적으로 구현가능한 스위칭 온/오프 기반 에너지 절약(switching-on/off based energy save ; SWES) 알고리즘을 이용하여 구성되는 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법이 제공됨으로써, 인접하는 BS들의 추가적인 부하 증가를 고려하여 네트워크에 미치는 영향이 최소화되는 BS를 하나씩 차례로 끄는 것에 의해 무선 셀룰러 네트워크에서의 총 에너지 소비를 현저하게 감소할 수 있다.
In addition, according to the present invention, a new concept of network-impact can be introduced, so that it can be operated in a distributed manner with a low computational complexity, thereby realizing a switching on / off based switching-on a method of switching a BS in which the influence on a network is minimized in consideration of an additional load increase of neighboring BSs is proposed in order to provide a dynamic base station switching method for a green cellular network constituted using an off- Thereby significantly reducing the total energy consumption in the wireless cellular network.

더욱이, 본 발명에 따르면, 공기(air) 및 귀로(backhaul)로 인한 신호 및 구현 오버헤드(signaling and implementation overhead)를 더욱 줄이기 위해, 결정 기준(decision metric)으로서 네트워크 영향의 근사값을 이용하는 SWSE의 복수의 휴리스틱(heuristic) 버전을 제시하고 상기한 알고리즘이 프로토콜 레벨(protocol-level)에서 어떻게 구현되는지를 나타내었다.
Moreover, according to the present invention, a plurality of SWSEs using an approximation of network influence as a decision metric to further reduce signaling and implementation overhead due to air and backhaul, And shows how the above algorithm is implemented at the protocol level.

또한, 에너지 절감량을 평가한 시뮬레이션 결과, 본 발명에 따른 SWES 알고리즘은 대도시의 도심 지역에서의 실제 트래픽 프로파일에 근거하여 50 ~ 80% 이상의 잠재적인 에너지 절감효과가 있는 것으로 평가되어, 총 에너지 소비를 현저히 감소할 수 있다.
In addition, as a result of the simulation for evaluating the energy saving amount, the SWES algorithm according to the present invention is evaluated as having a potential energy saving effect of 50 to 80% or more based on the actual traffic profile in the urban area of the metropolitan area, .

이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes, modifications, combinations, and substitutions can be made in the present invention based on design requirements and various other factors.

Claims (11)

스위칭 온 오프 기반 에너지 절약(switching-on/off based energy save ; SWES) 알고리즘에 기반하여, 인접하는 기지국(Base Station ; BS)들의 추가적인 부하 증가를 고려하여 네트워크에 미치는 영향이 최소화되는 기지국을 스위칭 오프(switching-off) 하는 것에 의해 무선 셀룰러 네트워크에서의 총 에너지 소비를 감소할 수 있도록 구성되는 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법에 있어서,
네트워크상의 복수의 기지국이 각자 상기 네트워크에 미치는 영향을 판단하여 상기 네트워크에 미치는 영향이 가장 작은 기지국부터 순차적으로 스위칭 오프 되는 스위칭 오프 처리단계; 및
스위칭 오프 되지 않은 활성 기지국(active BS)의 시스템 부하가 미리 정해진 임계값(threshold)에 도달하면 상기 활성 기지국(active BS)에서 스위칭 오프된 기지국을 다시 스위칭 온 시키는 스위칭 온 처리단계;를 포함하고,
상기 스위칭 오프 처리단계는,
상기 네트워크상의 각각의 기지국(BS b)이 상기 기지국(BS b)에 연결된 복수의 사용자 단말(User Equipment ; UE)로부터 수신 신호강도 및 기지국 ID에 대한 정보를 주기적으로 피드백 받고, 상기 기지국(BS b)에 인접하는 복수의 인접 기지국(BS b')으로부터 시스템 부하 밀도(system load density)에 대한 정보를 수신하여 인접하는 기지국들과 공유하는 스위칭 오프 전처리(pre-processing) 단계;
상기 스위칭 오프 전처리 단계에서 수신된 정보에 근거하여 각각의 기지국에서 자신이 네트워크에 미치는 영향을 산출하여 자신이 오프될 수 있는지 없는지를 판단하는 스위칭 오프 결정(decision) 단계; 및
상기 스위칭 오프 결정 단계에서의 판단 결과에 따라 상기 네트워크에 미치는 영향이 적은 순서대로 각각의 기지국이 오프되는 스위칭 오프 후처리(post-processing) 단계;를 포함하며,
상기 스위칭 오프 결정단계는,
이하의 수학식을 이용하여, 각각의 기지국에서 자신이 네트워크에 미치는 영향을 나타내는 네트워크 영향(network impact)(Fb)을 산출하고,

Figure 112015034308244-pat00031


(여기서, Nb는 기지국 BS b에 인접하는 기지국의 집합이고, ρn은 시스템 부하이며,
Figure 112015034308244-pat00032
은 기지국의 스위치 오프로 인해 인접하는 기지국에 발생하는 추가적인 시스템 부하 증가임)

산출된 상기 네트워크 영향이 미리 정해진 시스템 부하 임계값(system load threshold)보다 작은 경우 오프 가능한 것으로 판단하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법.
Based on a switching-on / off based energy save (SWES) algorithm, a base station that minimizes the influence on a network in consideration of an additional load increase of neighboring base stations (BSs) A method for dynamic base station switching for a green cellular network configured to reduce total energy consumption in a wireless cellular network by switching-off,
A switching off processing step of sequentially determining the influence of a plurality of base stations on the network on the network and sequentially switching off the base stations having the least effect on the network; And
And a switching on processing step of switching on a base station switched off from the active base station again when a system load of an active base station that has not been switched off reaches a predetermined threshold,
Wherein the switching-
Each base station BS b on the network periodically receives information on a received signal strength and a base station ID from a plurality of user equipment (UE) connected to the base station BS b, A switching off preprocessing step of receiving information on a system load density from a plurality of neighboring base stations BS b 'adjacent to the base station BS b' and sharing the system load density with neighboring base stations;
A switching off decision step of determining an influence of each base station on the network based on the information received in the switching off pre-processing step to determine whether the base station can be turned off; And
And a switching-off post-processing step in which the respective base stations are turned off in order of decreasing influence on the network in accordance with a result of the determination in the switching off decision step,
Wherein the switching-off determination step comprises:
(F b ) indicating the influence of each base station on the network itself, using the following equation: &lt; EMI ID =

Figure 112015034308244-pat00031


(Where N b is the set of base stations neighboring the base station BS b, ρ n is the system load,
Figure 112015034308244-pat00032
Is an additional system load increase that occurs at neighboring base stations due to the switch-off of the base station)

And if the calculated network influence is less than a predetermined system load threshold, processing is performed to determine that it is off-possible.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 스위칭 오프 후처리 단계는,
각각의 기지국에서 먼저 RTSO(request to switching-off)를 송신하고 인접하는 모든 기지국들로부터 CTSO(clear to switching-off)를 수신했을 때에만 해당 기지국이 자신의 인접하는 기지국들에게 CLSO(conformation of switching-off)를 보낸 후 오프 되는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법.
The method according to claim 1,
Wherein the switching off post-
When each base station first transmits a request to switching-off (RTSO) and receives CTSO (clear to switching-off) from all adjacent base stations, the corresponding base station transmits a CLSO (conformation of switching -off) is sent and then the process is turned off.
제 4항에 있어서,
상기 스위칭 오프 후처리 단계는,
각각의 기지국이 오프되기 전에 해당 기지국 및 인접하는 기지국들이 상기 RTSO 및 상기 CTSO를 포함하는 스위칭 오프 상태(switching-off status)에 관한 정보를 교환함으로써, 해당 기지국이 어떠한 조건 및 상태에서 오프되었는지를 인접하는 기지국들이 알고 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the switching off post-
Before the respective base stations are turned off, the base station and neighboring base stations exchange information on the switching-off status including the RTSO and the CTSO, Wherein the base stations are configured to be aware of the base stations.
제 5항에 있어서,
상기 스위칭 오프 후처리 단계는,
각각의 기지국의 스위칭 오프 후 스위칭 오프된 기지국에 의해 서비스되고 있던 사용자 단말이 상기 스위칭 오프된 기지국을 제외하고 가장 강한 신호강도를 제공하는 인접하는 기지국으로 이동하도록 하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the switching off post-
Characterized in that a process is carried out such that a user terminal, which has been served by a base station switched off after switching off each base station, is moved to an adjacent base station providing the strongest signal strength except for the switched off base station A dynamic base station switching method for a green cellular network.
제 6항에 있어서,
상기 스위칭 온 처리단계는,
상기 네트워크상의 임의의 기지국(BS b')에 인접하는 기지국들 중 하나의 기지국(BS b)으로부터 CLSO가 수신되면, 상기 기지국(BS b')은 해당 인접하는 기지국(BS b)이 스위치 오프될 것으로 판단하고, 상기 인접하는 기지국(BS b)이 오프된 후 상기 인접하는 기지국(BS b)으로부터의 핸드오버 트래픽을 포함하는 자신의 시스템 부하를 기록하는 처리가 수행되는 스위칭 온 전처리 단계;
상기 기지국(BS b')의 시스템 부하가 증가하여 스위치 오프된 상기 인접하는 기지국(BS b)을 스위칭 온 할 필요가 있는 것으로 판단되면, 스위치 오프된 상기 인접하는 기지국(BS b)에 스위칭 온 요청을 보내는 처리가 수행되는 스위칭 온 결정 단계; 및
상기 인접하는 기지국(BS b)이 상기 스위칭 온 요청을 수신하여 스위치 온 되면, 해당 서비스 가능지역에 위치한 사용자 단말(UE)이 최선의 신호강도에 근거하여 자신들의 서비스 기지국을 재선택하는 처리가 수행되는 스위칭 온 후처리 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법.
The method according to claim 6,
The switching-
When the CLSO is received from one of the base stations BS b 'adjacent to an arbitrary base station BS b' on the network, the base station BS b 'switches off the neighboring base station BS b A switching on preprocessing step of performing a process of recording its own system load including handover traffic from the neighboring base station (BS b) after the neighboring base station (BS b) is turned off;
If it is determined that the system load of the base station BS b 'is increased and it is necessary to switch on the adjacent base station BS b switched off, A switching-on determining step of performing a process of transmitting a signal; And
When the neighboring base station BS b receives the switching on request and is switched on, a process of the user terminals UE located in the service coverage area reselects their service base stations based on the best signal strength is performed And a processing step after the switching-on of the base station.
제 7항에 있어서,
상기 스위칭 온 전처리 단계는,
상기 스위칭 오프 알고리즘의 상기 스위칭 오프 후처리 단계와 동시에 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법.
8. The method of claim 7,
The switching-on pre-
Wherein the step of performing the switching-off post-processing of the switching-off algorithm is performed simultaneously with the switching-off post-processing step of the switching-off algorithm.
제 8항에 있어서,
상기 스위칭 온 결정단계는,
상기 기지국(BS b')의 시스템 부하가 상기 전처리 단계에서 상기 인접하는 기지국(BS b)이 스위치 오프되었을 때 기록된 시스템 부하에 도달하면, 상기 기지국(BS b')에서 RTSON(request to switching-on)을 보내어 상기 인접하는 기지국(BS b)을 깨우는(wake up) 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법.
9. The method of claim 8,
The switching-
When the system load of the base station BS b 'reaches the recorded system load when the adjacent base station BS b is switched off in the preprocessing step, the base station BS b' on of the neighboring base station (BS b) to send a signal to the base station (BS b) to wake up the neighboring base station (BS b).
제 9항에 있어서,
상기 스위칭 온 결정 단계는,
복수의 스위치 오프된 인접 기지국에 대하여 복수의 시스템 부하가 기록되어 있는 경우, 마지막에 기록된 시스템 부하에 근거하여 마지막에 스위치 오프된 기지국이 가장 먼저 스위치 온 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 그린 셀룰러 네트워크를 위한 동적 기지국 스위칭방법.
10. The method of claim 9,
The switching-
Characterized in that when a plurality of system loads are recorded for a plurality of switched off adjacent base stations, the last switched off base station based on the last recorded system load is configured to be first switched on The base station switching method.
삭제delete
KR1020140065548A 2014-05-30 2014-05-30 Method for switching dynamic base stations for green cellular networks KR101529131B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140065548A KR101529131B1 (en) 2014-05-30 2014-05-30 Method for switching dynamic base stations for green cellular networks

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140065548A KR101529131B1 (en) 2014-05-30 2014-05-30 Method for switching dynamic base stations for green cellular networks

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101529131B1 true KR101529131B1 (en) 2015-07-01

Family

ID=53787311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140065548A KR101529131B1 (en) 2014-05-30 2014-05-30 Method for switching dynamic base stations for green cellular networks

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101529131B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113711646A (en) * 2019-04-26 2021-11-26 索尼集团公司 Communication in a cellular network comprising dynamic cells

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012004999A (en) * 2010-06-18 2012-01-05 Kyocera Corp Radio communication system, radio base station, and communication control method
KR20120087971A (en) * 2009-10-28 2012-08-07 엔이씨 유럽 리미티드 A method for operating an energy management system in a wireless radio network
JP2013098852A (en) * 2011-11-02 2013-05-20 Ntt Docomo Inc Mobile communication method and wireless base station

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120087971A (en) * 2009-10-28 2012-08-07 엔이씨 유럽 리미티드 A method for operating an energy management system in a wireless radio network
JP2012004999A (en) * 2010-06-18 2012-01-05 Kyocera Corp Radio communication system, radio base station, and communication control method
JP2013098852A (en) * 2011-11-02 2013-05-20 Ntt Docomo Inc Mobile communication method and wireless base station

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TeliaSonera. Network Sharing in Inter-eNB energy saving. 3GPP TSG RAN WG3 Meeting #71 R3-110848 (2011.2.14.) *
TeliaSonera. Network Sharing in Inter-eNB energy saving. 3GPP TSG RAN WG3 Meeting #71 R3-110848 (2011.2.14.)*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113711646A (en) * 2019-04-26 2021-11-26 索尼集团公司 Communication in a cellular network comprising dynamic cells

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Oh et al. Dynamic base station switching-on/off strategies for green cellular networks
Liu et al. Small cell base station sleep strategies for energy efficiency
Budzisz et al. Dynamic resource provisioning for energy efficiency in wireless access networks: A survey and an outlook
El-Beaino et al. A proactive approach for LTE radio network planning with green considerations
EP2787777A1 (en) Energy Saving management in heterogeneous mobile communication systems using switching ON/OFF of small cells
Yang et al. Active base station set optimization for minimal energy consumption in green cellular networks
Alsedairy et al. Self organising cloud cells: a resource efficient network densification strategy
El Amine et al. Energy optimization with multi-sleeping control in 5G heterogeneous networks using reinforcement learning
Zhang et al. QoE-based reduction of handover delay for multimedia application in IEEE 802.11 networks
Panahi et al. Energy efficiency analysis in cache-enabled D2D-aided heterogeneous cellular networks
Chehri et al. Optimal matching between energy saving and traffic load for mobile multimedia communication
Hossain et al. Toward self-organizing sectorization of LTE eNBs for energy efficient network operation under QoS constraints
Dolfi et al. On the trade‐off between energy saving and number of switchings in green cellular networks
Suárez et al. A multi‐criteria BS switching‐off algorithm for 5G heterogeneous cellular networks with hybrid energy sources
Lema Telecommunication customer satisfaction using self‐organized network‐based heuristic algorithm
Alsharif et al. A review on intelligent base stations cooperation management techniques for greener lte cellular networks
KR101529131B1 (en) Method for switching dynamic base stations for green cellular networks
KR101563865B1 (en) Method for design of heterogeneous cellular networks for reducing energy consumption
Dolfi et al. Energy efficient optimization of a sleep mode strategy in heterogeneous cellular networks
Azhar et al. 5G networks: Challenges and techniques for energy efficiency
Lee et al. Delaunay triangulation based green base station operation for self organizing network
Yang et al. A novel energy saving scheme based on base stations dynamic configuration in green cellular networks
Gamboa et al. Reducing the energy footprint of cellular networks with delay-tolerant users
WO2011144251A1 (en) Dynamic adaptation of radio traffic handling by means of a base station, which can be operated in a listening mode
Pan et al. Traffic-aware energy optimizing strategies for multi-cell coordinated green cellular networks

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180611

Year of fee payment: 4