基于单重休假的蜂窝网络基站功率控制方法技术

本发明专利技术公开一种基于单重休假的蜂窝网络基站功率控制方法，属于移动通信技术领域。包括步骤：基站业务排队模型，基站能耗模型，采用排队理论分析系统性能，利用凸优化理论求解时延容忍门限下最优的基站能耗问题。本发明专利技术提出一种简单易行的基站单重休眠策略，区别于其它休眠策略，基站在休眠期间可以深度休眠，而不用再探测是否休眠期间会有数据到达，休眠期开销为零，同时休眠期的长度是根据该基站自身特点所定制的，取决于基站的地理位置、业务、负载、用户群等等因素，不同的基站我们定制不同的休假长度，操作简单，也更加灵活。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于移动通信
，更具体地说，涉及一种基于单重休假的蜂窝网络基站功率控制方法。
技术介绍
移动网络应用与智能终端的发展促进了无线宽带需求的增长。然而，指数增长的数据业务与高速移动接入需求使得无线网络基础设施需求急剧扩大，由此也增加了无线网络的能量消耗与运营成本。提高空中接口部分能量效率、减小基站能量开销成为绿色无线网络的关键研究内容。为了能够提高移动蜂窝网络能量效率，需要设计高能效的无线网络架构与协议，采用高能效网络管理与资源管理技术，以及高能效信号处理技术等。移动网络的应用特点决定了移动网络的动态性，用户移动性与作息规律使得网络业务负载具有空时变化特性。在实际应用中，网络通信资源的部署依据峰值业务需求而定，考虑到基站是蜂窝网络中耗能较大的组件，可将低负载小区的基站调整为休眠(关闭)状态减小能耗，同时通过增加相邻小区基站的发送功率或者通过基站间协作、部署中继节点、调整天线角度技术保证网络覆盖率与用户服务质量(QualtiyofService，QoS)，以此为基础的动态网络管理是具有应用前景的能效优化技术之一。智能手机与平板电脑的发展显著增加了蜂窝网络的能量消耗。3G和4G蜂窝网络可以提供更高的数据传输速率，智能手机和平板电脑使用户能够在蜂窝网络中使用更多的应用，例如流视频下载、电子书阅读和社交网络等。其结果是，移动用户的数目由2012年的45亿预计将增长至2020年的76亿，每一个用户每年使用的数据流量由2012年的10GB预计将增长至2020年的82GB。此外，更多的突发性和动态移动数据及视频流量已经取代了移动语音成为移动终端的主要负载。这些因素导致蜂窝网络能量消耗显著增加，为了提供相同覆盖，LTE网络相比于2G网络需要消耗约60倍的能量。数据中心和其他网络设备需要更多的基站以支持移动业务流量的增长。在一个典型的蜂窝网络中，基站能量消耗占总能量消耗的一半以上，增加基站的数量显著影响能耗。相应数据表明，全世界基站的数目从2007—2012年大约增加了一倍，而今天基站的数量已经达到400多万个。基站休眠的基本思想是一些非高峰负载情况下有选择地打开关闭基站一段时间。这类方法通常通过监测网络流量负载，然后决定是否将某些网络单元关闭(或切换到休眠模式，在一些文献也称为低功率模式或空闲模式)，或打开(或切换到主动模式，准备模式或激活模式)。采用这种休眠的机制能够避免低负载基站的不必要能量消耗。这类方法中，涉及开关的网络某些元素不限于功率放大器，还包括信号处理单元、冷却设备、整个基站或整个网络，这些都可以来回切换休眠模式和激活模式。多数情况下休眠技术旨在“非高峰期”时间通过选择性地关闭基站以节约能源。中国专利申请号201510671298.3，公开日2015年10月13日，公开了一份名称一种集中式基站休眠决策方法，包括：1)根据用户量和用户分布信息，生成多个连接矩阵，其中，所生成的每个连接矩阵均能够满足用户的接入需求；2)对于每个连接矩阵，计算它的能耗和连接稳定性，其中，每个连接矩阵的所述连接稳定性是该连接矩阵相对于当前各个基站开关状态的变化程度；3)根据每个连接矩阵所对应的能耗代价和连接稳定性代价，选择最优的连接矩阵作为当前的基站休眠决策结果。该方法能够更好地帮助通信网络降低能耗，提高网络稳定性，保障用户的QoS体验。中国专利技术专利号201310304256.7，公开日2013年7月17日，公开了一份名称一种小基站休眠的控制方法，包括：1)检测小基站覆盖范围内的负载值；2)根据步骤1)检测到的负载值设定小基站激活的频谱阈值；3)检测空闲频谱资源；4)根据检测到的负载值，以及所述的空闲频谱资源与设定的频谱阈值的大小关系，控制小基站的射频组件的开启和关闭，从而使小基站工作于激活或休眠状态。该小基站休眠的控制方法将空闲频谱资源和小基站覆盖范围内的业务量结合作为小基站休眠的控制条件，同时有效避免了小基站因空闲频谱资源不足引起的无效激活或激活后强行复用周围用户的频谱资源，有利于降低网络能耗，提高系统的能量效率。中国专利申请号201310242974.6，公开日2013年6月18日，公开了一份名称一种Femtocell基站的自适应休眠方法，包括以下步骤：步骤一：Femtocell基站在空闲模式，导频功率和相关进程关闭；步骤二：Femtocell基站嗅探器以时间间隔L(n)在用户和宏蜂窝基站的上行频段进行能量探测；步骤三：判断是否检测到在Femtocell基站附近有激活的移动用户；如有，Femtocell基站激活相关进程，开始导频信号的发送；否则，转到步骤二；步骤四：判断是否用户的服务被允许切换到Femtocell基站；如允许，移动用户从宏基站切换到Femtocell基站，并由其提供服务至通话结束；否则，转到步骤二；步骤五：Femtocell基站回到空闲模式并关闭导频发射和相关进程。该方法相对于传统Femtocell基站的工作状态能较好得节省能耗。总的来说，申请号201510671298.3的公开材料考虑一种集中式基站休眠决策方法，但是没有深入考虑能耗和时延的折中问题。申请号201310304256.7的公开材料考虑业务对基站休眠决策的影响，但是没有深入利用排队理论研究业务泊松到达与一般服务和基站休眠策略的制约关系。申请号201310242974.6的公开材料考虑一种家庭基站休眠决策方法，但是没有从实际出发，考虑基站的关闭和开启需要时间，以及这些因素对基站能耗的影响。
技术实现思路
针对现有的蜂窝网络基站功率控制方法未充分考虑节点休眠和业务的关系带来的性能改善、节点延时休眠、节点延时开启、低复杂度算法实际应用等问题，本专利技术提出一种基于单重休假的蜂窝网络基站功率控制方法，在综合考虑节点休眠和业务的关系，增加节点延时休眠、节点延时开启的实际问题，辅助低复杂度迭代算法，最大化蜂窝网络性能。为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种基于单重休假的蜂窝网络基站功率控制方法，包括以下步骤：步骤1:基站业务排队模型；建立基站休眠模型，把单个基站建模成一个带休假策略的M/G/1排队模型，考虑单服务员工作模式，数据包的到达服从参数为λ的泊松分布，每个数据的包转发看作一个独立同分布的一般过程，服务时间记成B，其期望为μ，方差为假设关闭期D服从一般分布，其拉普拉斯变换为D*(s)，定义假期为V，方差为其拉普拉斯变换为V*(s)，启动期为S，方差为其拉普拉斯变换为S*(s)；步骤2:基站能耗模型；基站的一个工作周期可以被分割成若干个时间片，由忙期B，关闭期D，休眠期V，启动期S和空闲期I组成，定义忙期B，关闭期D，休眠期V，启动期S和空闲期I的功耗分别是PBS,PCD,PSL,PBS,PST和PID，定义忙期B，关闭期D，休眠期V，启动期S和空闲期I在一整个基站的工作周期里面所占的时间比例分别是ηBS,ηCD,ηSL,ηBS,ηST和ηID，可以给出基站功耗的表达式如下：其中：P0和Pt分别表示基站在激活模式下的固定功耗和发送功耗，Δp表示由负载影响发射功率的约束因子，PBS＝P0+ΔpPt，PCD＝PID＝P0；进一步定义每比特能量消耗： E b i 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单重休假的蜂窝网络基站功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1:基站业务排队模型；建立基站休眠模型，把单个基站建模成一个带休假策略的M/G/1排队模型，考虑单服务员工作模式，数据包的到达服从参数为λ的泊松分布，每个数据的包转发看作一个独立同分布的一般过程，服务时间记成B，其期望为μ，方差为假设关闭期D服从一般分布，其拉普拉斯变换为D*(s)，定义假期为V，方差为其拉普拉斯变换为V*(s)，启动期为S，方差为其拉普拉斯变换为S*(s)；步骤2:基站能耗模型；基站的一个工作周期可以被分割成若干个时间片，由忙期B，关闭期D，休眠期V，启动期S和空闲期I组成，定义忙期B，关闭期D，休眠期V，启动期S和空闲期I的功耗分别是PBS,PCD,PSL,PBS,PST和PID，定义忙期B，关闭期D，休眠期V，启动期S和空闲期I在一整个基站的工作周期里面所占的时间比例分别是ηBS,ηCD,ηSL,ηBS,ηST和ηID，可以给出基站功耗的表达式如下：其中：P0和Pt分别表示基站在激活模式下的固定功耗和发送功耗，Δp表示由负载影响发射功率的约束因子，PBS＝P0+ΔpPt，PCD＝PID＝P0；进一步定义每比特能量消耗：其中：表示平均数据包的长度，推导出基于香农公式的服务时间μ和发射功率Pt的关系式：g,Bw和N0分别代表信道增益，信道带宽和噪声功率谱密度；步骤3:采用排队理论分析系统性能；步骤3.1:采用随机分解方法推导平均逗留时间；其中：KV表示一个休假周期内数据包的平均到达个数；步骤3.2:推导该休眠策略下基站的每比特能耗；其中：ρ＝λ/μ，表示一个休假周期的平均能耗；步骤4:利用凸优化理论求解时延容忍门限下最优的基站能耗问题；首先定义时延容忍门限t0，最优化问题P1如下：s.t.T≤t0其中，最优化问题的优化变量是一个休假周期内数据包的平均到达个数KV和一个休假周期内的平均能耗采用经典的凸优化理论，搜索最优的和...

【技术特征摘要】
1.一种基于单重休假的蜂窝网络基站功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1:基站业务排队模型；建立基站休眠模型，把单个基站建模成一个带休假策略的M/G/1排队模型，考虑单服务员工作模式，数据包的到达服从参数为λ的泊松分布，每个数据的包转发看作一个独立同分布的一般过程，服务时间记成B，其期望为μ，方差为假设关闭期D服从一般分布，其拉普拉斯变换为D*(s)，定义假期为V，方差为其拉普拉斯变换为V*(s)，启动期为S，方差为其拉普拉斯变换为S*(s)；步骤2:基站能耗模型；基站的一个工作周期可以被分割成若干个时间片，由忙期B，关闭期D，休眠期V，启动期S和空闲期I组成，定义忙期B，关闭期D，休眠期V，启动期S和空闲期I的功耗分别是PBS,PCD,PSL,PBS,PST和PID，定义忙期B，关闭期D，休眠期V，启动期S和空闲期I在一整个基站的工作周期里面所占的时间比例分别是ηBS,ηCD,ηSL,ηBS,ηST和ηID，可以给出基站功耗的表达式如下：其中：P0和Pt分别表示基站在激活模式下的固定功耗和发送功耗，Δp表示由负载影响发射功率的约束因子，PBS＝P0+ΔpPt，PCD＝PID＝P0；进一步定义每比特能量消耗：其中：表示平均数据包的长度，推导出基于香农公式的服务时间μ和发射功率Pt的关系式：g,Bw和N0分别代表信道增益，信道带宽和噪声功率谱密度；步骤3:采用排队理论分析系统性能；步骤3.1:采用随机分解方法推导平均逗留时间；其中：KV表示一个休假周期内数据包的平均到达个数；步骤3.2:推导该休眠策略下基站的每比特能耗；其中：ρ＝λ/μ，表示一个休假周期的平均能耗；步骤4:利用凸优化理论求解时延容忍门限下最优的基站能...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛建芳，
申请(专利权)人：辛建芳，
类型：发明
国别省市：安徽;34