一種基於異構蜂窩無線網絡的節能方法及其實現結構的製作方法
2023-09-18 01:50:55 1
專利名稱：一種基於異構蜂窩無線網絡的節能方法及其實現結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及蜂窩無線通信網絡，特別涉及一種在利用兩種以上類型基站布網的異構蜂窩網絡中降低網絡能量消耗的方法及其實現結構。
背景技術：
近年來，由於溫室氣體的過量排放和全球變暖問題的加劇，對生態環境的保護以及減少人類活動對環境的負面影響已然日趨嚴峻。由於用戶數的周期指數級的攀升，各種通信網絡的規模越來越大，信息與通信技術產業(ICT產業)的能量消耗佔世界總能耗的比例也迅速增加，ICT產業正逐步發展成為高能量消耗行業。目前，ICT產業消耗全球 2% -10%的電能，但是這一能耗比例在現有能源使用模式下正在以每十年翻一倍的速度增加。因此，基於保護生態環境的目的，提高通信系統的能量利用效率十分必要。除了社會責任和保護生態環境的義務的出發點之外，改善ICT產業的能量有效性同樣有其經濟方面的因素和商業動力。在各大移動運營商的各種運營成本中，能耗成本佔了近一半的比例。因此，改善ICT產業的能量有效利用從商業化的角度來看可以為運營商帶來更加巨大的利潤空間，為通信企業的可持續發展創造有利條件。蜂窩網絡作為ICT產業的佔據十分重要地位的組成部分，其能量消耗也同樣佔了 ICT產業的極大一部分。現有的蜂窩網絡基本上都是基於滿足峰值期用戶容量需求的原則而設計。然而，蜂窩網絡用戶峰值時刻很少出現，由於用戶的行為模式具有白天-夜晚差異性以及用戶在辦公區與住宅區之間的規律往返活動，蜂窩網絡的負載流量在不同時刻不同地點波動較大，呈現出明顯的時空差異性特徵。網絡負載的這種時空差異性特徵正好與蜂窩網絡的最大化容量的設計準則背道而馳。這樣一來，當網絡中的負載流量較低時(例如， 白天住宅區的負載流量或者晚上辦公區的負載流量)，大量蜂窩基站雖然沒有用戶接入卻維持工作狀態，以維持峰值流量，從而造成整個網絡能量的極大浪費。如果能夠讓蜂窩網絡根據網絡流量的變化動態調整各個基站的工作狀態，使得在網絡負載較低時關閉部分不必要的基站，將大大的減少網絡能量的浪費，改善網絡能量的利用效率。然而，在現有的技術標準中，例如，3GPP的各大標準，都沒有考慮到降低蜂窩網絡的能量消耗問題，自然就沒有對應的解決方案和協議支持。雖然節約能量作為一個口號已經出現在3GPP RAN工作組的會議議程當中，但到目前為止沒有制定任何關於提高蜂窩網絡的能量有效性的標準。現有的蜂窩基站依然是一旦投入運營就一直維持工作狀態，即使服務區域中沒有用戶需要服務，基站也同樣消耗極大部分能量，能量浪費現象十分嚴重，造成蜂窩網絡整體的能量利用效率十分低。雖然在部分蜂窩網絡中，例如GSM網絡，有相關的標準提出根據網絡中的用戶負載的變化調整子載波的個數，動態打開或者關閉一個或多個子載波，以減少能量的不必要浪費。但是單個子載波的能量消耗十分有限，這只能局部緩和蜂窩網絡基站能量嚴重浪費的問題，無法徹底解決該問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種面向異構無線通信網絡的蜂窩小區動態切換在工作狀態與睡眠狀態的方法，使網絡中的部分小區基站在通信網絡負載值較低的情況下進入睡眠狀態，降低整體異構無線通信網絡的能量消耗，從而解決在蜂窩網絡中的用戶較少或者完全沒有用戶的情況下基站依然維持工作狀態帶來的嚴重的能量浪費問題。本發明的思路是在分層蜂窩網絡中，根據網絡環境參數的變化，諸如反映蜂窩小區負載水平的統計參數、負載均衡操作觸發統計量等等，為了降低分層蜂窩網絡的能量消耗以提高整體網絡的能量的利用效率，在需要時交替地增加或者減少工作狀態的蜂窩小區。具體地說，本發明實現其目的所採取的技術方案是該面向異構無線通信網絡的蜂窩小區動態打開和關閉方法是本發明異構無線通信網絡至少包括兩種類型的蜂窩小區第一類蜂窩小區為基礎小區，用於保證服務區域內的基本無線覆蓋；第二類蜂窩小區為輔助小區，用於增加網絡中的用戶容量，可與基礎小區進行通信。本發明異構無線通信網絡採用垂直分層結構 (Hierarchical Clustering Structure, HCS)，基礎小區位於HCS結構底層，而輔助小區則位於HCS結構上層，基礎小區和輔助小區之間通過雙工通信鏈路進行通信。本發明所述節能方法包括以下步驟(1)基礎小區的基站讀取在該基礎小區的服務範圍內的輔助小區的工作狀態信息，並判斷輔助小區是否處於睡眠狀態如果輔助小區處於睡眠狀態，則執行步驟(2)，否則執行步驟(7)；(2)基礎小區的基站統計其所服務的基礎小區的用戶負載值；(3)判斷基礎小區的用戶負載值是否超過該基礎小區的用戶負載閾值如果基礎
小區的用戶負載值大於該基礎小區的用戶負載閾值，則執行步驟G)，否則返回執行步驟 ⑵；(4)基礎小區的基站向在其服務範圍內的輔助小區的基站發送小區喚醒呼叫指令；(5)輔助小區的基站接收所述小區喚醒呼叫指令，然後向對應的基礎小區的基站重新發送輔助小區定義消息，並讀取已保存的小區配置信息，恢復該輔助小區至工作狀態；(6)基礎小區的基站向在其服務範圍內的輔助小區的基站發送用戶終端切換指示消息，輔助小區的基站接收該用戶終端切換指示消息，並處理對應用戶的接入請求；(7)輔助小區的基站監測該輔助小區的用戶負載值；(8)判斷基礎小區與輔助小區的用戶負載值之和是否大於該基礎小區的用戶負載閾值如果基礎小區與輔助小區的實時用戶負載值之和大於該基礎小區的用戶負載閾值， 則返回執行步驟(7)，否則執行步驟(9)；(9)生成小區關閉指令並發送至輔助小區配置信息模塊，更新並保存輔助小區配置信息，並向基礎小區的基站發送更新後的輔助小區配置信息，然後關閉輔助小區的基站， 使對應的輔助小區進入睡眠狀態，對應基礎小區接收輔助小區發送的小區關閉指令和輔助小區配置信息，保存輔助小區配置信息；
(10)輔助小區的基站向基礎小區的基站發送用戶終端切換指示消息，基礎小區的基站接收該用戶終端切換指示消息，並處理對應用戶的接入請求；後返回步驟(1)。進一步地，本發明所述基礎小區的用戶負載值為基礎小區內的用戶數統計量或基礎小區內的用戶流量統計量。進一步地，本發明所述基礎小區的用戶負載閾值為該基礎小區的基站所能容納的用戶流量統計量的上限，或者為基礎小區的基站所能服務的用戶數統計量的上限。進一步地，本發明所述輔助小區的用戶負載值為該輔助小區內的用戶數統計量或者輔助小區內的用戶流量統計量。進一步地，本發明所述輔助小區的用戶負載閾值為輔助小區的基站所能容納的用戶流量統計量的上限，或者為輔助小區的基站所能服務的用戶數統計量的上限。本發明還公開了一種用於實現本發明面向異構無線通信網絡節能方法異構無線通信網絡。該異構無線通信網絡包括兩種類型的蜂窩小區基礎小區和輔助小區，網絡採用垂直分層結構(HCS)，其中，基礎小區位於HSC結構底層，輔助小區位於HCS結構上層。所述基礎小區的基站包括(1)基礎小區無線覆蓋模塊，該模塊與基礎小區基站的天線相連，用於為基礎小區內的用戶提供基本的信號覆蓋控制；(2)基礎小區配置信息模塊，用於保存基礎小區的配置信息、接收輔助小區基站的小區關閉模塊所發送的小區關閉指令、保存輔助小區的小區配置信息、統計並保存該基礎小區內用戶負載值、向小區呼叫喚醒模塊發送用戶負載值；(3)基礎小區相鄰小區關係模塊，用於管理基礎小區與在該基礎小區基站覆蓋範圍下的輔助小區之間的相鄰關係的變化、用於接收基礎小區配置信息模塊轉發的小區關閉指令、用於更新基礎小區與在該基礎小區基站覆蓋下的輔助小區的相鄰關係、向基礎小區配置信息模塊發送相鄰關係變化信號；(4)小區喚醒呼叫模塊，該模塊與基礎小區配置信息模塊相連，用於接收基礎小區配置信息模塊所傳送的基礎小區的用戶負載值信息，並向輔助小區基站發送小區喚醒呼叫指令，使相鄰輔助小區恢復正常工作狀態；所述輔助小區的基站包括(1)小區關閉模塊，用於關閉輔助小區的基站，使輔助小區進入睡眠狀態；用於向基礎小區相鄰小區關係模塊發送小區關閉指令、向該輔助小區的無線覆蓋模塊發送小區關閉指令、向輔助小區配置信息模塊發送小區關閉指令、接收輔助小區配置信息模塊傳送的輔助小區的用戶負載值信息；(2)輔助小區無線覆蓋模塊，用於接收小區關閉模塊發送的小區關閉指令，同時控制輔助小區的基站天線執行關閉操作；且該輔助小區無線覆蓋模塊與輔助小區的基站天線連接，用於為輔助小區內的用戶提供基本的信號覆蓋控制；(3)輔助小區配置信息模塊，用於在輔助小區被關閉時保存該輔助小區的配置信息、用於接收小區關閉模塊發送的小區關閉指令、用於統計並保存該輔助小區內的用戶負載值、用於向小區關閉模塊傳送輔助小區的用戶負載值信息、以及用於向輔助小區相鄰小區關係模塊轉發小區關閉模塊發送的小區關閉指令或接收輔助小區相鄰小區關係模塊發送的相鄰關係變化信號；
(4)輔助小區相鄰小區關係模塊，用於管理輔助小區與其所在基礎小區基站覆蓋範圍內的基礎小區之間的相鄰關係的變化、用於接收輔助小區配置信息模塊轉發的小區關閉指令、用於更新輔助小區與其所在基礎小區基站覆蓋範圍內的基礎小區的相鄰關係、用於向輔助小區小區配置信息模塊發送相鄰關係變化信號。進一步地，本發明所述小區呼叫喚醒模塊包括小區喚醒決策子模塊，用於接收基礎小區配置信息模塊發送的基礎小區的用戶負載值信息，並利用基礎小區中的用戶負載值的變化作小區喚醒判決，並將決策信號發送到小區喚醒呼叫指令生成子模塊中；小區喚醒呼叫指令生成子模塊，用於生成小區喚醒呼叫指令，並向輔助小區基站的小區關閉模塊發送小區喚醒呼叫指令。進一步地，本發明所述小區關閉模塊包括小區開啟子模塊，用於接收基礎小區基站的小區喚醒呼叫模塊所發送的小區喚醒呼叫指令、向輔助小區無線覆蓋模塊和輔助小區配置信息模塊轉發小區喚醒呼叫指令以打開輔助小區。
圖1為本發明的一種實施方式中異構無線通信網絡的拓撲圖；圖2為本發明基於異構無線通信網絡的蜂窩小區動態打開與關閉方法的流程圖；圖3為實現本發明蜂窩小區動態打開與關閉方法的基礎小區基站操作流程圖；圖4為實現本發明蜂窩小區動態打開與關閉方法的輔助小區基站操作流程圖；圖5為說明基礎小區基站與輔助小區基站之間操作與信令傳遞的方框圖；圖6為基於異構無線通信網絡蜂窩小區動態打開與關閉方法的基礎小區基站的結構方框圖；圖7為小區喚醒呼叫模塊的結構方框圖；圖8為基於異構無線通信網絡蜂窩小區動態打開與關閉方法的輔助小區基站的結構實現方框圖。
具體實施例方式為能夠方便地解釋本發明的技術方案，以下以圖1所示的異構無線蜂窩網絡為例。需要說明的是，圖1所示的異構無線蜂窩網絡並不是對本發明所用的異構無線通信網絡的限制。對任何具有兩種以上類型基站的分層形式網絡，本發明均適用。作為本發明的一種實施方式，在圖1所示的異構無線蜂窩網絡中，包括兩層網絡 宏蜂窩網絡層與微蜂窩網絡層。宏蜂窩小區Al、A2構成宏蜂窩網絡層，對應於本發明的基礎小區，用於保證服務區域內用戶的基本無線覆蓋。在每個宏蜂窩小區中部署若干個微蜂窩小區則構成微蜂窩網絡層，即如圖1中的B1、B2、B3所示，它們以熱區接入點形式存在，覆蓋區域與宏蜂窩小區部分重疊，每個宏蜂窩小區內的微蜂窩小區形成鄰居小區對，微蜂窩小區對應於本發明的輔助小區。圖1所示的異構無線蜂窩網絡使用的蜂窩小區有一個基本特徵第一類宏蜂窩小區Al、A2用於向通信網絡用戶提供基本的無線覆蓋；第二類微蜂窩小區作為輔助小區與第一類宏蜂窩小區以相鄰小區關係的方式互相關聯；微蜂窩小區可以根據小區中的總體負載值變化和負載均衡信息，例如宏蜂窩基站向微蜂窩基站觸發的負載均衡操作請求數統計量，而執行交替打開與關閉操作。具體如圖2所示，以宏蜂窩小區Al為例，本發明面向異構無線通信網絡的基於降低網絡能量消耗的蜂窩小區動態打開和關閉方法的步驟如下步驟1 宏蜂窩小區的基站Al首先訪問該宏蜂窩宏蜂窩相鄰小區關係模塊，在相鄰小區關系列表中找到與其具有相鄰關係的微蜂窩小區Bi、B3，然後訪問宏蜂窩小區的基站Al中的宏蜂窩小區基站配置信息模塊，讀取與其具有相鄰關係的微蜂窩小區B1、B3的工作狀態，並判斷微蜂窩小區是否處於睡眠狀態，例如如果該宏蜂窩小區配置信息模塊中保存的微蜂窩小區的工作狀態的值為「1」，則表示該微蜂窩小區處於工作狀態；如果該宏蜂窩小區配置信息模塊中保存的微蜂窩小區的工作狀態的值為「0」，則表示該微蜂窩小區處於睡眠狀態。如果微蜂窩小區處於睡眠狀態，則執行步驟1 ；否則執行步驟7。步驟2 宏蜂窩小區的基站Al通過訪問宏蜂窩小區的小區配置信息模塊，統計其所服務宏蜂窩小區內的用戶負載值，該負載值通常為宏蜂窩小區的服務範圍內的用戶數統計量，或者宏蜂窩小區內的服務範圍內的用戶流量統計量。步驟3 判斷宏蜂窩小區內的用戶負載值是否超過該宏蜂窩小區的用戶負載閾值，該閾值可為該宏蜂窩小區的基站所能容納的用戶流量統計值的上限，或者該宏蜂窩小區的基站所能服務的用戶數統計量的上限，一般預先根據該小區長期服務用戶數或者用戶流量統計量進行設定，本實施例中設宏蜂窩小區Al的基站的上限閾值為Yai，微蜂窩小區 Bl的基站的上限閾值設為Ybi，微蜂窩小區B3的基站的上限閾值為Yb3 ；如果宏蜂窩小區內的用戶負載值大於該宏蜂窩小區的用戶負載閾值，即實時用戶負載值大於Yai，則執行步驟4，否則返回執行步驟2。步驟4:宏蜂窩小區的基站Al的喚醒呼叫模塊進行決策，若Yai彡用戶負載值彡YA1+YB1，則Al生成並向Bl的小區關閉模塊發送呼叫喚醒信號，若彡γΑ1+γΒ1+γΒ3，貝U Al生成並向B1、B3的小區關閉模塊發送呼叫喚醒信號；由於向多個微蜂窩小區的基站發送呼叫喚醒信號與向單個微蜂窩小區的基站發送呼叫喚醒信號，後續的工作模式相同，並不影響本專利的描述，所以在此假設實時用戶負載值始終滿足實時用戶負載值彡ΥΑ1+Y B1,即Al生成並只需向Bl的小區關閉模塊發送呼叫喚醒信號，以宏蜂窩小區Al的基站與微蜂窩小區Bl的基站之間的相互協調工作為例進行說明。步驟5 微蜂窩小區Bl的基站的小區關閉模塊接收所述小區喚醒呼叫指令，向微蜂窩小區Bl的基站的無線覆蓋模塊發送轉發呼叫喚醒指令，使其重新處於工作狀態，並向微蜂窩小區Bl的基站的小區配置信息模塊轉發呼叫喚醒模塊，更新並保存小區配置信息列表中的工作狀態值，並向對應的宏蜂窩小區Al的基站的小區配置信息模塊重新發送輔助小區的配置信息恢復該微蜂窩小區至工作狀態。步驟6 宏蜂窩小區Al的基站向在其服務範圍內的被呼叫喚醒的微蜂窩小區Bl 的基站發送用戶終端切換指示消息，微蜂窩小區的基站Bl接收用戶終端切換指示消息，並處理對應用戶的接入請求，即微蜂窩小區Bl的基站對用戶的接入請求給予響應，並開始服務於切換接入的用戶通信。步驟7 微蜂窩小區Bl的基站監測該微蜂窩小區內的用戶負載值，該用戶負載值可為微蜂窩小區Bl的服務範圍內的用戶流量統計值，或者微蜂窩小區Bl的服務範圍內的用戶數統計值，並將該用戶負載值存儲於微蜂窩小區Bl的小區配置信息模塊，並發送至宏蜂窩小區Al的基站。步驟8 宏蜂窩小區Al的基站判斷微蜂窩小區Bl的基站所服務的實時用戶負載值與宏蜂窩小區Al的基站所服務的實時用戶負載值之和是否大於該宏蜂窩小區Al的基站的用戶負載閾值Yai，如果實時用戶負載值之和大於該宏蜂窩小區Al的基站的用戶負載閾值Yai，則返回執行步驟7，否則執行步驟9。步驟9 微蜂窩小區Bl的基站的小區關閉模塊生成小區關閉指令，更新微蜂窩小區Bl的小區配置信息模塊列表中的工作狀態為「0」，並向宏蜂窩小區Al發送更新後的小區配置信息，微蜂窩小區Bl的基站向宏蜂窩小區Al的基站發送用戶終端切換指示消息，等接收到宏蜂窩小區Al的基站的應答後，關閉微蜂窩小區的基站的無線覆蓋模塊，使對應的微蜂窩小區進入睡眠狀態。步驟10 ，宏蜂窩小區Al的基站的小區配置信息模塊接收小區關閉指令和更新後的微蜂窩小區Bl的小區配置信息，保存微蜂窩小區Bl的小區配置信息，並接收該用戶終端切換指示消息，給予應答，並處理對應用戶的接入請求並服務微蜂窩小區Bl的基站切換進入的用戶通信；；後返回步驟1。基於宏蜂窩小區基站裝置與微蜂窩小區基站裝置結構圖，圖3、圖4為具體實現本發明節能方法的宏蜂窩基站和微蜂窩基站的操作流程圖，具體包括宏蜂窩小區基站的操作步驟為(1)宏蜂窩小區Al的基站的相鄰小區關係模塊接收微蜂窩小區的小區關閉模塊發送的小區關閉指令，說明微蜂窩小區Bl基於降低網絡能量消耗的目的處於被關閉狀態。(2)微蜂窩小區Bl的小區配置模塊保存被關閉的如表2所示的微蜂窩小區的小區
配直^[曰息ο(3)宏蜂窩小區Al的基站接收微蜂窩小區Bl的基站發送的用戶終端切換指示消息，並處理用戶接入請求，即宏蜂窩小區的基站對用戶的接入請求給予響應。(4)宏蜂窩小區Al的基站監測該宏蜂窩小區Al的用戶負載值。(5)判斷宏蜂窩小區Al的用戶負載值是否大於該宏蜂窩小區Al的負載閾值δ， 如果宏蜂窩小區Al的用戶負載值大於該宏蜂窩小區Al的負載閾值，則執行步驟(6)，否則返回執行步驟⑷。(6)向被關閉的微蜂窩小區Bl的基站的小區關閉模塊發送小區喚醒呼叫指令，並接收微蜂窩小區Β2的基站的小區關閉模塊發送的響應信號。(7)向微蜂窩小區Bl的基站發送用戶終端切換指示消息，等待微蜂窩小區Bl處理用戶接入請求，即等待微蜂窩小區Bl的基站對用戶接入請求給予響應。微蜂窩小區基站的操作步驟為(1)微蜂窩小區Bl的基站的小區關閉模塊接收宏蜂窩小區的基站的小區喚醒呼叫模塊發送的小區喚醒呼叫指令，說明宏蜂窩小區Al需要微蜂窩小區恢復正常工作狀態。(2)打開微蜂窩小區Bl的基站，重新廣播小區狀態消息，獲取之前保存的小區配置信息，使得微蜂窩小區Bl恢復正常工作狀態。(3)接收宏蜂窩小區Al發送的用戶終端切換指示消息，並處理用戶的接入請求，提供用戶服務。(4)微蜂窩小區Bl的基站監測該微蜂窩小區內的實時用戶負載值並保存在小區配置信息列表中，並將微蜂窩小區配置信息發送至宏蜂窩小區Al的基站。(5)宏蜂窩小區Al的基站判斷宏蜂窩小區Al的用戶負載值與接收到的微蜂窩小區Bl的基站的實時用戶負載值之和是否大於該宏蜂窩小區Al的負載閾值α，如果用戶負載值之和大於該宏蜂窩小區Al的負載閾值，則返回執行步驟G)，否則執行步驟(6)。(6)保存並發送微蜂窩小區Bl的小區配置信息至宏蜂窩小區Al的基站。(7)向宏蜂窩小區Al的基站的相鄰小區關係模塊發送小區關閉指令，說明微蜂窩小區Bl將進入睡眠狀態。(8)向宏蜂窩小區的基站發送用戶終端切換指示消息，要求宏蜂窩小區提供用戶服務。(9)關閉微蜂窩小區Bl的基站的無線覆蓋模塊，使微蜂窩小區進入睡眠狀態。圖5為說明宏蜂窩小區和微蜂窩小區之間操作和信令傳遞的方框圖。在小區關閉判決後，微蜂窩小區基站執行關閉微蜂窩小區的操作(A)，同時向宏蜂窩小區發送小區關閉指令(B)，表明關閉微蜂窩小區。隨後，由於網絡中用戶負載增加的原因需要關閉的微蜂窩小區恢復正常工作狀態，對應的相鄰宏蜂窩小區基站執行小區喚醒判決(C)，然後向微蜂窩小區基站發送小區喚醒呼叫指令(D)，微蜂窩小區基站根據接收到的小區喚醒呼叫指令執行打開微蜂窩小區操作(E)，處理用戶接入請求。另外，微蜂窩小區可以選擇性地向宏蜂窩小區發送一個響應信號(F)，表明打開輔助小區的操作是否成功。圖6、圖8示出了本發明的一種基於異構無線通信網絡蜂窩小區動態打開與關閉方法的宏蜂窩小區基站裝置與微蜂窩小區基站裝置的結構示意圖。其中，宏蜂窩小區的基站裝置包括(1)無線覆蓋模塊，該模塊與基站天線相連，用於為宏蜂窩小區內的用戶提供基本的信號覆蓋控制。(2)宏蜂窩小區配置信息模塊，模塊內部儲存宏蜂窩小區配置信息列表、微蜂窩小區配置信息列表，主要實施以下功能用於更新並保存宏蜂窩小區的配置信息，宏蜂窩小區的配置信息列表如表1 ；該模塊與宏蜂窩相鄰小區模塊存在雙向鏈路，接收微蜂窩小區基站的小區關閉模塊所發送的小區關閉指令或者向宏蜂窩相鄰小區關係模塊轉發微蜂窩小區關閉模塊發送的小區關閉指令、更新微蜂窩小區的小區配置信息，微蜂窩小區的配置信息列表如表2 ；統計並保存該基礎小區內用戶負載值、並向呼叫喚醒模塊發送用戶負載值信息， 為呼叫喚醒模塊做出判決提供基礎；表 1
宏蜂窩小區宏蜂窩小區基宏蜂窩小區基站服宏蜂窩小區基
基站編號站位置信息務的實時用戶負載站的用戶負載值上限(閾值)
表權利要求
1.一種基於異構蜂窩無線網絡的節能方法，其特徵是所述異構蜂窩無線網絡由基礎小區和輔助小區構成且呈垂直分層結構，其中，基礎小區位於所述垂直分層結構的底層，輔助小區位於所述垂直分層結構的上層，所述基礎小區和輔助小區之間通過雙工通信鏈路進行通信；所述節能方法包括以下步驟(1)基礎小區的基站讀取在該基礎小區的服務範圍內的輔助小區的工作狀態信息，並判斷輔助小區是否處於睡眠狀態如果輔助小區處於睡眠狀態，則執行步驟(2)，否則執行步驟(7);(2)基礎小區的基站統計其所服務的基礎小區的用戶負載值；(3)判斷基礎小區的用戶負載值是否超過該基礎小區的用戶負載閾值如果基礎小區的用戶負載值大於該基礎小區的用戶負載閾值，則執行步驟(4)，否則返回執行步驟(2);(4)基礎小區的基站向在其服務範圍內的輔助小區的基站發送小區喚醒呼叫指令；(5)輔助小區的基站接收所述小區喚醒呼叫指令，然後向對應的基礎小區的基站重新發送輔助小區定義消息，並讀取已保存的小區配置信息，恢復該輔助小區至工作狀態；(6)基礎小區的基站向在其服務範圍內的輔助小區的基站發送用戶終端切換指示消息，輔助小區的基站接收該用戶終端切換指示消息，並處理對應用戶的接入請求；(7)輔助小區的基站監測該輔助小區的用戶負載值；(8)判斷基礎小區與輔助小區的用戶負載值之和是否大於該基礎小區的用戶負載閾值如果基礎小區與輔助小區的實時用戶負載值之和大於該基礎小區的用戶負載閾值，則返回執行步驟(7)，否則執行步驟(9)；(9)生成小區關閉指令並發送至輔助小區配置信息模塊，更新並保存輔助小區配置信息，並向基礎小區的基站發送更新後的輔助小區配置信息，然後關閉輔助小區的基站，使對應的輔助小區進入睡眠狀態，對應基礎小區接收輔助小區發送的小區關閉指令和輔助小區配置信息，保存輔助小區配置信息；(10)輔助小區的基站向基礎小區的基站發送用戶終端切換指示消息，基礎小區的基站接收該用戶終端切換指示消息，並處理對應用戶的接入請求；後返回步驟(1)。
2.根據權利要求1所述的基於異構蜂窩無線網絡的節能方法，其特徵是所述基礎小區的用戶負載值為基礎小區內的用戶數統計量或基礎小區內的用戶流量統計量。
3.根據權利要求1所述的基於異構蜂窩無線網絡的節能方法，其特徵是所述基礎小區的用戶負載閾值為該基礎小區的基站所能容納的用戶流量統計量的上限，或者為基礎小區的基站所能服務的用戶數統計量的上限。
4.根據權利要求1所述的基於異構蜂窩無線網絡的節能方法，其特徵是所述輔助小區的用戶負載值為該輔助小區內的用戶數統計量或者輔助小區內的用戶流量統計量。
5.根據權利要求1所述的基於異構蜂窩無線網絡的節能方法，其特徵是所述輔助小區的用戶負載閾值為輔助小區的基站所能容納的用戶流量統計量的上限，或者為輔助小區的基站所能服務的用戶數統計量的上限。
6.一種用於實現權利要求1所述節能方法的異構蜂窩無線網絡結構，其特徵是所述異構蜂窩無線網絡由基礎小區和輔助小區構成且呈垂直分層結構，其中，基礎小區位於所述垂直分層結構的底層，輔助小區位於所述垂直分層結構的上層，所述基礎小區和輔助小區之間通過雙工通信鏈路進行通信；所述基礎小區的基站包括(1)基礎小區無線覆蓋模塊，該模塊與基礎小區基站的天線相連，用於為基礎小區內的用戶提供基本的信號覆蓋控制；(2)基礎小區配置信息模塊，用於保存基礎小區的配置信息、接收輔助小區基站的小區關閉模塊所發送的小區關閉指令、保存輔助小區的小區配置信息、統計並保存該基礎小區內用戶負載值、向小區呼叫喚醒模塊發送用戶負載值；(3)基礎小區相鄰小區關係模塊，用於管理基礎小區與在該基礎小區基站覆蓋範圍下的輔助小區之間的相鄰關係的變化、用於接收基礎小區配置信息模塊轉發的小區關閉指令、用於更新基礎小區與在該基礎小區基站覆蓋下的輔助小區的相鄰關係、向基礎小區配置信息模塊發送相鄰關係變化信號；(4)小區喚醒呼叫模塊，該模塊與基礎小區配置信息模塊相連，用於接收基礎小區配置信息模塊所傳送的基礎小區的用戶負載值信息，並向輔助小區基站發送小區喚醒呼叫指令，使相鄰輔助小區恢復正常工作狀態； 所述輔助小區的基站包括 (1)小區關閉模塊，用於關閉輔助小區的基站，使輔助小區進入睡眠狀態；用於向基礎小區相鄰小區關係模塊發送小區關閉指令、向該輔助小區的無線覆蓋模塊發送小區關閉指令、向輔助小區配置信息模塊發送小區關閉指令、接收輔助小區配置信息模塊傳送的輔助小區的用戶負載值信息；(2)輔助小區無線覆蓋模塊，用於接收小區關閉模塊發送的小區關閉指令，同時控制輔助小區的基站天線執行關閉操作；且該輔助小區無線覆蓋模塊與輔助小區的基站天線連接，用於為輔助小區內的用戶提供基本的信號覆蓋控制；(3)輔助小區配置信息模塊，用於在輔助小區被關閉時保存該輔助小區的配置信息、用於接收小區關閉模塊發送的小區關閉指令、用於統計並保存該輔助小區內的用戶負載值、用於向小區關閉模塊傳送輔助小區的用戶負載值信息、以及用於向輔助小區相鄰小區關係模塊轉發小區關閉模塊發送的小區關閉指令或接收輔助小區相鄰小區關係模塊發送的相鄰關係變化信號；(4)輔助小區相鄰小區關係模塊，用於管理輔助小區與其所在基礎小區基站覆蓋範圍內的基礎小區之間的相鄰關係的變化、用於接收輔助小區配置信息模塊轉發的小區關閉指令、用於更新輔助小區與其所在基礎小區基站覆蓋範圍內的基礎小區的相鄰關係、用於向輔助小區小區配置信息模塊發送相鄰關係變化信號。
7.根據權利要求6所述的基於異構蜂窩無線網絡結構，其特徵是所述小區呼叫喚醒模塊包括小區喚醒決策子模塊，用於接收基礎小區配置信息模塊發送的基礎小區的用戶負載值信息，並利用基礎小區中的用戶負載值的變化作小區喚醒判決，並將決策信號發送到小區喚醒呼叫指令生成子模塊中；小區喚醒呼叫指令生成子模塊，用於生成小區喚醒呼叫指令，並向輔助小區基站的小區關閉模塊發送小區喚醒呼叫指令。
8.根據權利要求6所述的基於異構蜂窩無線網絡結構，其特徵是所述小區關閉模塊包括小區開啟子模塊，用於接收基礎小區基站的小區喚醒呼叫模塊所發送的小區喚醒呼叫指令、向輔助小區無線覆蓋模塊和輔助小區配置信息模塊轉發小區喚醒呼叫指令以打開輔助小區。
全文摘要
本發明公開一種基於異構蜂窩無線網絡的節能方法及其實現結構。所述方法通過蜂窩小區動態打開與關閉實現，包括如下步驟(1)基礎小區基站確定輔助小區狀態信息；(2)判斷輔助小區是否處於睡眠狀態，若是執行步驟(3)，否則執行步驟(4)；(3)基礎小區基站作小區喚醒判決，當基礎小區負載超過系統負載閾值時向輔助小區發送小區喚醒呼叫指令，激活輔助小區處理用戶接入請求；(4)輔助小區基站作小區關閉判決，選擇性地關閉輔助小區，向基礎小區發送小區關閉指令，表明基於節省網絡能量目的關閉輔助小區，基礎小區基站處理用戶接入請求。
文檔編號H04W52/02GK102413554SQ20111043621
公開日2012年4月11日 申請日期2011年12月23日 優先權日2011年12月23日
發明者危彥, 張宏綱, 文倩, 王龍威, 趙志峰 申請人:浙江大學