蜂窩網絡中的通信系統和方法
2023-10-08 23:35:54 1
蜂窩網絡中的通信系統和方法
【專利摘要】提供了一種基於網格的取決於位置的建模方案，以節約蜂窩網絡中的功耗。其利用了蜂窩網絡中的業務動態，並將利用不足的BS完全關機以節約能量。在該新穎的方案中，將網絡分為一個或多個網格，每個網格具有一個或多個彼此等效的節點。然後估計每個網格中所定義時段的所有節點的聚合業務量，以及確定在所定義時段上每個網格的活躍節點的集合，以滿足所估計的聚合業務量，並將網格中不活躍的節點關機。
【專利說明】蜂窩網絡中的通信系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通信網絡領域，且更具體地涉及能夠節約蜂窩網絡中的功耗的通信系統和方法。
【背景技術】
[0002]在當今世界中，蜂窩基礎設施正在經歷能量激增。近期的報告表明行動網路的能耗將在2011年達到124.4B KWh，且電費預期在2030年之前將每4?5年翻番。如世界上最大的3G運營商之一所表明的，在5?6年的時間跨度內所積累的能源費用相當於國家3G/4G網絡的總部署成本。
【發明內容】
[0003]本發明提出了能夠節約蜂窩網絡中的功耗的通信系統和方法。
[0004]在本發明的一個方案中，提出了一種用於蜂窩網絡中的通信系統，包括:
[0005]網格建立單元，被配置為將網絡分為一個或多個網格，每個網格中布置有一個或多個彼此等效的節點；
[0006]網格業務量估計單元，被配置為估計每個網格中所定義時段的所有節點的聚合業務量；以及
[0007]活躍節點集合確定單元，被配置為基於所估計的聚合業務量來確定在所定義時段上每個網格的活躍節點的集合，以及將所述網格中不活躍的節點關機。
[0008]在本發明的另一方案中，提出了一種用於蜂窩網絡中的通信方法，包括:
[0009]將網絡分為一個或多個網格，每個網格中布置有一個或多個彼此等效的節點；
[0010]估計每個網格中所定義時段的所有節點的聚合業務量；以及
[0011]基於所估計的聚合業務量來確定在所定義時段上每個網格的活躍節點的集合，以及將所述網格中不活躍的節點關機。
[0012]在本發明的又一方案中，提出了一種計算機可讀程序，用於在計算機上運行時實現所述方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]根據以下結合附圖對本發明的非限制性實施例的詳細描述，本發明的上述和其它目標、特徵和優點將變得更清楚，在附圖中:
[0014]圖1是示出了 3G UMTS網絡中典型BS的結構的圖；
[0015]圖2示出了在4個典型區域中的說明性BS位置；
[0016]圖3示出在相鄰BS之間的空間業務多樣性；
[0017]圖4示出了在不同區域中若干天的4個單獨BS處的業務負載；
[0018]圖5是用於示出了在根據本發明實施例的系統中工作的各個單元的示意框圖；
[0019]圖6示出了網格建立結果的示例；[0020]圖7示出了 BS選擇算法如何根據本發明的實施例來工作；以及
[0021]圖8是用於示出了根據本發明的實施例的方法的各個步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0022]下文中，將根據附圖來描述本發明。在以下描述中，一些實施例僅用於描述的目的，其不應當被理解為對本發明的任何限制，而僅僅是其示例。由於傳統結構或構造可能使得對本發明的理解模糊，因此將省略它們。
[0023]為了構造綠色蜂窩網絡，改進作為整體能耗的主導因素的最關鍵節點可能是更有效的。在3G標準上下文中，該關鍵節點可以是基站(BS)。BS消耗約80%的整體基礎設施能量，而用戶設備(UE)通常佔約1%的整體基礎設施能量。在下面的描述中，將BS作為實現3G網絡中功耗降低效果的對象。然而，顯而易見的是:本發明不限於BS和3G網絡。本發明適用於其他形式的蜂窩網絡和這種蜂窩網絡中的關鍵節點。
[0024]我們的分析揭示了:3G網絡的業務負載在時間和空間上都呈現了大範圍的波動。然而，當前網絡的能耗不是負載自適應的。所使用的能量在輕負載的情況下不成比例地大。根本原因是每個BS不是能量正比，且多於50%花費在與運行時的業務負載無關的冷卻、空閒模式信令和處理上。
[0025][BS 功耗]
[0026]圖1是示出了 3G UMTS網絡中的典型BS的結構的圖。3G UMTS網絡的BS通常具有通信子系統和支持子系統。通信子系統包括遠程無線單元(RRU)、基帶單元(BBU)、以及饋電線。RRU是針對每個扇區的無線專用硬體。每個BS可以在天線附近安裝若干個RRU，以提供不同的覆蓋和容量。BBU作為主單元提供了所有其他的通信功能，包括控制、基帶處理、交換和通向無線網絡控制器(RNC)的Iub接口。每個BS可以具有若干個BBU。饋電線是將RRU連接到BBU的光纖電纜對。支持子系統包括冷卻子系統和其它輔助設備。包括空調和風扇在內的冷卻子系統維持了在BS處的恰當工作溫度。輔助設備包括電源和環境監視模塊。從能量效率的角度來說，冷卻子系統和一些傳輸模塊消耗了每個BS處的大部分整體功率，而不管業務負載強度如何。我們的測量表明冷卻子系統和一些傳輸模塊的消耗在工作BS中達到了 50%或更高。這是導致3G基礎設施的能量低效的主要因素。
[0027]在BS處的總功耗P可以由以下公式給出:
[0028]P = Ptx+Pmisc
[0029]其中，第一部分Ptx表示用於向移動客戶端提供網絡接入的功率。其包括由RRU、BBU、饋電線和RNC傳輸所消耗的功率。第二部分Pmis。記錄了用於冷卻、電源和監視的輔助功率。Ptx主要隨著所承載的負載而改變，而在給定固定的工作環境的情況下，Pmis。通常保持不變。
[0030]線性模型可以近似Ptx。Ptx中的兩個主導成分是RRU和BBU消耗的功率。當業務負載重時，RRU必須花費更多的功率來支持更活躍的鏈路。因此RRU消耗的功率隨著業務負載成正比增加。另一方面，BBU對BS所使用的所有頻率載波進行基帶處理。除非其在睡眠模式下，否則不管多少條鏈路是活躍的，其功耗也主要由載波數目來確定。
[0031]基於實際測量，冷卻功耗是Pmis。中的主導因素。其取決於所提取的熱量和期望的工作溫度。其還隨著使用各種壓縮機和驅動器的冷卻器而變化。冷卻可以消耗BS處約50%的功率。冷卻功率主要取決於溫度。
[0032]總而言之，我們的分析表明:主要由於部分Pmis。，BS與其業務負載不成能量正比。
[0033][業務負載:時間和空間的多樣性]
[0034]蜂窩網絡中的每個BS在時間上以及在位置上呈現出高度業務動態。圖2示出了在4個典型區域中的說明性BS位置，區域I是大型人口密集的城市，區域2是中型城市，且區域3和4是大都會區域中的大型城市。每個區域中的覆蓋面積和BS數目在下面表1中給出，它們是從工作中的3G網絡收集到的。
[0035]
【權利要求】
1.一種蜂窩網絡中的通信系統，包括: 網格建立單元，被配置為將網絡分為一個或多個網格，每個網格中布置有一個或多個彼此等效的節點； 網格業務量估計單元，被配置為估計每個網格中所定義時段的所有節點的聚合業務量；以及 活躍節點集合確定單元，被配置為基於所估計的聚合業務量來確定在所定義時段上每個網格的活躍節點的集合，以及將所述網格中不活躍的節點關機。
2.根據權利要求1所述的系統,其中 所述網格建立單元被配置為:如果滿足以下公式則判定兩個節點i和j等效:
ri+d(i,j) ( Rj,rj+d(i,j) ( Ri, 其中，d(i，j)是節點i和節點j之間的距離，ri和rj是節點的正常通信範圍，且Ri和Rj分別是節點i和節點j的最大可能通信範圍。
3.根據權利要求2所述的系統，其中 所述網格建立單元被配置為從網絡中的特定節點開始並向著預定方向來形成網格，直到窮盡網絡中的所有節 點。
4.根據權利要求3所述的系統，其中 使用西北角規則來形成網格，其中，所述網格建立單元被配置為從網絡中的左上節點開始從上至下且從左至右地形成網格；或者 使用東北角規則來形成網格，其中，所述網格建立單元被配置為從網絡中的右上節點開始從上至下且從右至左地形成網格。
5.根據權利要求1所述的系統，其中 所述時段是一天中的以下各項之一:半小時、一小時、以及兩小時。
6.根據權利要求1所述的系統，其中 所述網格業務量估計單元被配置為:根據在先各天的相同時段的業務量的統計數據來估計一天的該時段的聚合業務量。
7.根據權利要求6所述的系統，其中 基於工作日的統計數據來估計工作日的時段的聚合業務量，同時基於周末的統計數據來估計周末的時段的聚合業務量。
8.根據權利要求1所述的系統,其中 按照網格中節點的能量效率和/或容量的降序來選擇網格中要活躍的節點。
9.根據權利要求1所述的系統,其中 所述活躍節點集合確定單元被配置為:從具有最重聚合業務量的時段開始到具有較少聚合業務量的時段，來確定活躍節點的集合，以及從在先時段的活躍節點的集合中選擇除了具有最重聚合業務量的時段之外的其它時段的活躍節點的集合。
10.根據權利要求1所述的系統，其中 所述活躍節點集合確定單元被配置為:根據一天中聚合業務量的分布來確定一天中每個時段的活躍節點的集合，使得相鄰時段的活躍節點的集合的交集儘可能大。
11.根據權利要求1所述的系統，其中 所述節點是基站(BS)，以及所述系統位於無線網絡控制器(RNC)內。
12.—種蜂窩網絡中的通信方法，包括: 將網絡分為一個或多個網格，每個網格中布置有一個或多個彼此等效的節點； 估計每個網格中所定義時段的所有節點的聚合業務量；以及 基於所估計的聚合業務量來確定在所定義時段上每個網格的活躍節點的集合，以及將所述網格中不活躍的節點關機。
13.根據權利要求12所述的方法，其中 如果滿足以下公式則兩個節點i和j等效:
ri+d(i,j) ≤ Rj, rj+d(i, j) ≤ Ri, 其中，d(i，j)是節點i和節點j之間的距離，ri和rj是節點的正常通信範圍，且Ri和Rj分別是節點i和節點j的最大可能通信範圍。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，將網絡分為一個或多個網格包括: 從網絡中的特定節點開始並向著預定方向來形成網格，直到窮盡網絡中的所有節點。
15.根據權利要求14所述的方法，其中 使用西北角規則來形成網格，其中，形成網格包括:從網絡中的左上節點開始從上至下且從左至右地形成網格；或者 使用東北角規則來形成網格，其中，形成網格包括:從網絡中的右上節點開始從上至下且從右至左地形成網格。
16.根據權利要求12所述的方法，其中 所述時段是一天中的以下各項之一:半小時、一小時、以及兩小時。
17.根據權利要求12所述的方法，其中，估計一天中的時段的聚合業務量包括: 根據在先各天的相同時段的業務量的統計數據來估計一天的該時段的聚合業務量。
18.根據權利要求17所述的方法，其中，估計一天中的時段的聚合業務量包括: 基於工作日的統計數據來估計工作日的時段的聚合業務量；以及 基於周末的統計數據來估計周末的時段的聚合業務量。
19.根據權利要求12所述的方法，其中，基於所估計的聚合業務量來確定活躍節點的集合包括: 按照網格中節點的能量效率和/或容量的降序來選擇網格中要活躍的節點，直到已選擇的節點的聚合容量不小於網格的估計出的聚合業務量。
20.根據權利要求12所述的方法，其中，確定所定義時段上每個網格的活躍節點的集合包括: 從具有最重聚合業務量的時段開始到具有較少聚合業務量的時段，來確定活躍節點的集合；以及 從在先時段的活躍節點的集合中選擇除了具有最重聚合業務量的時段之外的其它時段的活躍節點的集合。
21.根據權利要求12所述的方法，其中，確定所定義時段上每個網格的活躍節點的集合包括: 根據一天中聚合業務量的分布來確定一天中每個時段的活躍節點的集合，使得相鄰時段的活躍節點的集合的交集儘可能大。
22.根據權利要求12所述的方法，其中所述節點是基站(BS)，以及所述系統位於無線網絡控制器(RNC)內；以及 在將不活躍的BS關機之前，所述方法還包括: 通過網絡控制的切換技術將由這些不活躍的BS服務的用戶切換到活躍BS。
23.根據權利要求22所述的方法，其中，在將不活躍的BS關機之前，所述方法還包括: 應用小區呼吸技術，以使活躍BS調整其覆蓋範圍。
24.根據權利要求22所述的方法，其中，所述BS具有多個傳輸單元，所述多個傳輸單元具有不同的通信覆蓋範圍。
25.一種具有程序代碼的計算機可讀介質，所述程序代碼用於在計算機上運行時執行根據權利要求12~24中任一項所述的方法。
26.一種存儲介質，所述存儲介質上存儲有計算機可讀程序，所述計算機可讀程序在計算機上運行時執行根據權利 要求12~24中任一項所述的方法。
【文檔編號】H04W16/04GK103947237SQ201180073535
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2011年9月19日 優先權日:2011年9月19日
【發明者】彭春翌, 呂松武, 王韜 申請人:北京大學