蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的通信系統(tǒng)和方法
【專利摘要】提供了一種基于網(wǎng)格的取決于位置的建模方案，以節(jié)約蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功耗。其利用了蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)動態(tài)，并將利用不足的BS完全關(guān)機以節(jié)約能量。在該新穎的方案中，將網(wǎng)絡(luò)分為一個或多個網(wǎng)格，每個網(wǎng)格具有一個或多個彼此等效的節(jié)點。然后估計每個網(wǎng)格中所定義時段的所有節(jié)點的聚合業(yè)務(wù)量，以及確定在所定義時段上每個網(wǎng)格的活躍節(jié)點的集合，以滿足所估計的聚合業(yè)務(wù)量，并將網(wǎng)格中不活躍的節(jié)點關(guān)機。
【專利說明】蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的通信系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，且更具體地涉及能夠節(jié)約蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功耗的通信系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在當(dāng)今世界中，蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施正在經(jīng)歷能量激增。近期的報告表明移動網(wǎng)絡(luò)的能耗將在2011年達(dá)到124.4B KWh，且電費預(yù)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(nèi)所積累的能源費用相當(dāng)于國家3G/4G網(wǎng)絡(luò)的總部署成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出了能夠節(jié)約蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的功耗的通信系統(tǒng)和方法。
[0004]在本發(fā)明的一個方案中，提出了一種用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的通信系統(tǒng)，包括:
[0005]網(wǎng)格建立單元，被配置為將網(wǎng)絡(luò)分為一個或多個網(wǎng)格，每個網(wǎng)格中布置有一個或多個彼此等效的節(jié)點；
[0006]網(wǎng)格業(yè)務(wù)量估計單元，被配置為估計每個網(wǎng)格中所定義時段的所有節(jié)點的聚合業(yè)務(wù)量；以及
[0007]活躍節(jié)點集合確定單元，被配置為基于所估計的聚合業(yè)務(wù)量來確定在所定義時段上每個網(wǎng)格的活躍節(jié)點的集合，以及將所述網(wǎng)格中不活躍的節(jié)點關(guān)機。
[0008]在本發(fā)明的另一方案中，提出了一種用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的通信方法，包括:
[0009]將網(wǎng)絡(luò)分為一個或多個網(wǎng)格，每個網(wǎng)格中布置有一個或多個彼此等效的節(jié)點；
[0010]估計每個網(wǎng)格中所定義時段的所有節(jié)點的聚合業(yè)務(wù)量；以及
[0011]基于所估計的聚合業(yè)務(wù)量來確定在所定義時段上每個網(wǎng)格的活躍節(jié)點的集合，以及將所述網(wǎng)格中不活躍的節(jié)點關(guān)機。
[0012]在本發(fā)明的又一方案中，提出了一種計算機可讀程序，用于在計算機上運行時實現(xiàn)所述方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]根據(jù)以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的非限制性實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目標(biāo)、特征和優(yōu)點將變得更清楚，在附圖中:
[0014]圖1是示出了 3G UMTS網(wǎng)絡(luò)中典型BS的結(jié)構(gòu)的圖；
[0015]圖2示出了在4個典型區(qū)域中的說明性BS位置；
[0016]圖3示出在相鄰BS之間的空間業(yè)務(wù)多樣性；
[0017]圖4示出了在不同區(qū)域中若干天的4個單獨BS處的業(yè)務(wù)負(fù)載；
[0018]圖5是用于示出了在根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)中工作的各個單元的示意框圖；
[0019]圖6示出了網(wǎng)格建立結(jié)果的示例；[0020]圖7示出了 BS選擇算法如何根據(jù)本發(fā)明的實施例來工作；以及
[0021]圖8是用于示出了根據(jù)本發(fā)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(jù)附圖來描述本發(fā)明。在以下描述中，一些實施例僅用于描述的目的，其不應(yīng)當(dāng)被理解為對本發(fā)明的任何限制，而僅僅是其示例。由于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)造可能使得對本發(fā)明的理解模糊，因此將省略它們。
[0023]為了構(gòu)造綠色蜂窩網(wǎng)絡(luò)，改進(jìn)作為整體能耗的主導(dǎo)因素的最關(guān)鍵節(jié)點可能是更有效的。在3G標(biāo)準(zhǔn)上下文中，該關(guān)鍵節(jié)點可以是基站(BS)。BS消耗約80%的整體基礎(chǔ)設(shè)施能量，而用戶設(shè)備(UE)通常占約1%的整體基礎(chǔ)設(shè)施能量。在下面的描述中，將BS作為實現(xiàn)3G網(wǎng)絡(luò)中功耗降低效果的對象。然而，顯而易見的是:本發(fā)明不限于BS和3G網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明適用于其他形式的蜂窩網(wǎng)絡(luò)和這種蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點。
[0024]我們的分析揭示了:3G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)負(fù)載在時間和空間上都呈現(xiàn)了大范圍的波動。然而，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的能耗不是負(fù)載自適應(yīng)的。所使用的能量在輕負(fù)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，且多于50%花費在與運行時的業(yè)務(wù)負(fù)載無關(guān)的冷卻、空閑模式信令和處理上。
[0025][BS 功耗]
[0026]圖1是示出了 3G UMTS網(wǎng)絡(luò)中的典型BS的結(jié)構(gòu)的圖。3G UMTS網(wǎng)絡(luò)的BS通常具有通信子系統(tǒng)和支持子系統(tǒng)。通信子系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程無線單元(RRU)、基帶單元(BBU)、以及饋電線。RRU是針對每個扇區(qū)的無線專用硬件。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(wǎng)絡(luò)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(tǒng)包括冷卻子系統(tǒng)和其它輔助設(shè)備。包括空調(diào)和風(fēng)扇在內(nèi)的冷卻子系統(tǒng)維持了在BS處的恰當(dāng)工作溫度。輔助設(shè)備包括電源和環(huán)境監(jiān)視模塊。從能量效率的角度來說，冷卻子系統(tǒng)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(yè)務(wù)負(fù)載強度如何。我們的測量表明冷卻子系統(tǒng)和一些傳輸模塊的消耗在工作BS中達(dá)到了 50%或更高。這是導(dǎo)致3G基礎(chǔ)設(shè)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表示用于向移動客戶端提供網(wǎng)絡(luò)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。記錄了用于冷卻、電源和監(jiān)視的輔助功率。Ptx主要隨著所承載的負(fù)載而改變，而在給定固定的工作環(huán)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(dǎo)成分是RRU和BBU消耗的功率。當(dāng)業(yè)務(wù)負(fù)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(yè)務(wù)負(fù)載成正比增加。另一方面，BBU對BS所使用的所有頻率載波進(jìn)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(shù)目來確定。
[0031]基于實際測量，冷卻功耗是Pmis。中的主導(dǎo)因素。其取決于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(qū)動器的冷卻器而變化。冷卻可以消耗BS處約50%的功率。冷卻功率主要取決于溫度。
[0032]總而言之，我們的分析表明:主要由于部分Pmis。，BS與其業(yè)務(wù)負(fù)載不成能量正比。
[0033][業(yè)務(wù)負(fù)載:時間和空間的多樣性]
[0034]蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的每個BS在時間上以及在位置上呈現(xiàn)出高度業(yè)務(wù)動態(tài)。圖2示出了在4個典型區(qū)域中的說明性BS位置，區(qū)域I是大型人口密集的城市，區(qū)域2是中型城市，且區(qū)域3和4是大都會區(qū)域中的大型城市。每個區(qū)域中的覆蓋面積和BS數(shù)目在下面表1中給出，它們是從工作中的3G網(wǎng)絡(luò)收集到的。
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的通信系統(tǒng)，包括: 網(wǎng)格建立單元，被配置為將網(wǎng)絡(luò)分為一個或多個網(wǎng)格，每個網(wǎng)格中布置有一個或多個彼此等效的節(jié)點； 網(wǎng)格業(yè)務(wù)量估計單元，被配置為估計每個網(wǎng)格中所定義時段的所有節(jié)點的聚合業(yè)務(wù)量；以及 活躍節(jié)點集合確定單元，被配置為基于所估計的聚合業(yè)務(wù)量來確定在所定義時段上每個網(wǎng)格的活躍節(jié)點的集合，以及將所述網(wǎng)格中不活躍的節(jié)點關(guān)機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中 所述網(wǎng)格建立單元被配置為:如果滿足以下公式則判定兩個節(jié)點i和j等效:
ri+d(i,j) ( Rj,rj+d(i,j) ( Ri, 其中，d(i，j)是節(jié)點i和節(jié)點j之間的距離，ri和rj是節(jié)點的正常通信范圍，且Ri和Rj分別是節(jié)點i和節(jié)點j的最大可能通信范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中 所述網(wǎng)格建立單元被配置為從網(wǎng)絡(luò)中的特定節(jié)點開始并向著預(yù)定方向來形成網(wǎng)格，直到窮盡網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié) 點。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中 使用西北角規(guī)則來形成網(wǎng)格，其中，所述網(wǎng)格建立單元被配置為從網(wǎng)絡(luò)中的左上節(jié)點開始從上至下且從左至右地形成網(wǎng)格；或者 使用東北角規(guī)則來形成網(wǎng)格，其中，所述網(wǎng)格建立單元被配置為從網(wǎng)絡(luò)中的右上節(jié)點開始從上至下且從右至左地形成網(wǎng)格。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，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(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中 所述網(wǎng)格業(yè)務(wù)量估計單元被配置為:根據(jù)在先各天的相同時段的業(yè)務(wù)量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來估計一天的該時段的聚合業(yè)務(wù)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中 基于工作日的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來估計工作日的時段的聚合業(yè)務(wù)量，同時基于周末的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來估計周末的時段的聚合業(yè)務(wù)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中 按照網(wǎng)格中節(jié)點的能量效率和/或容量的降序來選擇網(wǎng)格中要活躍的節(jié)點。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中 所述活躍節(jié)點集合確定單元被配置為:從具有最重聚合業(yè)務(wù)量的時段開始到具有較少聚合業(yè)務(wù)量的時段，來確定活躍節(jié)點的集合，以及從在先時段的活躍節(jié)點的集合中選擇除了具有最重聚合業(yè)務(wù)量的時段之外的其它時段的活躍節(jié)點的集合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中 所述活躍節(jié)點集合確定單元被配置為:根據(jù)一天中聚合業(yè)務(wù)量的分布來確定一天中每個時段的活躍節(jié)點的集合，使得相鄰時段的活躍節(jié)點的集合的交集盡可能大。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中 所述節(jié)點是基站(BS)，以及所述系統(tǒng)位于無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)內(nèi)。
12.—種蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的通信方法，包括: 將網(wǎng)絡(luò)分為一個或多個網(wǎng)格，每個網(wǎng)格中布置有一個或多個彼此等效的節(jié)點； 估計每個網(wǎng)格中所定義時段的所有節(jié)點的聚合業(yè)務(wù)量；以及 基于所估計的聚合業(yè)務(wù)量來確定在所定義時段上每個網(wǎng)格的活躍節(jié)點的集合，以及將所述網(wǎng)格中不活躍的節(jié)點關(guān)機。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中 如果滿足以下公式則兩個節(jié)點i和j等效:
ri+d(i,j) ≤ Rj, rj+d(i, j) ≤ Ri, 其中，d(i，j)是節(jié)點i和節(jié)點j之間的距離，ri和rj是節(jié)點的正常通信范圍，且Ri和Rj分別是節(jié)點i和節(jié)點j的最大可能通信范圍。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，將網(wǎng)絡(luò)分為一個或多個網(wǎng)格包括: 從網(wǎng)絡(luò)中的特定節(jié)點開始并向著預(yù)定方向來形成網(wǎng)格，直到窮盡網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中 使用西北角規(guī)則來形成網(wǎng)格，其中，形成網(wǎng)格包括:從網(wǎng)絡(luò)中的左上節(jié)點開始從上至下且從左至右地形成網(wǎng)格；或者 使用東北角規(guī)則來形成網(wǎng)格，其中，形成網(wǎng)格包括:從網(wǎng)絡(luò)中的右上節(jié)點開始從上至下且從右至左地形成網(wǎng)格。
16.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，估計一天中的時段的聚合業(yè)務(wù)量包括: 根據(jù)在先各天的相同時段的業(yè)務(wù)量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來估計一天的該時段的聚合業(yè)務(wù)量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，估計一天中的時段的聚合業(yè)務(wù)量包括: 基于工作日的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來估計工作日的時段的聚合業(yè)務(wù)量；以及 基于周末的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來估計周末的時段的聚合業(yè)務(wù)量。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，基于所估計的聚合業(yè)務(wù)量來確定活躍節(jié)點的集合包括: 按照網(wǎng)格中節(jié)點的能量效率和/或容量的降序來選擇網(wǎng)格中要活躍的節(jié)點，直到已選擇的節(jié)點的聚合容量不小于網(wǎng)格的估計出的聚合業(yè)務(wù)量。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，確定所定義時段上每個網(wǎng)格的活躍節(jié)點的集合包括: 從具有最重聚合業(yè)務(wù)量的時段開始到具有較少聚合業(yè)務(wù)量的時段，來確定活躍節(jié)點的集合；以及 從在先時段的活躍節(jié)點的集合中選擇除了具有最重聚合業(yè)務(wù)量的時段之外的其它時段的活躍節(jié)點的集合。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，確定所定義時段上每個網(wǎng)格的活躍節(jié)點的集合包括: 根據(jù)一天中聚合業(yè)務(wù)量的分布來確定一天中每個時段的活躍節(jié)點的集合，使得相鄰時段的活躍節(jié)點的集合的交集盡可能大。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述節(jié)點是基站(BS)，以及所述系統(tǒng)位于無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)內(nèi)；以及 在將不活躍的BS關(guān)機之前，所述方法還包括: 通過網(wǎng)絡(luò)控制的切換技術(shù)將由這些不活躍的BS服務(wù)的用戶切換到活躍BS。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，在將不活躍的BS關(guān)機之前，所述方法還包括: 應(yīng)用小區(qū)呼吸技術(shù)，以使活躍BS調(diào)整其覆蓋范圍。
24.根據(jù)權(quán)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范圍。
25.一種具有程序代碼的計算機可讀介質(zhì)，所述程序代碼用于在計算機上運行時執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求12~24中任一項所述的方法。
26.一種存儲介質(zhì)，所述存儲介質(zhì)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(zhí)行根據(jù)權(quán)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(yōu)先權(quán)日:2011年9月19日
【發(fā)明者】彭春翌, 呂松武, 王韜 申請人:北京大學(xué)