用于管理资源分配的方法和网络设备的制作方法

专利名称：用于管理资源分配的方法和网络设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在通信网络(特别是电信网络)中实施控制的方法。本发明还涉及用在该电信网络中的模块化无线电网络元件(比如微基站)，并且特别涉及一种在采用所述模块化无线电网络元件的网络中管理无线电资源的方法。更具体来说，本发明涉及一种用于管理网络元件之间的切换的方法和相关联的系统。
背景技术：
除了按照传统方式接入无线网络之外，近来已经提出允许利用诸如GSM (全球移动通信系统)、UMTS (通用移动电信系统)、HSPA (高速分组接入)、Cdma2000 (码分多址2000)、 WiFi以及WiMAX (微波存取全球互通)之类的标准访问由所述无线网络提供的特征和服务。 在这方面，传统方式是通过移动终端与具有去到移动交换中心(MSC)的专用连接的传统基站(宏基站)之间的信令而实现的。这些宏基站通常被布置在容易获得电力供应的天线杆、 塔或屋顶处。但是存在趋势朝着利用诸如微基站、微微基站、毫微微基站、中继器以及中继站之类的模块化网络元件来提供网络接入。在这方面，“模块化”意图指代较小的“插入式”网络元件，其可以被添加来使得网络更大、提供网络容量、提供网络覆盖、填充覆盖空洞或者在紧急情况下或网络扩建期间提供覆盖。特别由于其尺寸，这些模块化无线电网络元件可以被布置在更加广泛的基础上，并且相应地可以被布置在灯柱上、建筑物墙壁上以及客户驻地的内部/外部。可以针对当前的以及即将出现的无线网络标准来使用所述模块化无线电网络元件，其中标准包括WiMAX、3GPP LTE (第三代合作伙伴项目长期演进)、3GPP LTE-AdvancecU移动 WiMAX、超移动宽带(UMB)、IEEE 802. 16 j\ IEEE 802. 16m 以及还有 WLAN 和无线网格网络。接入点(AP)是为通常在订户的家中或办公室中提供的较小基站(BS)给出的一般性名称。如前所述，已经为AP给出了许多不同名称，比如家庭接入点(HAP)、微基站、微微基站、微微蜂窝小区、毫微微蜂窝小区等等，但是所有这些名称都指代相同的网络设备。AP提供短程和局部化的蜂窝电信覆盖，其通常由订户购买或租用以便安装在其住宅或商业驻地中并且意图增大网络覆盖范围和容量。这些AP可以是专用的网络接入点，或者可以是得到增强的无线互联网枢纽(即提供无线互联网接入以及无线电信网络接入)。AP的范围远远小于宏基站，其通常只提供大约 20到30米的覆盖范围。在现有的电信网络中引入AP的一个优点在于，如果实施了足够数量的AP，由于对宏基站的需求降低，因此可以降低宏覆盖的功率水平。功率降低当然会导致能量和财务节省，这例如是因为所需要的频谱或基站布置较少并且硬件也较少。使用通过IP (互联网协议)网络连接到核心网络的接入点的另一个优点在于，可以使用现有的宽带数字订户线(DSL)连接将移动终端与网络核心相链接，而不使用移动电信网络的无线接入网或传输网络的容量。换句话说，AP被集成到DSL调制解调器/路由器中，并且使用DSL将业务回传到通信网络。另一个优点在于，AP能够为不存在宏无线接入网覆盖的区域提供移动网络接入。 举例来说，AP可以在根本不存在宏3G覆盖的区域内(可能只有宏GSM覆盖)提供3G覆盖。 因此，通过把AP用作接入网络的附加或替换措施会有利地增大网络覆盖范围和容量。但是，在集成良好并且高效的通信网络中实施诸如接入点、中继器和中继站之类的模块化无线电网络元件时会出现另外的挑战。举例来说，由于这些模块化网络元件可能不处在电信网络提供商的直接影响之下，因此网络提供商可能无法完全依赖这些模块化无线电网络元件，这是因为网络提供商可能无法完全控制所述网络元件到网络的连接或者所述网络元件的维护。这些模块化网络元件的可能的不可靠性的一个例子与其电力供应有关。特别是取决于其位置，去到模块化基站的电力可能仅仅是不可靠地获得的，或者只在一天的特定时间段才可获得。举例来说，在所述网络元件位于灯柱上的情况下，其可能只有在夜间才具有电力供应。类似地，在偏远地区或者发展中国家，电力供应可能是间歇性的或者只在一天中的特定数目的小时才可获得。宏基站通常具有基于电池组或柴油发电机的备用电力供应， 但是这对于大多数小型模块化无线电网络元件来说通常在技术上或经济上是不可行的。在利用诸如太阳能面板或风力涡轮机之类的替代性能源来实施所述网络元件的情况下也存在类似的问题。这些技术依赖于所述元件，因此不一定完全可靠。因此，需要在通信网络中提供一种改进的通信环境，特别是改进的无线电资源管理。

发明内容
利用本发明解决前面提到的问题。该技术是通过包含在独立方法权利要求1和独立网络设备权利要求5中的教导来实现的。所述独立方法权利要求管理移动电信网络中的多个网络设备中的至少一个网络设备中的资源分配，其包括以下步骤
一关于所述至少一个网络设备中的每一个确定至少一个与能量有关的参数；以及一利用所确定的至少一个与能量有关的参数做出资源分配决定。所述独立网络设备权利要求具有被布置成执行权利要求1的各方法步骤的装置。其他有利实施例可以在从属权利要求中看到。其中 本发明的技术还包括以下步骤
一确定至少一个与网络业务有关的参数；以及
一利用所确定的至少一个与网络业务有关的参数做出资源分配决定。其中，所确定的与能量有关的参数包括以下各项中的至少一项
a)关于每一个网络设备的能量消耗参数；
b)关于每一个网络设备的能源的能量成本参数；
c)关于每一个网络设备的能源的能量可靠性因素。其中，所确定的与能量有关的参数包括以下各项中的至少一项
a)每一个网络设备的电池组的电力水平；
b)对于每一个网络设备的能量可靠性分类；c)被供应到每一个网络设备的能量的成本；
d)对于每一个网络设备所估计的未来电力供应；
e)每一个网络设备的平均功率消耗； f )每一个网络设备的峰值功率消耗；
g)对于每一个网络设备的不同操作模式所估计的能量消耗；
h)对于用户可能要求的不同服务质量所估计的能量消耗；
i)为一个或更多特定用户服务所需要的估计能量消耗；以及
1)对于每一个网络设备所估计的给定时间段内的能量消耗模式。


通过本文下面给出的描述以及附图将会更加全面地理解本发明，附图仅仅是通过说明性的方式给出的，因此并不限制本发明，且其中
图1示出了除了传统基站还包括接入点的移动电信网络的一个实例，在其中可以实施本发明的各实施例。图2和3示出了包括不同中继元件的电信网络的一个实例，其可用于描述本发明的各说明性实施例。
具体实施例方式现在将参照图1描述移动电信网络1000及其操作。每一个基站(BS) 3和接入点(AP) 20对应于所述蜂窝或移动电信网络的一个相应的小区，并且在电路交换域或分组交换域的其中之一或全部二者之内通过无线电通信接收并发送来自/去到该小区内的移动终端(MT)或用户装备(UE)I的呼叫。MT 1可以是任何便携式电信设备，包括手持式移动电话、个人数字助理(PDA)或者配备有网络接入数据卡的膝上型计算机。当移动电信网络1000使用GSM技术时，每一个BS 3包括基站收发器站(BTS) 22 和基站控制器(BSC)沈。一个BSC可以控制多于一个BTS。所述BTS和BSC构成无线接入网(RAN)。当移动电信网络1000使用UMTS技术时，每一个BS 3包括nodeB (B节点)22和无线电网络控制器(RNC)沈。一个RNC可以控制多于一个nodeB。所述nodeB和RNC构成无线接入网(RAN)。在所提出的LTE移动电信网络中，每一个BS 3包括增强型NodeB (eNodeB)，其有效地组合了 UMTS网络的nodeB与RNC的功能。传统上在GSM/UMTS网络中，基站被布置成组，并且每一组基站由移动交换中心 (MSC) 2和SGSN (服务GPRS支持节点)16来控制。MSC 2支持电路交换域内的通信——通常是语音呼叫，且相应的SGSN 16支持分组交换域内的通信——比如GPRS (通用分组无线电服务)数据传输。SGSN 16按照与MSC 2类似的方式运作。BS 3具有去到其MSC 2的专用(非共享)连接，其通常是通过线缆连接。这防止由于其他业务导致的拥塞而降低传输速度。在所提出的LTE网络中，设想将基站布置成组，并且每一组基站将由移动性管理实体(MME)和用户平面实体(UPE)来控制。从AP 20到MT 1的无线电链路21使用与传统的BS 3相同的蜂窝电信传输协议， 但是其范围更小——例如25m。AP 20对MT 1而言表现为传统的基站，并且不需要对MT 1 进行修改以与AP 20—同操作。AP 20发挥对应于BS 3的作用。这并不排除例如在连接到 AP 20或BS 3时的协议中使用某些变型。AP 20与核心网络12之间的通信优选地是基于IP的通信，并且例如可以通过宽带IP网络传送(并且通过因特网路由)。通过MSC 32或SGSN 34来路由通信。AP 20将使用在MT 1与AP 20之间的蜂窝电信传输协议转换成基于IP的信令。AP 20与核心网络12之间的连接23可以使用PSTN电话网。通常由DSL线缆将 AP 20连接到PSTN (公共交换电话网)网络。通过IP传输/DSL传输在接入点20与核心网络12之间传送数据。接入点与电话局之间的线缆连接的带宽与多个其他用户(通常在20 到50个其他用户之间)共享。AP 20可以借助于DSL线缆和PSTN网络之外的方式连接到核心网络12。举例来说，AP 20可以通过独立于PSTN的专用线缆连接而连接到核心网络12，或者可以通过AP 20 与网络核心12之间的卫星连接。此外，AP 20可以利用无线电链路21通过BS 3连接到核心网络12。在这种情况下，AP 20从BS 3的角度看可以表现为移动终端，而BS 3则充当用于AP 20的中继设备。除了 GSM/UMTS/LTE网络之外，AP 20通常将被配置成服务于处在家中或办公室中的无线局域网(WLAN)。所述WLAN可以属于MT 1的订户，或者可以是独立操作的WLAN。AP 20的所有者可以规定该AP是开放的还是关闭的，其中开放的AP能够载送来自所述GSM/ UMTS/LTE网络中的任何移动设备的通信，而关闭的AP只能载送来自特定的预先指定的移动设备的通信。本文下面将借助于说明性实施例来描述本发明的想法，所述说明性实施例试图改进这样的网络中的无线电资源管理(RRM)。RRM涉及到用于控制各种参数的策略和算法，所述参数比如有发送功率、信道分配、切换标准、调制方案。无线电接纳控制、负载平衡、分组调度、缓冲以及纠错编码方案。目的是尽可能高效地利用有限的无线电频谱资源和无线电网络基础设施。动态RRM方案针对诸如业务负载(例如为了提高吞吐量)、用户位置、信道条件、干扰以及服务质量要求之类的因素自适应地调节无线电网络参数。可以按照分散或集中方式来实现无线电资源管理(RRM)。在集中式布置中，几个基站和接入点由核心网络元件(比如无线电网络控制器(RNC))控制，其管理整个网络资源集合。其他布置是分布式的， 其利用移动站、基站或无线接入点中的算法自主地从给定的总体资源集合内分配无线电资源。或者，可以通过在其间交换信息来协调分布式布置中的各网络元件。RRM与调度紧密相关。调度器将一个小区或多个小区内的无线电资源指派给不同的用户和数据流。举例来说，这些资源可以是资源元素、时隙、频带、功率或代码。RRM功能的某些部分可以由所述调度器实现。已知的RRM技术的具体实例包括
用来控制无线电链路上的调制和编码的链路适配算法；
对于空间处理方案的选择和控制，比如空间多路复用、空间一频率块编码或者多用户 MIMO (多输入多输出)；
多跳中继系统中的不同跳之间的资源分配； 资源元素的分配； 发送功率控制算法； 动态信道分配算法； 动态频率选择算法； 业务自适应切换标准； 接纳控制； 负载平衡。关于图2示出了一种集中式布置，其中基站BS1、BS2和BS3与中心节点25进行通信，所述中心节点25执行RRM并且通常是RNC或MSC。应当认识到的是，中心节点25作为 RNC或MSC只是一种示例性配置，且其他网络元件配置也是可能的，比如中心节点25作为 LTE网络中的enode B。类似地，所述基站节点可以是其他小型模块化网络元件，比如中继节点。根据本发明的第一说明性实施例，在考虑到能量参数的情况下执行RRM。由移动电信网络1000中的多个网络设备中的至少一个网络设备3、20管理所述资源分配，从而关于所述至少一个网络设备中的每一个确定至少一个与能量有关的参数，并且随后利用所确定的至少一个与能量有关的参数做出资源分配决定。网络设备3、20具有的装置，其被布置成关于移动电信网络1000内所存在的至少一个网络设备中的每一个确定所述至少一个与能量有关的参数，并且还被布置成利用所确定的至少一个与能量有关的参数来做出资源分配决定。所述装置可以用硬件来实现，例如用处理器或其他硬件实现方式来实现。所述能量参数例如可以与以下各项有关 每一个模块化网络元件的能量消耗；
关于每一个模块化网络元件的电力供应的能量成本；以及/或者 与每一个模块化网络元件的能源有关的能量可靠性因素。诸如这些的能量参数在网络中可能会有显著不同，在采用其构造和/或情形方面不统一的模块化网络元件的情况下尤其是这样。举例来说，当构造不同时，能量消耗可能会不同，而当情形/位置不同时，电力供应可靠性和成本可能会有差别。在图3中示出了本发明的另一个说明性实施例。数据将被传送到UE4。存在不同的路由或调度可能性。从BS5到UE4的直接链路可能非常弱，也就是说将需要大量无线电资源(比如资源块)并且这些无线电资源无法被用于由BS5服务的小区内的其他用户。如果通过带内或带外中继经由中继节点(RN)(在图中是RN3)中继来自BS4的信号，则可能获得大多数链路容量且因此还有端到端数据速率。但是RN3可能由太阳能电池供电并且在夜间通过电池组运行，或者在其可用能量方面存在其他约束。于是路由信号的最佳方式可能是第三种替换方案，即把来自BS4的信号经由中继节点RNl和RN2路由到UE4，条件是有足够的网络容量可用并且中间的中继器RNl和RN2的电力供应是有保障的或者至少是足够的。 在白天，当太阳能可用并且RN3的电池组充满时，可以经由RN3将数据传输从BS4传送到 UE4，并且可能获得较高的数据速率。UE5只有经由BS4和RN3去到网络的无线电连接。随后，RN3中的电池组能量的有限量应当导致切换到链路BS4到RNl和RNl到UE5上的高能量效率的传输模式。这些能量参数可以被使用在任一种已知的RRM技术中。其在帮助切换决定方面特别有用。因此在本发明的该实施例中考虑切换，其中UEl活动并且通过BSl进行通信。在该通信期间，UEl将监测来自特别是作为服务基站的BSl的接收信号强度测量。一旦该信号强度测量降到预定阈值以下，UEl将开始把其对于BSl和其他相邻基站(即BS2)的信号强度测量发送到节点25。基于这些信号强度测量以及一个或更多能量参数，节点25将做出任何适当的切换决定。所述能量参数可以是以下中的至少一项
预定的固定参数(例如在与节点25相关联的表中定义)； 在BSl处测量并且被传送到节点25 ；以及/或者 由另一个网络元件测量并且被传送到节点25。通过考虑这些能量参数，BS2可以为UEl提供最佳信号强度测量，但是相反也具有高于BSl的能量消耗参数。基于该信息，节点25将实施一种考虑到该功率消耗因素的算法。 举例来说，所述算法可以向切换阈值加上一个因数，这实际上延迟切换到BS2，以便减少能量消耗并且节省电力。在这方面，节点25可以对切换阈值实施一个偏移量，从而使得该偏移量与BS2的能量消耗参数有关(只要该偏移量不降至对于BSl的退出(drop out)信号极限之下即可)。在该实施例的一种变型中，在切换请求消息中发送所述能量使用参数，从而使得服务节点可以向目标节点传达其预期节省多少能量，以及相应地目标节点将需要释放多少容量以便实施所述切换。这就允许做出明智的决定以便最小化能量消耗，或者找到能量消耗与可用容量之间的合理折衷。如果能量消耗是所述系统的瓶颈而不是容量，则与将某些 UE切换到如果必须也为该UE服务的话则可能更快用尽能量的节点的做法相比，最好拒绝对于某些UE的服务(放弃用户或降低其数据速率)，这是因为当该节点最终用尽能量时，后面这将会导致更加严重的服务质量降低。在作为分布式布置的另一个实施例中，UEl在其用于开始向节点25发送信号强度测量的切换信令阈值方面考虑一个或更多能量参数。也就是说，该切换信令阈值还可以具有基于所述一个或更多能量参数的调节因数。举例来说，如果UEl正通过其进行通信的BSl 的能量效率较低，则可以例如通过偏移量分量将该能量效率合并到所述切换信令阈值中。 该偏移量分量将降低所述阈值，从而导致节点25在更早阶段接收所述信号强度测量，并且相应地能够在更早阶段评估总体网络情况以及发起去到另一个节点的切换。相反，对于能量效率较高的BS1，可以通过增大所述阈值来对其进行修改。在这种情况下，UEl将在更长的时间段内通过BSl进行通信，并且相应地将确保UEl不会向节点25报告不必要的切换测量。这样还可以提高UEl的能量消耗效率。除了关于切换决定利用所述参数之外，在设计总体网络运营时以及/或者在实时网络管理和运营期间也可以考虑这些参数。举例来说，在涉及多跳的网格网络或中继网络中，所述参数可以由调度器使用来选择适当的网络元件或者为通信设想通过网络的适当路线或者至少设想最适当的“下一跳”。这样，所述能量参数可以被用来最小化总体能量消耗。在RRM中，可以测量/确定并且单独地或者相互组合地使用的对于每一个网络元件的能量参数的例子包括
剩余的电池组电力； 能量可靠性分类(对于处在电力可靠性较低的国家/地区(例如印度)的网络元件来说，可以应用低可靠性分类)；
能量成本(特别在整个网络中可以获得成本不同的不同能源的情况下，比如可能由于不同的合同而具有不同成本的市电(mains)、柴油发电、风力发电、太阳能发电或者电池组供电，此外还应当考虑到即便是相同的能源也可能导致不同的成本，例如市电可能由于合同不同而收费不同，柴油供电的地点可能具有不同的储罐容量，从而加油成本和用于运送柴油的成本(其本身对于不同地点可能就不同)将被分摊在不同的柴油数量上，并且不同总量在其电力节省效率方面可能不同)；
预期电力供应可用性(例如对于太阳能供电的无线电网络元件的日时)； 每一个网络元件的平均和/或峰值功率消耗；
网络元件的不同操作模式的能量消耗(例如对于频率分集方案的空间处理；不连续发送(DTX)模式、被用于发送和接收的天线/天线元件(例如RF链)的数目)； 对于用户可能要求的不同服务质量的能量消耗； 对于所服务的不同用户的能量消耗；以及 一整天的能量消耗模式(例如考虑到夜间活动较少)。这些能量参数通常考虑到模块化网络元件的电力供应消耗以及被供应给这些网络元件的能量。为了在各网络元件之间具有一致的能量比较，特别在对于每一个元件有多于一个参数的情况下，优选地把对于每一个网络元件的能量参数组合成单个统一的能量指标 (indicator)。优选地，该指标在没有能量约束的情况下取得数值1，并且在完全能量约束 (例如没有电力可用)的情况下取得数值0。这可以通过使用一种对于所有网络元件都是共同的经过归一化的能量算法来实现。举例来说，假设第一网络元件利用太阳能或风能运行并且其电池组充满，则其所使用的能量成本(特别是其使用更多能量时的增量成本)基本上是免费的，并且所述参数为0。另一个网络元件所使用的能量成本例如是每kWh (千瓦时) 5个价格单位，而第三个网络元件的能源成本对于每kWh是8个价格单位。这些价格不能被直接相关，而是需要被归一化。为了发送所期望的数据速率或者单个资源单元，所述两个网络元件可能需要不同数量的能量，因此必须相应地归一化成本。例如如果第二网络元件只需要一半能量，则成本关系不是有利于第一网络元件的5:8，而是有利于第二网络元件的 54。此外，如果每资源单元或数据速率的能量成本超出了特定阈值，则运营是无意义的，这是因为花在能量上的金钱无法通过销售服务来赚回，因此更加经济的做法是不提供服务而是拒绝接纳(接纳控制)。所述阈值可以被用来归一化能量参数如果能量成本恰好对应于所述阈值，则所述能量参数是1，如果实际成本低于所述阈值，则所述能量参数是实际成本除以该阈值的商，在此情况下参数小于1。如果(增量)能量成本是0，则所述能量参数也是 0。如果成本超出所述阈值，或者如果根本没有能量可用，则所述参数也可设定到1，因为在所有这些情况下，最好(或者仅有的可能)是不提供任何服务。在这方面，可以通过节点25利用一个表来管理所述能量参数，该表组合了关于每一个网络元件的所有相关因素。举例来说，下表1是对于BSl可以考虑的能量因素的一个实例
表权利要求
1.一种管理移动电信网络(1000)中的多个网络设备中的至少一个网络设备(3，20) 中的资源分配的方法，包括以下步骤一关于所述至少一个网络设备中的每一个确定至少一个与能量有关的参数；以及一利用所确定的至少一个与能量有关的参数做出资源分配决定。
2.根据权利要求1的方法，还包括以下步骤 一确定至少一个与网络业务有关的参数；以及一利用所确定的至少一个与网络业务有关的参数做出资源分配决定。
3.根据任一条在前权利要求的方法，其中，所确定的与能量有关的参数包括以下各项中的至少一项a)关于每一个网络设备的能量消耗参数；b)关于每一个网络设备的能源的能量成本参数；c)关于每一个网络设备的能源的能量可靠性因素。
4.根据任一条在前权利要求的方法，其中，所确定的与能量有关的参数包括以下各项中的至少一项a)每一个网络设备的电池组的电力水平；b)对于每一个网络设备的能量可靠性分类；c)被供应给每一个网络设备的能量的成本；d)对于每一个网络设备所估计的未来电力供应；e)每一个网络设备的平均功率消耗； f )每一个网络设备的峰值功率消耗；g)对于每一个网络设备的不同操作模式所估计的能量消耗；h)对于用户可能要求的不同服务质量所估计的能量消耗；i)为一个或更多特定用户服务所需要的估计能量消耗；以及1)对于每一个网络设备所估计的给定时间段内的能量消耗模式。
5.一种适于管理移动电信网络(1000)中的资源分配的网络设备(3，20)，具有被布置成执行方法权利要求1到4的各步骤的装置。
6.根据权利要求5的网络设备(3，20)，其中所述网络设备(3，20)是以下各项中的至少一项接入点、基站、nodeB、enodeB。
7.一种移动电信网络(1000)，包括至少一个根据权利要求5的网络设备(3，20)。
全文摘要
一种用于管理移动电信网络(1000)中的多个网络设备中的至少一个网络设备(3，20)中的资源分配的方法和网络设备，所述方法包括以下步骤－关于所述至少一个网络设备中的每一个确定至少一个与能量有关的参数；以及－利用所确定的至少一个与能量有关的参数做出资源分配决定。
文档编号H04W28/16GK102396258SQ200980157148
公开日2012年3月28日 申请日期2009年2月20日 优先权日2009年2月20日
发明者拉夫 B., 利斯特 D., 伊尔默 R., 雷达纳 S. 申请人:沃达方集团有限公司, 诺基亚西门子通信公司