一种用于异构网络的集中式动态关闭小小区方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于异构网络的集中式动态关闭小小区方法，包括以下步骤：1)计算网络中所有小小区的价值函数值并排序；2)选取一定比例的较小价值函数值对应的小小区作为待定关闭小小区集合，剩余的价值函数值较大的小小区构成待定开启小小区集合；3)逐一测试待定关闭小小区集合的每个小小区是否满足关闭的条件；4)若步骤3)确定可以关闭的小小区占待定关闭小小区的比例超过某一阈值，则返回步骤1)，否则判决过程结束。本方法综合考虑异构网络中小小区差异的多种影响因素，能够在保证用户服务质量的前提下关闭部分小小区以降低网络的能耗。
【专利说明】—种用于异构网络的集中式动态关闭小小区方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于异构网络的集中式动态关闭小小区方法，利用异构网络(简称“网络”)中的业务量在时间与空间上的不均匀分布的特点，根据可获得的网络信息(包括基站信息与用户信息等)，保证服务质量的前提下动态关闭其中部分小小区基站；属于异构网络技术。
【背景技术】
[0002]移动设备如智能手机与平板电脑的使用量逐年增加，使得无线数据通信量呈指数式增长，据预测这些设备的数量以及相应的无线数据通信量在未来会进一步增长。异构网络提供了一个应对如此快速增长数据需求的解决方案，它包括传统的蜂窝网络宏小区提供广域的无缝覆盖(构成覆盖层)与小小区(通过低功率基站实现，构成容量层)在某些高通信量区域提供额外的网络容量增强，这些区域可以是会议场所，餐饮场所或电影院等。低功率基站的大量使用显著地增强了网络的容量与终端用户的体验，但是网络总能耗也因此而显著地增加，这并不符合未来绿色通信的设计目标。
[0003]由于在人口密集区域的网络部署通常是按照业务高峰期的需求来规划的，然而在低业务量时段，网络的很大部分容量是多余的，这就造成了资源的低效率使用，此外，在同一时间网络不同区域的业务需求也是不均匀分布的，这种业务量在时空上的波动性给基站休眠提供了机会。在宏微组网的异构网络中，宏小区一般不实施关闭以保持网络的无缝覆盖，而小小区在业务负载较低的时段可以进入关闭状态以降低能耗。传统的基站关闭策略大多应用于传统的蜂窝网络，而且逐个测试所有基站关闭的可能性，这对于异构网络中密集部署的小小区来说是不可取的，因为需要大量策略执行时间，这样既不能及时响应网络业务量的变化，也增加了网络的信令开销。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于异构网络的集中式动态关闭小小区方法，通过自适应地动态关闭其中部分小小区基站以降低整个网络的能耗，该方法可以高效率地响应网络的业务量变化。
[0005]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0006]一种用于异构网络的集中式动态关闭小小区方法，将时间周期Tttrtal分割成Z个相等的连续时间段，每个时间段的长度为Tintwval ;在每个时间段起始时刻，结合每个小小区当前的网络信息，计算开启该小小区的价值函数值，按价值函数值递增顺序对小小区进行排序，采用集中式方法确定该时间段内异构网络中所有小小区的开关状态，即关闭或工作。
[0007]该方法可适用于最简单的两层结构的异构网络，包括提供基本覆盖的宏小区层与提供网络容量增强的小小区层；该方法也可适用于多层结构的异构网络，比如同时存在家庭式基站(Femtocell)、微小区(Microcell)、微微小区(Picocell)等的异构网络,或者中继的异构网络，可以为每一层定义一个相应的价值函数(可以根据该层网络的特点与网络规划目标设计合适的价值函数模型)，对该层的基站实施本方法说明的动态关闭策略；特别地，在小小区分布密集的网络区域，可以考虑动态地关闭部分宏小区，这是在保证网络服务质量的前提下进行的，这时的节能效果会更加明显，由于宏小区基站的能耗一般比小小区高I~2个数量级。
[0008]该方法中，关于“将时间周期Ttrtal分割成Z个相等的连续时间段，每个时间段的长度为Tinteval ”，这只是一种简化的网络资源管理方法，根据网络通信量在时间周期Ttotal的变化趋势不同，可以首先将Ttotal分割为几个时间尺度大点的时间段T1, T2,…，TQ(比如I小时或者连续几小时)，每个时间段Ti (i = 1,-,Q)再分割成相等的连续时间段，每个时间段的长度为Tintevau (i = 1，…，Q)，以此作为方法的执行周期，这样可以适应网络通信量的变化，在通信量较很高时通过更加频繁的网络资源状态更新，保障网络服务质量的同时达到很好的节能目的，在通信量较低时可以减少网络资源更新的频率以减少不必要的网络开销。
[0009]按照上述方法确定每个一个时间段内所有小小区的开关状态，并维持确定的开关状态不变直至下一个时间段的到来。
[0010]该方法具体包括如下步骤:
[0011](I)获取当前时间段异构网络中所有小小区的网络信息；
[0012](2)基于获得的小小区的网络信息，将没有用户接入的这部分小小区标记为集合D，作为关闭小小区集合，剩余的所有小小区作为候选开启小小区集合；若所有小小区均有用户接入，则将集合D初始化为空集；
[0013](3)根据此时开启的小小区状态信息，使用价值函数计算各开启小小区的价值函数值，按价值函数值递增顺序对小小区进行排序；
[0014](4)将候选开启小小区集合中，值函数值最小的、比例为P的这部分小小区标记为集合Τ，作为待定关闭小小区集合，候选开启小小区集合中剩余的小小区标记为集合S，作为待定开启小小区集合；集合T中元素的个数为N,初始化off_count = O ；
[0015](5)测试集合T中价值函数值最大的小小区M所接入的用户是否都已移交到临近的潜在接受宏小区或潜在接受小小区；
[0016](6)若小小区M中有用户不能移交出去，则小小区M不可以进入关闭状态，更新集合元素，T = T-{M}，S = S+{Μ}，维持所有宏小区和小小区的用户服务状态信息不变，进一步判断集合T是否为空集；
[0017](7)若小小区M中所有用户都移交出去，则小小区M可以进入关闭状态，更新集合元素，T = T-{M}，D = D+{Μ}，更新接受小小区M用户的宏小区和/或小小区的用户服务状态信息，off_count = off_count+l,进一步判断集合T是否为空集；
[0018](8)若集合T不为空集，则返回步骤(5)继续测试下一个小小区；
[0019](9)若集合T为空集，则判断off_Count/N〈S是否成立，其中δ为预设的阈值；
[0020](10)若off_count/N〈 δ不成立,则返回步骤(3);若off_count/N〈 δ成立,则结束。
[0021]所述价值函数的计算方法如下:
【权利要求】
1.一种用于异构网络的集中式动态关闭小小区方法，其特征在于:将时间周期Ttotal分割成Z个相等的连续时间段，每个时间段的长度为Tinteval ;在每个时间段起始时刻，结合每个小小区当前的网络信息，计算开启该小小区的价值函数值，按价值函数值递增顺序对小小区进行排序，采用集中式方法确定该时间段内异构网络中所有小小区的开关状态。
2.根据权利要求1所述的用于异构网络的集中式动态关闭小小区方法，其特征在于:具体包括如下步骤: (1)获取当前时间段异构网络中所有小小区的网络信息； (2)基于获得的小小区的网络信息，将没有用户接入的这部分小小区标记为集合D，作为关闭小小区集合，剩余的所有小小区作为候选开启小小区集合；若所有小小区均有用户接入，则将集合D初始化为空集； (3)根据此时开启的小小区状态信息，使用价值函数计算各开启小小区的价值函数值，按价值函数值递增顺序对小小区进行排序； (4)将候选开启小小区集合中，值函数值最小的、比例为P的这部分小小区标记为集合T，作为待定关闭小小区集合，候选开启小小区集合中剩余的小小区标记为集合S，作为待定开启小小区集合；集合T中元素的个数为N,初始化off_count = O ； (5)测试集合T中价值函数值最大的小小区M所接入的用户是否都已移交到临近的潜在接受宏小区或潜在接受小小区； (6)若小小区M中有用户不能移交出去，则小小区M不可以进入关闭状态，更新集合元素，T = T-{M}，S = S+{M}，维持所有宏小区和小小区的用户服务状态信息不变，进一步判断集合T是否为空集； (7)若小小区M中所有用户都移交出去，则小小区M可以进入关闭状态，更新集合元素，T = T-{M}, D = D+{M}，更新接受小小区M用户的宏小区和/或小小区的用户服务状态信息，off_count = off_count+l,进一步判断集合T是否为空集； (8)若集合T不为空集，则返回步骤(5)继续测试下一个小小区； (9)若集合T为空集，则判断off_Count/N〈S是否成立，其中δ为预设的阈值； (10)若off_count/N〈δ不成立,贝U返回步骤(3);若off_count/N〈 δ成立,贝U结束。
3.根据权利要求1所述的用于异构网络的集中式动态关闭小小区方法，其特征在于:所述价值函数的计算方法如下:
4.根据权利要求1所述的用于异构网络的集中式动态关闭小小区方法，其特征在于:设定异构网络中，不同类型基站使用相同的频率资源，Wmax为每个基站的总带宽，ε mc e [O, I]与ε sc e [O, I]分别是宏小区与小小区的带宽预留因子，宏小区需预留ε JVmax带宽给后续到达的新用户，小小区需预留ε JVmax给后续到达的新用户；所述步骤(5)中，潜在接受宏小区和潜在接受小小区可以提供转移用户的最大可用带宽分别是(1-SnJWmax和(1_ ε SC) W—。
5.根据权利要求1所述的用于异构网络的集中式动态关闭小小区方法，其特征在于:所述步骤(5)，测试小小区M所接入的用户是否可以移交到临近的潜在接受宏小区或潜在接受小小区，具体包括如下步骤: (51)基于获得的小小区的网络信息，确定小小区M的用户集合，判断用户集合是否为空集:若为空集，则小小区M所接入的用户全部可以移交出去，结束；否则，在用户集合中选择出通信速率最小的用户，进入步骤(52)； (52)基于获得的小小区的网络信息，确定小小区M临近的宏小区和小小区，分别构成潜在接受宏小区集合和潜在接受小小区集合，进入步骤(53)； (53)判断潜在接受宏小区集合是否为空集:若为空集，则进入步骤(55);否则从潜在接受宏小区集合中选择最优条件的一个元素作为潜在接受宏小区，所述最优条件综合考虑平均信道条件的优劣和业务负载低的高低，进入步骤(54)； (54)通过计算可达速率与判断资源占用情况确定移交是否成功:若成功，则该用户被成功移交到该潜在接受宏小区，从用户集中剔除该用户，返回步骤(51);否则，从接受宏小区集合中剔除该潜在接受宏小区，返回步骤(53)； (55)判断潜在接受小小区集合是否为空集:若为空集，则该用户不能移交，结束；否则从潜在接受小小区集合中选择最优条件的一个元素作为潜在接受小小区，所述最优条件综合考虑平均信道条件的优劣和业务负载低的高低，进入步骤(56)； (56)通过计算可达速率与判断资源占用情况确定移交是否成功:若成功，则该用户被成功移交到该潜在接受小小区，从用户集中剔除该用户，返回步骤(51);否则，从接受小小区集合中剔除该潜在接受小小区，返回步骤(55)。
6.根据权利要求1所述的用于异构网络的集中式动态关闭小小区方法，其特征在于:所述异构网络为自组织网络，通过一个网络中的SON服务器集中式执行该方法。
【文档编号】H04W52/02GK104010356SQ201410236114
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】金石, 吴杰, 黄永明, 姜蕾, 王刚 申请人:东南大学, 日电（中国）有限公司