一种NB‑IOT网络中的节能调度方法与流程

本发明涉及NB-IOT通信技术领域，尤其涉及一种NB-IOT网络中的节能调度方法。

背景技术：

物联网市场潜力巨大，即将进入大规模井喷式发展。目前大众消费市场日趋饱和，导致运营商盈利增长趋缓，亟待寻求新的盈利增长点，根据麦肯锡等多家机构的报告预测，未来5-10年物联网连接数和市场规模将发生大规模井喷式发展。万物互联已成为全球运营商、科技企业和产业联盟积极布局的重要战略方向。目前蜂窝网已覆盖全球90％的人口，覆盖超过50％的地理位置。基于现有的蜂窝网络，运营商能够提供一个非常有竞争力的物联网技术，就是NB-IoT。NB-IoT在覆盖、功耗、成本、连接数等方面性能最优，最符合LPWA类业务需求。

NB-IoT具备四大特点：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍；二是具备支撑海量连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元。

申请号为201110093552.8的中国专利公开了一种无线通信系统的节能方法，针对无线通信系统部署中基站间的覆盖范围不相互重叠的场景，考虑到无线通信系统不是时刻处于满负荷运转状态，基站的载波很多时间都是处于空闲状态，在节能的过程中根据基站负载的变化动态开启/关闭某一载波节点，节约基站在载波上的能耗，从而达到低碳节能的目的。然而该方法只能应用于单基站的节能，并需要使用自适应负载均衡技术来均衡负载，无法针对整个区域的基站进行宏观的节能控制。

鉴于上述技术缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种NB-IOT网络中的节能调度方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种NB-IOT网络中的节能调度方法，包括：

步骤a，主通道负荷超过阈值或者主通道通信故障时，所述的主控制模块首先对主通道内各节点进行判定，确定负荷超过阈值的节点；

步骤b，主通道确定负荷超过阈值的节点后，将节点替换请求信息传输至调度模块；所述的调度模块根据主通道对负荷超过阈值或者通信故障的节点首先进行补偿节点替换的请求信息，做出控制指令；所述的主通道控制模块完成节点替换，并按照上述步骤a,重新进行检测；

步骤c，主控制模块对节点替换后的通道负荷及故障信息重新进行检测，若满足负荷需求，则向所述的调度模块发送请求信息，所述的调度模块向主控制模块发送确认信息；若检测后不满足负荷需求，则所述的主控制模块向所述的调度模块发送信息，执行步骤d；

步骤d，所述的调度模块获取所有备用通道的负荷信息，并进行冗余判定，选择负荷最低的备用通道；

步骤e，所述的调度模块将主通道模块切换为选定的备用通道模块，则为最佳的节电负荷通道。

进一步地，在上述步骤a中，所述的主控制模块通过每个节点对载波信号进行取样及判定，在采样时，每次取连续的N₁个周期，采样M₁次，在每一周期内取一瞬时值i，按照下述公式进行计算得出I_m，

式中，I_m0k表示在N₁个周期内的电流平均幅值，I_m表示计算所得电流幅值，N₁表示每次取样周期，M₁表示取样次数，w表示信号传输频率，θ表示初始相角，在0-30°之间；k和j表示序号；

在所述的主控制模块内设置有电流幅值的阈值范围I₁～I₂，经上述计算得到的电流幅值I_m判断其是否在预设阈值I₁～I₂范围内，若是，则断定节点的电流负载超过阈值或故障存在，若否，则重新进行取样判断。

进一步地，在上述步骤d中，调度模块中包括比较单元，所述的比较单元按照下述公式计算第二备用通道对第一备用通道采集数值的重合度P₂₁；

采用备用通道采集的电流和电压信号进行判定；

式中，P₂₁(u₁,i₁)表示每组电流和电压信号的重合度，u₁和i₁分别表示第一备用通道采集的电压信号、电流信号，u₂和i₂分别表示所述第二备用通道采集的电压信号、电流信号，T表示均方差运算，I和I'表示积分运算；

所述第二备用通道对第一备用通道的信号重合度P₂₁按照下述公式进行计算；

式中，M表示取样组数，j表示序列数，P_1j(u₁,i₁)表示每组信号中所述第二备用通道对第一备用通道的信号重合度。

进一步地，所述的比较单元按照下述公式计算第三备用通道对第一备用通道采集数值的重合度P₃₁，本实施例中，采用备用通道采集的电流和电压信号进行判定；

式中，P₃₁(u₁,i₁)表示每组电流和电压信号的重合度，u₁和i₁分别表示第一备用通道采集的电压信号、电流信号，u₃和i₃分别表示所述第二备用通道采集的电压信号、电流信号，T表示均方差运算，I和I'表示积分运算。

进一步地，NB-IOT网络系统包括：基于覆盖范围内的NB-IOT发射基站的主通道，发射基站通过主通道向终端发射NB-IOT信号信息；基于覆盖范围内的NB-IOT发射基站的备用通道组，包括基于在正常状态时，具有相同信号强度、发射频率和相同负荷的第一备用通道、第二备用通道和第三备用通道；

还包括对主通道内各节点的负荷及信号传输强进行监控及调度的主控制模块。

与现有技术相比本发明，本发明在节能调度过程中，优先尝试对主通道的节点的补偿替换，若能够达到节能要求，则继续采用主通道进行信号传输，若补偿替换后，仍不能满足节能要求，则调度模块切换至负荷最低的备用通道。

本发明通过调度模块对NB-IOT网络进行宏观控制，实现双重节能。

附图说明

图1为本发明的NB-IOT网络中的节能调度系统的功能框图；

图2为本发明的NB-IOT网络中的主通道的节点的功能框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1所示，其为本发明的NB-IOT网络中的节能调度系统的功能框图，本发明实施例基于NB-IOT网络，通过NB-IOT发射基站覆盖通信范围。

本实施例的NB-IOT网络系统包括：

基于覆盖范围内的NB-IOT发射基站的主通道，发射基站通过主通道向终端发射NB-IOT信号信息；

基于覆盖范围内的NB-IOT发射基站的备用通道组，包括基于在正常状态时，具有相同信号强度、发射频率和相同负荷的第一备用通道、第二备用通道和第三备用通道。

还包括对主通道内各节点的负荷及信号传输强进行监控及调度的主控制模块；

对第一备用通道的负荷进行监控及调度的第一控制模块；

对第二备用通道的负荷进行监控及调度的第二控制模块；

对第三备用通道的负荷进行监控及调度的第三控制模块。

还包括对主控制模块、第一控制模块、第二控制模块及第三控制模块的数据进行处理，对各通道及主通道内的节点进行控制的调度模块。

在本发明实施例中，所述的主通道为发射基站覆盖范围内的主要通道，在正常通信状况下，通过该主要通道进行数据传输；在遇到主通道故障或者主通道负荷过高时，需要切换至备用通道；但，为了节约NB-IOT网络系统中的能量消耗，在切换通道时，先对主通道内的故障节点或者高能耗节点进行补偿节点切换。

请结合图2所示，本实施例的主通道，包括多节点，在节点A出现高能耗或故障时，优先尝试切换至补偿节点K。在补偿节点K不能够满足能耗或主通道不能满足通信要求时，切换至备用通道。

本发明实施例的NB-IOT网络节能调度方法的过程为：

步骤a，主通道负荷超过阈值或者主通道通信故障时，所述的主控制模块首先对主通道内各节点进行判定，确定负荷超过阈值的节点。

所述的主控制模块通过每个节点对载波信号进行取样及判定，在采样时，每次取连续的N₁个周期，采样M₁次，在每一周期内取一瞬时值i，按照下述公式进行计算得出I_m，

式中，I_m0k表示在N₁个周期内的电流平均幅值，I_m表示计算所得电流幅值，N₁表示每次取样周期，M₁表示取样次数，w表示信号传输频率，θ表示初始相角，在0-30°之间；k和j表示序号。

在所述的主控制模块内设置有电流幅值的阈值范围I₁～I₂，经上述计算得到的电流幅值I_m判断其是否在预设阈值I₁～I₂范围内，若是，则断定节点的电流负载超过阈值或故障存在，若否，则重新进行取样判断。

步骤b，主通道确定负荷超过阈值的节点后，将节点替换请求信息传输至调度模块；所述的调度模块根据主通道对负荷超过阈值或者通信故障的节点首先进行补偿节点替换的请求信息，做出控制指令；所述的主通道控制模块完成节点替换，并按照上述步骤a,重新进行检测。

步骤c，主控制模块对节点替换后的通道负荷及故障信息重新进行检测，若满足负荷需求，则向所述的调度模块发送请求信息，所述的调度模块向主控制模块发送确认信息；若检测后不满足负荷需求，则所述的主控制模块向所述的调度模块发送信息，执行步骤d。

步骤d，所述的调度模块获取所有备用通道的负荷信息，并进行冗余判定，选择负荷最低的备用通道。在调度模块中包括比较单元，所述的比较单元按照下述公式计算第二备用通道对第一备用通道采集数值的重合度P₂₁，本实施例中，采用备用通道采集的电流和电压信号进行判定；

式中，P₂₁(u₁,i₁)表示每组电流和电压信号的重合度，u₁和i₁分别表示第一备用通道采集的电压信号、电流信号，u₂和i₂分别表示所述第二备用通道采集的电压信号、电流信号，T表示均方差运算，I和I'表示积分运算；

所述第二备用通道对第一备用通道的信号重合度P₂₁按照下述公式进行计算；

式中，M表示取样组数，j表示序列数，P_1j(u₁,i₁)表示每组信号中所述第二备用通道对第一备用通道的信号重合度。

所述的比较单元按照下述公式计算第三备用通道对第一备用通道采集数值的重合度P₃₁，本实施例中，采用备用通道采集的电流和电压信号进行判定；

式中，P₃₁(u₁,i₁)表示每组电流和电压信号的重合度，u₁和i₁分别表示第一备用通道采集的电压信号、电流信号，u₃和i₃分别表示所述第二备用通道采集的电压信号、电流信号，T表示均方差运算，I和I'表示积分运算；

所述的比较单元按照下述公式计算第二备用通道对第三备用通道采集数值的重合度P₂₃，本实施例中，采用备用通道采集的电流和电压信号进行判定；

式中，P₂₃(u₃,i₃)表示每组电流和电压信号的重合度，u₃和i₃分别表示第一备用通道采集的电压信号、电流信号，u₂和i₂分别表示所述第二备用通道采集的电压信号、电流信号，T表示均方差运算，I和I'表示积分运算；

所述比较单元计算第二备用通道对第一备用通道的信号重合度P₂₁，第三备用通道对第一备用通道的信号重合度P₃₁，第三备用通道对第二备用通道的信号重合度P₃₂。

根据各个重合度值的差值的绝对值的最小者都涉及的备用通道为选定的备用通道。

若P₂₁、P₃₁的差值的绝对值的最小者，则第一备用通道为选定的备用通道。

步骤e，所述的调度模块将主通道模块切换为选定的备用通道模块，则为最佳的节电负荷通道。

本发明在节能调度过程中，优先尝试对主通道的节点的补偿替换，若能够达到节能要求，则继续采用主通道进行信号传输，若补偿替换后，仍不能满足节能要求，则调度模块切换至负荷最低的备用通道。

本发明通过调度模块对NB-IOT网络进行宏观控制，实现双重节能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。