蜂窝网络中的通信系统和方法技术方案

提供了一种基于网格的取决于位置的建模方案，以节约蜂窝网络中的功耗。其利用了蜂窝网络中的业务动态，并将利用不足的BS完全关机以节约能量。在该新颖的方案中，将网络分为一个或多个网格，每个网格具有一个或多个彼此等效的节点。然后估计每个网格中所定义时段的所有节点的聚合业务量，以及确定在所定义时段上每个网格的活跃节点的集合，以满足所估计的聚合业务量，并将网格中不活跃的节点关机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通信网络领域，且更具体地涉及能够节约蜂窝网络中的功耗的通信系统和方法。
技术介绍
在当今世界中，蜂窝基础设施正在经历能量激增。近期的报告表明移动网络的能耗将在2011年达到124.4B KWh，且电费预期在2030年之前将每4～5年翻番。如世界上最大的3G运营商之一所表明的，在5～6年的时间跨度内所积累的能源费用相当于国家3G/4G网络的总部署成本。
技术实现思路
本专利技术提出了能够节约蜂窝网络中的功耗的通信系统和方法。在本专利技术的一个方案中，提出了一种用于蜂窝网络中的通信系统，包括：网格建立单元，被配置为将网络分为一个或多个网格，每个网格中布置有一个或多个彼此等效的节点；网格业务量估计单元，被配置为估计每个网格中所定义时段的所有节点的聚合业务量；以及活跃节点集合确定单元，被配置为基于所估计的聚合业务量来确定在所定义时段上每个网格的活跃节点的集合，以及将所述网格中不活跃的节点关机。在本专利技术的另一方案中，提出了一种用于蜂窝网络中的通信方法，包括：将网络分为一个或多个网格，每个网格中布置有一个或多个彼此等效的节点；估计每个网格中所定义时段的所有节点的聚合业务量；以及基于所估计的聚合业务量来确定在所定义时段上每个网格的活跃节点的集合，以及将所述网格中不活跃的节点关机。在本专利技术的又一方案中，提出了一种计算机可读程序，用于在计r>算机上运行时实现所述方法。附图说明根据以下结合附图对本专利技术的非限制性实施例的详细描述，本发明的上述和其它目标、特征和优点将变得更清楚，在附图中：图1是示出了3G UMTS网络中典型BS的结构的图；图2示出了在4个典型区域中的说明性BS位置；图3示出在相邻BS之间的空间业务多样性；图4示出了在不同区域中若干天的4个单独BS处的业务负载；图5是用于示出了在根据本专利技术实施例的系统中工作的各个单元的示意框图；图6示出了网格建立结果的示例；图7示出了BS选择算法如何根据本专利技术的实施例来工作；以及图8是用于示出了根据本专利技术的实施例的方法的各个步骤的流程图。具体实施方式下文中，将根据附图来描述本专利技术。在以下描述中，一些实施例仅用于描述的目的，其不应当被理解为对本专利技术的任何限制，而仅仅是其示例。由于传统结构或构造可能使得对本专利技术的理解模糊，因此将省略它们。为了构造绿色蜂窝网络，改进作为整体能耗的主导因素的最关键节点可能是更有效的。在3G标准上下文中，该关键节点可以是基站(BS)。BS消耗约80％的整体基础设施能量，而用户设备(UE)通常占约1％的整体基础设施能量。在下面的描述中，将BS作为实现3G网络中功耗降低效果的对象。然而，显而易见的是：本专利技术不限于BS和3G网络。本专利技术适用于其他形式的蜂窝网络和这种蜂窝网络中的关键节点。我们的分析揭示了：3G网络的业务负载在时间和空间上都呈现了大范围的波动。然而，当前网络的能耗不是负载自适应的。所使用的能量在轻负载的情况下不成比例地大。根本原因是每个BS不是能量正比，且多于50％花费在与运行时的业务负载无关的冷却、空闲模式信令和处理上。[BS功耗]图1是示出了3G UMTS网络中的典型BS的结构的图。3G UMTS网络的BS通常具有通信子系统和支持子系统。通信子系统包括远程无线单元(RRU)、基带单元(BBU)、以及馈电线。RRU是针对每个扇区的无线专用硬件。每个BS可以在天线附近安装若干个RRU，以提供不同的覆盖和容量。BBU作为主单元提供了所有其他的通信功能，包括控制、基带处理、交换和通向无线网络控制器(RNC)的Iub接口。每个BS可以具有若干个BBU。馈电线是将RRU连接到BBU的光纤电缆对。支持子系统包括冷却子系统和其它辅助设备。包括空调和风扇在内的冷却子系统维持了在BS处的恰当工作温度。辅助设备包括电源和环境监视模块。从能量效率的角度来说，冷却子系统和一些传输模块消耗了每个BS处的大部分整体功率，而不管业务负载强度如何。我们的测量表明冷却子系统和一些传输模块的消耗在工作BS中达到了50％或更高。这是导致3G基础设施的能量低效的主要因素。在BS处的总功耗P可以由以下公式给出：P＝Ptx+Pmisc其中，第一部分Ptx表示用于向移动客户端提供网络接入的功率。其包括由RRU、BBU、馈电线和RNC传输所消耗的功率。第二部分Pmisc记录了用于冷却、电源和监视的辅助功率。Ptx主要随着所承载的负载而改变，而在给定固定的工作环境的情况下，Pmisc通常保持不变。线性模型可以近似Ptx。Ptx中的两个主导成分是RRU和BBU消耗的功率。当业务负载重时，RRU必须花费更多的功率来支持更活跃的链路。因此RRU消耗的功率随着业务负载成正比增加。另一方面，BBU对BS所使用的所有频率载波进行基带处理。除非其在睡眠模式下，否则不管多少条链路是活跃的，其功耗也主要由载波数目来确定。基于实际测量，冷却功耗是Pmisc中的主导因素。其取决于所提取的热量和期望的工作温度。其还随着使用各种压缩机和驱动器的冷却器而变化。冷却可以消耗BS处约50％的功率。冷却功率主要取决于温度。总而言之，我们的分析表明：主要由于部分Pmisc，BS与其业务负载不成能量正比。[业务负载：时间和空间的多样性]蜂窝网络中的每个BS在时间上以及在位置上呈现出高度业务动态。图2示出了在4个典型区域中的说明性BS位置，区域1是大型人口密集的城市，区域2是中型城市，且区域3和4是大都会区域中的大型城市。每个区域中的覆盖面积和BS数目在下面表1中给出，它们是从工作中的3G网络收集到的。 区域1区域2区域3区域4面积(km)11*118*416*2830*45#BS17745154164BS密度密集密集/正常正常/稀疏稀疏在城市的热点中(例如，子区域B)，预配置了更多BS，从而造成了取决于位置的多样性。BS部署密度在不同区域之间以及在相同区域中是相当多样的。如图2所示，大量的BS具有多个邻居，特别在区域1和3中。例如，对于区域1中的多于一半的BS，每个BS在其1Km范围内具有至少10个邻居。相对地，区域4具有最稀疏的部署；仅40％BS具有多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜂窝网络中的通信系统，包括：网格建立单元，被配置为将网络分为一个或多个网格，每个网格中布置有一个或多个彼此等效的节点；网格业务量估计单元，被配置为估计每个网格中所定义时段的所有节点的聚合业务量；以及活跃节点集合确定单元，被配置为基于所估计的聚合业务量来确定在所定义时段上每个网格的活跃节点的集合，以及将所述网格中不活跃的节点关机。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种蜂窝网络中的通信系统，包括：
网格建立单元，被配置为将网络分为一个或多个网格，每个网格
中布置有一个或多个彼此等效的节点；
网格业务量估计单元，被配置为估计每个网格中所定义时段的所
有节点的聚合业务量；以及
活跃节点集合确定单元，被配置为基于所估计的聚合业务量来确
定在所定义时段上每个网格的活跃节点的集合，以及将所述网格中不
活跃的节点关机。
2.根据权利要求1所述的系统，其中
所述网格建立单元被配置为：如果满足以下公式则判定两个节点i
和j等效：
ri+d(i，j)≤Rj，rj+d(i，j)≤Ri，
其中，d(i，j)是节点i和节点j之间的距离，ri和rj是节点的正常通信
范围，且Ri和Rj分别是节点i和节点j的最大可能通信范围。
3.根据权利要求2所述的系统，其中
所述网格建立单元被配置为从网络中的特定节点开始并向着预定
方向来形成网格，直到穷尽网络中的所有节点。
4.根据权利要求3所述的系统，其中
使用西北角规则来形成网格，其中，所述网格建立单元被配置为
从网络中的左上节点开始从上至下且从左至右地形成网格；或者
使用东北角规则来形成网格，其中，所述网格建立单元被配置为
从网络中的右上节点开始从上至下且从右至左地形成网格。
5.根据权利要求1所述的系统，其中
所述时段是一天中的以下各项之一：半小时、一小时、以及两小
时。
6.根据权利要求1所述的系统，其中
所述网格业务量估计单元被配置为：根据在先各天的相同时段的
业务量的统计数据来估计一天的该时段的聚合业务量。
7.根据权利要求6所述的系统，其中
基于工作日的统计数据来估计工作日的时段的聚合业务量，同时
基于周末的统计数据来估计周末的时段的聚合业务量。
8.根据权利要求1所述的系统，其中
按照网格中节点的能量效率和/或容量的降序来选择网格中要活
跃的节点。
9.根据权利要求1所述的系统，其中
所述活跃节点集合确定单元被配置为：从具有最重聚合业务量的
时段开始到具有较少聚合业务量的时段，来确定活跃节点的集合，以
及从在先时段的活跃节点的集合中选择除了具有最重聚合业务量的时
段之外的其它时段的活跃节点的集合。
10.根据权利要求1所述的系统，其中
所述活跃节点集合确定单元被配置为：根据一天中聚合业务量的
分布来确定一天中每个时段的活跃节点的集合，使得相邻时段的活跃
节点的集合的交集尽可能大。
11.根据权利要求1所述的系统，其中
所述节点是基站(BS)，以及所述系统位于无线网络控制器(RNC)
内。
12.一种蜂窝网络中的通信方法，包括：
将网络分为一个或多个网格，每个网格中布置有一个或多个彼此
等效的节点；
估计每个网格中所定义时段的所有节点的聚合业务量；以及
基于所估计的聚合业务量来确定在所定义时段上每个网格的活跃
节点的集合，以及将所述网格中不活跃的节点关机。
13.根据权利要求12所述的方法，其中
如果满足以下公式则两个节点i和j等效：
ri+d(i，j...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭春翌，吕松武，王韬，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11