一种基于能效准则的基站及中继开/关选择系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于能效准则的基站及中继开/关选择方法，包含以下顺序的步骤：初始化基站、中继、用户的基本数据；生成用户的业务需求和父本群体；用业务需求和系统基本数据计算得到所有父本个体相对应的基站—中继—用户关联关系、带宽分配、吞吐量、能耗以及能效指标；根据每个个体的能效指标利用遗传算法迭代得到网络系统最优的基站、中继开/关组合。本发明专利技术的系统及方法，采用基于能效的判断选择标准，基于用户未来的业务需求建模，采用遗传算法进行迭代求解得到最优组合；各模块设计简单且易于实现，能有效降低网络能耗，提高网络能效。

【技术实现步骤摘要】
一种基于能效准则的基站及中继开/关选择系统及方法
本专利技术涉及无线通讯领域，特别涉及一种基于能效准则的基站及中继开/关选择系统及方法。
技术介绍
随着3G、4G无线网络建设的逐步推进和用户数量的不断增长，移动通信基站的数量不断增多，意味着无线网络系统能耗越来越大。在过去几十年的发展中，以增大功率为代价，移动通信更多地关注如何提高系统容量。根据近几年运营商数据统计，移动通信基站及其机房耗电量占网络总耗电量60％-70％，只有提高基站能耗主要环节的能源利用效率才能有效提高基站整体的能源利用率，实现整个无线网络节能的目的。因此，基站的节能降耗对移动通信网络实现节能减排目标有十分重要的意义。综合商业区等一些人口聚集地通信业务具有明显的潮汐效应。基站(BS:BaseStation)布置的密度可以满足高峰期的流量需求且一直保持工作状态，可将基站分布密集且流量随时间变化潮汐效应明显的无线网络系统中通信量较小的若干个基站关闭(或休眠)，同时属于关闭基站原覆盖区域的用户设备(SS:SubscriberStation)接入到周围保持开启的基站中，在通信量较大时恢复供电(或激活)，从整体上考虑节省该区域的能耗，提高能效水平。一种由江苏省东南大学衡伟等人专利技术的“一种基站的用户接入方法”(中国专利技术专利申请公布号：CN103200649A)。该专利技术专利申请的技术方案用于将所属休眠基站的用户接入其相邻的活跃基站中，根据该用户到该活跃基站的负载与其本小区负载，判断所述用户是否能够接入该活跃基站。若能，则将所述用户接入该活跃基站，若不能，则另选一活跃基站进行判断接入，直至用户接入一活跃基站，并将该用户从所述休眠基站的用户集合中删除。该专利技术专利申请的技术方案考虑了休眠小区的用户重新接入周围活跃基站的问题，没有引入基于能效准则的判断。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于能效准则的基站及中继开/关选择系统。本专利技术的另一目的在于提供一种基于能效准则的基站及中继开/关选择方法。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种基于能效准则的基站及中继开/关选择系统，包括顺序相连的数据生成模块、数据处理模块、判断选择模块和操作模块，所述数据生成模块，用于生成用户设备在一段时间内服从泊松过程到达的业务需求以及一个父本群体，该群体的每个个体表示一种基站、无线中继开、关的选择策略，其中开状态用“1”表示，关状态用“0”表示；数据处理模块，用于计算每个个体作用下无线网络单个时隙的下行链路吞吐量Fs及能耗Es，并进行求和得到一段时间内无线网络下行链路吞吐量及能耗进一步求得这段时间的能效值其中下标s表示当前时隙，ST表示这段时间的时隙总数；判断选择模块，包括判断单元和选择单元，判断单元用于判断当前循环次数是否达到既定值；若未达到既定值，则进入选择单元，新的一代群体作为选择结果进入数据处理模块，若达到既定值，则搜索当前群体得到最优个体发送到操作模块；操作模块，将最优个体映射到相对应的基站和无线中继，执行开/关操作。所述的单个时隙网络下行吞吐量Fs和能耗Es采用如下计算方法：其中：M、R、N:分别表示基站、无线中继和用户设备的数量；m、r、n：分别表示第m个基站、第r个无线中继、第n个用户设备；T：单个时隙间隔；s：第s个时隙；第s个时隙恒定速率CBR业务的速率，设为15Kbps；第s个时隙可变速率VBR业务的速率，可由香浓公式计算得到；bn,m、cn,r：分别表示用户设备与基站、无线中继的关联关系，bn,m、cn,r∈{0,1}，0表示无关联，1表示建立关联；pm、qr：分别表示基站和无线中继的开或关，pm、qr∈{0,1}，0表示关闭，1表示开启；δb、δr：可变能耗比率，为固定值；基站、无线中继的固定功率；Pb、Pr：基站、无线中继的发送功率；第s个时隙用户设备占用基站、中继资源的时隙占空比，第s个时隙用户设备n通信占用基站、无线中继的资源；ρmth、ρrth：基站、无线中继所拥有的资源总量。本专利技术的另一目的通过以下的技术方案实现：一种基于能效准则的基站及中继开/关选择方法，包含以下顺序的步骤：(1)初始化基站、中继、用户的基本数据；(2)生成用户的业务需求和父本群体；(3)用业务需求和系统基本数据计算得到所有父本个体相对应的基站—中继—用户关联关系、带宽分配、吞吐量、能耗以及能效指标；(4)根据每个个体的能效指标利用遗传算法迭代得到网络系统最优的基站、中继开/关组合。所述的基于能效准则的基站及中继开/关选择方法，具体包含以下顺序的步骤：S1.初始化：导入基站小区、无线中继、用户设备的地理分布位置；S2.假设用户设备的业务需求到达服从泊松过程，数据生成模块以时隙为单位生成该地区用户在一段时间内服从泊松过程到达的业务需求；同时生成一组父本群体，该群体的每个个体表示一种基站、无线中继开、关的选择策略,其中开状态用“1”表示，关状态用“0”表示；S3.数据处理模块进行如下数据的计算处理：①对于父本中的第一个个体，先假设当前基站、无线中继开/关组合符合该个体要求，以设备接收到的最强信号为选取原则，用户设备或与开启基站直接进行通信，或通过开启的无线中继进行通信，建立开启基站—开启无线中继—用户设备之间的关联关系；②在已选取的时间段内，根据已生成的用户业务需求以时隙为单位逐个分析，为有业务需求的用户设备分配带宽资源，计算所有时隙的网络系统能耗Es以及用户下行数据量Fs；③将②中结果进行求和得到这段时间的系统能耗和用户下行链路数据量计算网络系统在这段时间内的能效J＝F/E；④从父本群体第二个个体开始，重复执行①至③，得到这段时间所有个体的能效；S4.数据处理模块将所有父本个体的能效发送至选择判断模块，判断单元先判断循环次数是否已达到预定值：若达到，则进入步骤S5的操作模块；若未达到，则经过选择单元，选择单元采用遗传算法进行选择、交叉、变异，得到新一代父本群体后再回到数据处理模块,重新进入步骤S3；S5.操作模块根据输入的最优个体，将个体中的每位元素映射到具体的基站、无线中继，执行开/关操作。所述的基于能效准则的基站及中继开/关选择方法，具体包含以下顺序的步骤：A、初始化：初始化参数，包括基站、中继以及用户设备的数量、位置坐标，单个基站、无线中继的总带宽，发送功率，噪声功率；其数量分别为M、R、N；B、数据生成模块进入工作模式：假设一段较长时间内，每个用户设备的下行链路业务需求到达服从泊松过程，即数据包到达的时间间隔服从某个均值的指数分布，根据这一假设生成该地区所有用户在所有时隙的业务需求矩阵Traff＝(traffn,s)N×ST；其中，N为用户设备总数，ST为时隙总数，业务需求以单个时隙为单位，业务需求到达的时隙间隔数服从指数分布，其中单个时隙设为1s，时隙间隔数设为500；同时，所述数据生成模块随机产生20个初始串结构数据，每个串结构数据称为一个个体，个体以向量形式[p1,p2,...,pm,...pM,q1,q2,...,qr,...,qR]表示，20个个体构成了一个父本群体，遗传算法以这20个串结构数据作为初始点开始迭代；其中，pm,qr分别表示基站、中继的开启或关闭，pm,qr∈{0,1}，0表示关闭，1表示开启；C、数据处理模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于能效准则的基站及中继开/关选择系统，其特征在于：包括顺序相连的数据生成模块、数据处理模块、判断选择模块和操作模块，所述数据生成模块，用于生成用户设备在一段时间内服从泊松过程到达的业务需求以及一个父本群体，该群体的每个个体表示一种基站、无线中继开、关的选择策略，其中开状态用“1”表示，关状态用“0”表示；数据处理模块，用于计算每个个体作用下无线网络单个时隙的下行链路吞吐量Fs及能耗Es，并进行求和得到一段时间内无线网络下行链路吞吐量及能耗进一步求得这段时间的能效值其中下标s表示当前时隙，ST表示这段时间的时隙总数；判断选择模块，包括判断单元和选择单元，判断单元用于判断当前循环次数是否达到既定值；若未达到既定值，则进入选择单元，新的一代群体作为选择结果进入数据处理模块，若达到既定值，则搜索当前群体得到最优个体发送到操作模块；操作模块，将最优个体映射到相对应的基站和无线中继，执行开/关操作。

【技术特征摘要】
1.一种基于能效准则的基站及中继开/关选择系统，其特征在于：包括顺序相连的数据生成模块、数据处理模块、判断选择模块和操作模块，所述数据生成模块，用于生成用户设备在一段时间内服从泊松过程到达的业务需求以及一个父本群体，该群体的每个个体表示一种基站、无线中继开、关的选择策略，其中开状态用“1”表示，关状态用“0”表示；数据处理模块，用于计算每个个体作用下无线网络单个时隙的下行链路吞吐量Fs及能耗Es，并进行求和得到一段时间内无线网络下行链路吞吐量及能耗进一步求得这段时间的能效值其中下标s表示当前时隙，ST表示这段时间的时隙总数；判断选择模块，包括判断单元和选择单元，判断单元用于判断当前循环次数是否达到既定值；若未达到既定值，则进入选择单元，新的一代群体作为选择结果进入数据处理模块，若达到既定值，则搜索当前群体得到最优个体发送到操作模块；操作模块，将最优个体映射到相对应的基站和无线中继，执行开/关操作。2.根据权利要求1所述的基于能效准则的基站及中继开/关选择系统，其特征在于，所述的单个时隙网络下行吞吐量Fs和能耗Es采用如下计算方法：其中：M、R、N:分别表示基站、无线中继和用户设备的数量；m、r、n：分别表示第m个基站、第r个无线中继、第n个用户设备；T：单个时隙间隔；s：第s个时隙；第s个时隙恒定速率CBR业务的速率，设为15Kbps；第s个时隙可变速率VBR业务的速率，可由香浓公式计算得到；bn,m、cn,r：分别表示用户设备与基站、无线中继的关联关系，bn,m、cn,r∈{0,1}，0表示无关联，1表示建立关联；pm、qr：分别表示基站和无线中继的开或关，pm、qr∈{0,1}...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈芳炯，胡少东，艾育华，刘靖，季飞，余华，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44