一种面向混合能源供电移动通信基站的休眠控制设备制造技术

本发明专利技术提供一种面向混合能源供电移动通信基站的休眠控制设备，该控制设备包括控制器和存储设备，存储设备中存储由控制器加载并运行的以下指令步骤：计算基站进入休眠状态时的宽带约束条件和能量约束条件；各非休眠基站根据各自的能量虚拟时钟倒计时，非休眠基站的能量虚拟时钟为零时，判断该非休眠基站是否满足能量约束条件，满足则向相邻的非休眠基站发出休眠请求；接收到休眠申请的非休眠基站判断自身是否满足带宽约束条件，满足则向非休眠基站回复同意休眠的确认信息，相邻非休眠基站确认信息后，非休眠基站将其业务切换到相邻的非休眠基站，非休眠基站进入休眠状态。本发明专利技术在保证终端通信服务质量的基础上，实现了网络节能减排的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种面向混合能源供电移动通信基站的休眠控制设备
本专利技术涉及绿色移动通信
和新能源领域，尤其涉及混合能源供电移动通信网络的基站休眠方法。
技术介绍
为了满足移动数据业务量的高速增长，移动通信网络的覆盖广度和深度不断升级，基站部署密度越来越高，这将带来了网络能耗和碳排放量的急剧增加。然而，太阳能具有分布广泛、供电过程中无碳排放的特点，将其引入移动通信网络被认为是降低网络能耗的一种有效手段。“混合能源供电移动通信网络(HybridEnergypoweredcellularNetworks,HybE-Net)”是指能量供应既包含太阳能又包含市电的移动通信网络，主要应用于城市热点区域和基站密集部署的地区。在HybE-Net中，太阳能作为主要供能端为网络中的通信基站进行供电，当太阳能受到环境和气候条件影响而导致供能不足时，市电作为备用供能端对通信基站继续供电，以保证网络的服务质量。可见，HybE-Net不仅可以保证网络的服务质量，还可以极大程度上减少网络的市电消耗和碳排放量。在移动通信网络中，业务量具有“潮汐效应”和“迁移行为”。例如，在工业区，白天业务量较高，夜晚较低；在居民区，白天业务量较低，夜晚较高。网络业务量只在有限时间内处于峰值。而在业务量较低甚至没有的情况下，基站依然消耗了大量的能量。因此，采用基站休眠策略，使业务负载较低的基站进入休眠状态，休眠基站所服务的业务由非休眠基站接管，从而达到提高系统资源利用率和网络节能的目的。传统的基站休眠方法主要关注通信基站如何根据网络业务负载的变化对其工作(非休眠和休眠)状态进行切换。但是，在HybE-Net中，考虑到各基站具有不同的可再生能源采集能力，仅依据负载变化特征的传统休眠策略已经不能很好的解决HybE-Net中的基站休眠问题，也就是说，HybE-Net中的基站休眠策略不仅需要考虑网络负载对其的影响，还需要考虑各基站可再生能源能量状态的限制。然而，现有面向HybE-Net的基站休眠方法研究仅仅采用简单的能量统计模型对HybE-Net中的可再生能源能量供应和能量消耗之间的平衡性进行建模，缺乏对基站在可再生能源供电过程中的能量流动行为进行了解，尚未对基站的能量状态及其动态变化特征进行分析。
技术实现思路
本专利技术针对HybE-Net能量供应特点，提出了一种面向混合能源供电移动通信基站的休眠控制设备，解决以下几个问题：(1)考虑到移动通信网络的服务质量以及网络市电节能的有效性，基站在什么条件下可以休眠；(2)在HybE-Net中，各基站的能量采集和网络负载具有差异性，为了最大化网络市电能耗的节约值，哪些基站应该休眠。本专利技术采用以下技术方案：一种面向混合能源供电移动通信基站的休眠控制设备，该控制设备包括控制器和存储设备，所述存储设备中存储由控制器加载并运行的以下指令步骤：STEP1：计算基站进入休眠状态所需要满足的休眠条件：(1)非休眠基站的宽带约束条件：非休眠的基站i满足如下带宽约束条件：其中，Wi表示基站i的总带宽；表示基站i的保护带宽；(2)休眠基站的能量约束条件为：基站i进行休眠状态节省的市电能量大于非休眠基站因接管基站i承担业务而增加的市电能量即，STEP2：计算[0，T]时间内各非休眠基站的太阳能供电时长根据设置各自的能量虚拟时钟计算公式如下：STEP3：各非休眠基站根据各自的能量虚拟时钟进行倒计时，当非休眠基站i*的能量虚拟时钟为零时，判断该非休眠基站是否满足STEP1中的休眠基站的能量约束条件，若满足，非休眠基站i*向相邻的非休眠基站发出休眠请求；若不满足，将该非休眠基站i*进行倒计时的能量虚拟时钟重置为T，返回STEP2；STEP4：接收到休眠申请的非休眠基站判断自身是否满足STEP1中的带宽约束条件，若满足，则向非休眠基站i*回复同意休眠的确认信息，当非休眠基站i*收到所有的相邻非休眠基站确认信息后，非休眠基站i*将其覆盖区域中的业务切换到相邻的非休眠基站，非休眠基站i*进入休眠状态；若不满足，则将该非休眠基站i*的虚拟时间设置为T，返回STEP2。所述STEP1中，非休眠基站的宽带约束条件：非休眠基站i满足的带宽约束条件获取过程为：在[0,T]时间内，位于网络l处的用户对非休眠基站i的最低带宽需求的期望表示为其中，λ(l)表示位于网络l处的业务请求速率；rmin表示满足用户服务质量的最小传输速率，表示基站i的频谱效率；在[0,T]时间内，非休眠基站i对应的最低总带宽需求表示为Ai表示基站i的覆盖区域；在保证网络服务质量的前提下，非休眠基站i的最低总带宽需求满足以下约束条件：其中，Wi表示基站i的总带宽；表示基站i的保护带宽。进一步，(1)根据基站是否处于休眠状态，将基站的功率消耗分为非休眠基站的功率消耗和休眠基站的功率消耗非休眠基站的功率消耗表示为其中，Psta是基站的静态功耗；Pdyn是基站的动态功耗；Pdyn进一步表示为其中，λ(l)表示[0,T]时间内网络l处的业务请求速率；ηPA表示基站功率放大器的能效因子；Psp表示数据处理单元处理数据时消耗的功率；表示功率放大器消耗的发射功率；，Ai表示基站i的覆盖区域；进一步表示为其中，σ0表示高斯白噪声功率；κ是常数；rmin表示满足移动用户服务质量的最小传输速率；ψ表示路径损耗指数；dl表示网络l处与基站之间的距离；在[0,T]时间内，非休眠基站的能耗均值和方差分别为其中，tm表示用户的服务时长，和分别表示服务时长tm的均值和方差；休眠基站的功率消耗表示为其中，Psleep表示基站处于休眠状态时消耗的功率；在[0,T]时间内，非休眠基站的能耗均值和方差分别为(2)休眠基站和非休眠基站的太阳能供电时长为基站的太阳能能量状态从初始能量X(0)＝x0转移为X(t)＝0的时间长度；具体计算过程为：根据柯尔莫哥洛夫扩散方程等式，基站i的太阳能供电时长均值为：其中，x0表示基站的初始太阳能能量状态，表示基站储能设备的最大容量；αi和βi分别表示能量扩散系数，具体取值如下：和分别表示基站i在[0,T]时间内太阳能能量采集率的均值和方差；和分别表示基站i在[0,T]时间内能量消耗率的均值和方差。当基站i处于非休眠状态时，当基站i处于休眠状态时，所述STEP1中，基站i进行休眠状态节省的市电能量的具体获取过程为：在[0,T]时间内，基站处于非休眠状态和休眠状态的市电能耗均值分别表示为：其中，和分别表示基站处于非休眠和休眠状态时的太阳能供电时长均值；由上可知，基站由非休眠状态转换为休眠状态时可节省市电能量本专利技术的有益效果：1.考虑了太阳能发电与基站耗电上的时变性，采用近似扩散理论对基站在太阳能供电过程中的太阳能能量状态以及变化特征进行分析。2.针对HybE-Net供能特点，对该网络中基站休眠的休眠条件进行了分析。3.本专利技术的方法在保证终端通信服务质量的基础上，实现了网络节能减排的目的。附图说明图1为本专利技术的休眠方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术针对混合能源供电移动通信网络，对休眠和非休眠基站的能耗模型和太阳能能量状态进行分析，在针对HybE-Net的供能特点，提出基站休眠需要满足的带宽约束条件和能量约束条件。在此基础上，给出一种分布式的基站休眠策略，实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向混合能源供电移动通信基站的休眠控制设备，该控制设备包括控制器和存储设备，其特征在于：所述存储设备中存储由控制器加载并运行的以下指令步骤：STEP1：计算基站进入休眠状态所需要满足的休眠条件：(1)非休眠基站的宽带约束条件：非休眠的基站i满足如下带宽约束条件：

【技术特征摘要】
1.一种面向混合能源供电移动通信基站的休眠控制设备，该控制设备包括控制器和存储设备，其特征在于：所述存储设备中存储由控制器加载并运行的以下指令步骤：STEP1：计算基站进入休眠状态所需要满足的休眠条件：(1)非休眠基站的宽带约束条件：非休眠的基站i满足如下带宽约束条件：其中，Wi表示基站i的总带宽；表示基站i的保护带宽；(2)休眠基站的能量约束条件为：基站i进行休眠状态节省的市电能量大于非休眠基站因接管基站i承担业务而增加的市电能量即，STEP2：计算[0，T]时间内各非休眠基站的太阳能供电时长根据设置各自的能量虚拟时钟计算公式如下：STEP3：各非休眠基站根据各自的能量虚拟时钟进行倒计时，当非休眠基站i*的能量虚拟时钟为零时，判断该非休眠基站是否满足STEP1中的休眠基站的能量约束条件，若满足，非休眠基站i*向相邻的非休眠基站发出休眠请求；若不满足，将该非休眠基站i*进行倒计时的能量虚拟时钟重置为T，返回STEP2；STEP4：接收到休眠申请的非休眠基站判断自身是否满足STEP1中的带宽约束条件，若满足，则向非休眠基站i*回复同意休眠的确认信息，当非休眠基站i*收到所有的相邻非休眠基站确认信息后，非休眠基站i*将其覆盖区域中的业务切换到相邻的非休眠基站，非休眠基站i*进入休眠状态；若不满足，则将该非休眠基站i*的虚拟时间设置为T，返回STEP2。2.根据权利要求1所述的休眠控制设备，其特征在于：所述STEP1中，非休眠基站的宽带约束条件：非休眠基站i满足的带宽约束条件获取过程为：在[0,T]时间内，位于网络l处的用户对非休眠基站i的最低带宽需求的期望表示为其中，λ(l)表示位于网络l处的业务请求速率；rmin表示满足用户服务质量的最小传输速率，表示基站i的频谱效率；在[0,T]时间内，非休眠基站i对应的最低总带宽需求表示为Ai表示基站i的覆盖区域；在保证网络服务质量的前提下，非休眠基站i的最低总带宽需求满足以下约束条件：其中，Wi表示基站i的总带宽；表示基站i的保护带宽。3.根据权利要求1所述的休眠控制设备，其特征在于：(1)根据基站是否处于休眠...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恒，王振锋，徐广印，王亮，崔岩，牛乾玮，刘柯延，郑自鹏，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：河南,41