联合优化能量效率和负载均衡的多点协作动态分簇方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种联合优化能量效率和负载均衡的多点协作动态分簇方法，其首先构建能量效率与负载均衡联合优化模型，然后用符合该联合优化模型的解的分簇方法进行多点协作动态分簇。负载均衡优化使得不满意用户数最小，能量效率优化提升能量效率，由于本发明专利技术所述分簇方法采用能量效率与负载均衡联合优化，使得在降低用户不满意度的同时较好地兼顾能量效率，更加符合实际系统的要求，可有效提高通信系统的网络性能和用户公平性。因此，该方法能在降低用户不满意度的同时较好地兼顾能量效率，并且充分利用通信资源。此外，本发明专利技术还公开了相应的联合优化能量效率和负载均衡的多点协作动态分簇系统。

Multi-point collaborative dynamic clustering method and system for joint optimization of energy efficiency and load balancing

The invention discloses a multi-point cooperative dynamic clustering method for joint optimization of energy efficiency and load balancing. Firstly, a joint optimization model of energy efficiency and load balancing is constructed, and then multi-point cooperative dynamic clustering is carried out by using a clustering method which accords with the solution of the joint optimization model. Load balancing optimization makes the number of unsatisfactory users minimum, and energy efficiency optimization improves energy efficiency. Because the clustering method of the present invention adopts the joint optimization of energy efficiency and load balancing, it can reduce the user's unsatisfactory degree while giving better consideration to energy efficiency, more in line with the requirements of the actual system, and can effectively improve the network performance and user fairness of the communication system. Therefore, this method can not only reduce user dissatisfaction, but also take into account energy efficiency, and make full use of communication resources. In addition, the invention also discloses a corresponding multi-point cooperative dynamic clustering system for joint optimization of energy efficiency and load balancing.

【技术实现步骤摘要】
联合优化能量效率和负载均衡的多点协作动态分簇方法及系统
本专利技术涉及通信领域组网技术中的动态分簇方法及系统，尤其涉及一种多点协作动态分簇方法及系统。
技术介绍
随着移动通信的迅速发展和普及，移动设备的数量呈现爆发式的增长，移动蜂窝网络普遍采用小区分裂架构实现高频谱效率的目标。随着小小区部署密度的提升，以及4G同频组网技术的应用，密集小区间的同频干扰问题日益凸显，较大地影响了小区边缘用户性能。多点协作技术(CoordinatedMulti-points，CoMP)是缓解小区间干扰、提高吞吐量和小区边缘性能的关键技术。针对全局多小区协作带来的巨大反馈开销、回程链路开销以及对同步的要求，在实际场景中，通常将基站划分为较小的集合，即协作簇，然后采用集合内基站协作传输的方式，可以有效提升小区间协作效率。主流的分簇策略可以分为三种：静态分簇，半动态分簇和动态分簇。在静态分簇的情况下，系统一开始默认设置若干基站为协作簇，一旦协作簇内成员基站确定，便不会随着时间和用户分布的改变而改变。这种分簇方案不需要额外的分簇开销，并且方法十分简单，但是却有失灵活性，对系统性能的增益并不明显。在半动态分簇方式中，系统首先预定义候选簇，然后根据测量到的用户无线信号和信道状态，选择候选簇中最优的分簇组合。这种分簇策略比静态分簇的适应能力强。动态分簇策略实际上是一种用户终端选择基站分簇的自适应策略。随着用户分布的变化或者信道状态的变化，用户会动态地选择分簇。这种分簇方案虽然复杂度比静态分簇高，但是对系统的增益却是有明显提升。为了使CoMP收益最大化，分簇方法需要能够根据当前变化动态选择协作簇。然而，未来密集组网场景下，由于大量的基站部署在移动通信网络中，引起了严重的能量消耗问题，因此提高基站的能量效率有助于提升整个移动通信网络的性能。基站休眠技术被认为是解决上述问题的最有效方法之一。同时，在移动通信中，业务量的分布是不均匀的并且随着时间动态变化。在高业务量的区域，用户的服务质量无法得到保证，而低业务量区域的通信资源被浪费。因此，在现有的无线蜂窝网络的设计中，如何实现负载均衡是必须要考虑的一个方面。传统的动态分簇方法，例如DC-EE(DynamicClusteringOptimizationStrategyonEnergyEfficiency，基于能量效率的动态分类优化策略)，往往只考虑基站休眠设计提高能量效率，没有考虑到通信系统负载均衡的需求，这会导致用户不满意率较高，以及闲置资源的浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种联合优化能量效率和负载均衡的多点协作动态分簇方法，该方法能在降低用户不满意度的同时较好地兼顾能量效率，并且充分利用通信资源。根据上述专利技术目的，本专利技术提出了一种联合优化能量效率和负载均衡的多点协作动态分簇方法，其构建能量效率与负载均衡联合优化模型，用符合该联合优化模型的解的分簇方法进行多点协作动态分簇。本专利技术提出的联合优化能量效率和负载均衡的多点协作动态分簇方法，可称为DC-EEUF(DynamicClusteringOptimizationStrategyonEnergyEfficiencyandUserFairness)，其构建能量效率与负载均衡联合优化的模型，并用符合该联合优化模型的解的分簇方法进行多点协作动态分簇。负载均衡优化使得不满意用户数最小，能量效率优化提升能量效率，由于本专利技术所述分簇方法采用两者联合优化，使得在降低用户不满意度的同时较好地兼顾能量效率，更加符合实际系统的要求，可有效提高通信系统的网络性能和用户公平性。因此，该方法能在降低用户不满意度的同时较好地兼顾能量效率，并且充分利用通信资源。进一步地，本专利技术所述的多点协作动态分簇方法中，基于基站休眠进行动态分簇以提高能量效率。上述方案中，在每个簇内采用低负载小区休眠策略提高能量效率。更进一步地，本专利技术所述的多点协作动态分簇方法包括以下步骤：S100：指定簇大小Nc的值；S200：对于集合α中所有基站，将其全部休眠；S300：对于集合β中所有基站，每个基站j都对应一个簇集合ξ(j)，在其中选择能量效率EEc最大的簇Cj，此时β＝β-Cj，γ＝γ-Cj,更新簇集合ξ(j)和ψ(j)，如果重复步骤S300，否则执行步骤S400；S400：对于集合γ中所有基站，每个基站j都对应一个簇集合ψ(j)，在其中选择能量效率EEc最大的簇Cj，此时γ＝γ-Cj，更新簇集合ψ(j)，如果集合γ中的基站个数大于等于Nc，重复步骤S400，否则执行步骤S500；S500：设基站j的负载为Lj，最小负载为Lminload，对于Lj>Lminload的基站，将簇大小Nc增加1，并且重新分簇，如果其簇中有原本属于集合β中的基站，则重新将该基站开启，重复S500，直至到达最大簇大小为止；其中，集合α，集合β，集合γ为基站的三种分类，具体分类方法为：如果负载Lj＝0，表明相应基站j覆盖的范围内没有用户终端，基站j进入休眠状态，将这一类基站纳入集合α；如果0<负载Lj<a，表明相应基站j覆盖的范围内用户终端数目在一定的阈值a内，基站j进入休眠状态，但是基站j内的用户终端需要通过多点合作技术来服务，将这一类基站纳入集合β；其余基站将全部处于活跃状态，并且通过多点协作进行分簇合作，将这一类基站纳入集合γ。上述方案中，集合α，集合β，集合γ的分类方法即基于基站休眠进行动态分簇的方法，步骤S100-步骤S500在基于基站休眠的动态分簇方法基础上，综合考虑能量效率和负载均衡进行重新分簇，从而使得在降低用户不满意度的同时较好地兼顾能量效率。更进一步地，上述多点协作动态分簇方法中，如果仍有Lj>Lminload的基站，则继续以下步骤：S600：将簇集合ψ(j)中除所述Lj>Lminload的基站之外的基站形成候选簇；S700：对所述候选簇，计算其负载Lj与信号与干扰加噪声比SINR，设最小信号与干扰加噪声比为SINRmin，若Lj>Lminload，且SINR>SINRmin，则更新簇集合ψ(j)；S800：如果没有符合步骤S700要求的候选簇，则增大Lminload或SINRmin，重复步骤S700。上述方案中，步骤S600-步骤S800针对局部基站负载仍然过高的情况进行进一步的均衡优化，从而进一步降低用户不满意度。进一步地，本专利技术所述的多点协作动态分簇方法中，设该分簇方法应用的系统中有M个小小区和K个用户终端，每个小小区对应一个基站j，1≤j≤M，设uj为不满意用户数，所述联合优化模型的优化目标为在簇大小与能量效率满足以下约束条件下uj最小：1)设从N个不同元素中取出Nc个元素的组合数为则中小小区的数量不超过最大协作小区数；2)基站j的簇集合ζ(j)中每个簇的能量效率EEc不低于最小阈值；3)在基站j的簇集合ζ(j)中选择能量效率EEc最大的簇Cj作为基站j的协作簇。上述方案中，为了使目标函数的形式简单，所述联合优化模型没有将线性组合的能量效率和用户不满意度作为优化目标，而是以用户不满意度为主，同时以协作簇的需求为目标进行能量效率的优化。把能量效率从目标函数移入限制条件，可以简化问题本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种联合优化能量效率和负载均衡的多点协作动态分簇方法，其特征在于：构建能量效率与负载均衡联合优化模型，用符合该联合优化模型的解的分簇方法进行多点协作动态分簇。

【技术特征摘要】
2018.05.23 CN 20181050346191.一种联合优化能量效率和负载均衡的多点协作动态分簇方法，其特征在于：构建能量效率与负载均衡联合优化模型，用符合该联合优化模型的解的分簇方法进行多点协作动态分簇。2.如权利要求1所述的多点协作动态分簇方法，其特征在于，基于基站休眠进行动态分簇以提高能量效率。3.如权利要求2所述的多点协作动态分簇方法，其特征在于，包括以下步骤：S100：指定簇大小Nc的值；S200：对于集合α中所有基站，将其全部休眠；S300：对于集合β中所有基站，每个基站j都对应一个簇集合ξ(j)，在其中选择能量效率EEc最大的簇Cj，此时β＝β-Cj，γ＝γ-Cj,更新簇集合ξ(j)和ψ(j)，如果重复步骤S300，否则执行步骤S400；S400：对于集合γ中所有基站，每个基站j都对应一个簇集合ψ(j)，在其中选择能量效率EEc最大的簇Cj，此时γ＝γ-Cj，更新簇集合ψ(j)，如果集合γ中的基站个数大于等于Nc，重复步骤S400，否则执行步骤S500；S500：设基站j的负载为Lj，最小负载为Lminload，对于Lj>Lminload的基站，将簇大小Nc增加1，并且重新分簇，如果其簇中有原本属于集合β中的基站，则重新将该基站开启，重复S500，直至到达最大簇大小为止；其中，集合α，集合β，集合γ为基站的三种分类，具体分类方法为：如果负载Lj＝0，表明相应基站j覆盖的范围内没有用户终端，基站j进入休眠状态，将这一类基站纳入到集合α；如果0<负载Lj<a，表明相应基站j覆盖的范围内用户终端数目在一定的阈值内，基站j进入休眠状态，但是基站j内的用户终端需要通过多点合作技术来服务，将这一类基站纳入集合β；其余基站将全部处于活跃状态，并且通过多点协作进行分簇合作，将这一类基站纳入集合γ。4.如权利要求3所述的多点协作动态分簇方法，其特征在于，如果仍有Lj>Lminload的基站，则继续以下步骤：S600：将簇集合ψ(j)中除所述Lj>Lminload的基站之外的基站形成候选簇；S700：对所述候选簇，计算其负载Lj与信号与干扰加噪声比SINR，设最小信号与干扰加噪声比为SINRmin，若Lj>Lminload，且SINR>SINRmin，则更新簇集合ψ(j)；S800：如果没有符合步骤S700要求的候选簇，则增大Lminload或SINRmin，重复步骤S700。5.如权利要求1或2所述的多点...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐亮，陆犇，景振海，田怡春，马骋娉，田纯阳，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海瀚讯信息技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31