專利名稱：一種無線蜂窩網(wǎng)絡拓撲控制節(jié)能方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信網(wǎng)絡節(jié)能技術，尤其涉及一種無線蜂窩網(wǎng)絡拓撲控制節(jié)能方法。
背景技術：
下一代無線網(wǎng)絡要求隨時隨地提供高速因特網(wǎng)接入服務，iPhone及其他類型智能手機的流行，毫無疑問地加速了這個過程，并且由此推出的新業(yè)務，例如移動視頻和移動游戲，成倍增長的數(shù)據(jù)業(yè)務和隨時隨地接入的需求使得網(wǎng)絡設施需求急劇擴大，同時也需要大量的能源。因此，迫切需要移動運營商在維持合理增長的同時，減少電力損耗。
無線接入網(wǎng)中，能耗最大的部分是基站，因此基站節(jié)能是網(wǎng)絡節(jié)能的關鍵。由于基站一天之內(nèi)的負載是隨時間變化的，因此，可以根據(jù)基站的業(yè)務變化，通過動態(tài)調(diào)節(jié)基站和設備的參數(shù)來自適應地調(diào)整功率來節(jié)能。這種方法稱為網(wǎng)絡節(jié)能方法。網(wǎng)絡節(jié)能方法主要可分為時域、頻域和空域節(jié)能三類。時域節(jié)能方法的基本思想是在下行沒有業(yè)務需求的時候就關閉PA，以此來減少基站的能耗，節(jié)能量是以PA關閉的時間來衡量的。頻域的節(jié)能方法主要有合理分配帶寬資源、載波聚合等，但是節(jié)能的效率不高。空域可以使用減少天線數(shù)量、設置小區(qū)開關及使用分層結(jié)構等方法來節(jié)省能耗，節(jié)能效率比較高?，F(xiàn)有的空域節(jié)能方法中，小區(qū)開關方法的思想是將業(yè)務量較低的小區(qū)關閉來節(jié)能，但是現(xiàn)實情況中由于巨大的用戶速率需求，使得關閉小區(qū)的比較很小，網(wǎng)絡節(jié)能量較低，網(wǎng)絡能量效率值不高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種無線蜂窩網(wǎng)絡拓撲控制節(jié)能方法，在全無線蜂窩網(wǎng)絡業(yè)務量較低時提高無線蜂窩網(wǎng)絡的能量效率。包括綜合利用無線蜂窩網(wǎng)絡中用戶的接收信干噪比信息及基站的負載信息將無線蜂窩網(wǎng)絡建模為一個加權二部圖，其中用基站{bm}，m= 1，2，K，M和用戶{un}，n = 1,2,K,N表示圖中的點，基站和用戶的連接關系表示該加權二部圖的邊；ibjPun之間的邊存在時，該邊在連接矩陣X = (xm,n)MXN, xm,n e {0,1}中對應的元素值為1，否則值為O ;進一步的，該加權二部圖邊的權值確定方法如下若基站bm和用戶Un之間的邊存在，則該邊的權值wm,n由Un的歸一化信干噪比值元，《及bm的歸一化負載值^聯(lián)合決定，即Wm, G;若二者之間不存在鏈路，則該邊的權值為O ;其中，α、β分別是信干噪比因子和功耗因子，并且α+β =1。這兩個因子表示了在用戶接入基站過程中分別考慮鏈路質(zhì)量和無線蜂窩網(wǎng)絡能耗兩個方面的程度，因子的值越大，表示考慮該方面的程度越大；進一步的，本發(fā)明還提出了以上述建模過程為基礎，最大化無線蜂窩網(wǎng)絡對應的加權二部圖的總權值i = Σ Σ 的迭代方法；
W=I/2=1其中，過該迭代方法不斷更新加權二部圖的連接矩陣X及權值矩陣W，從而使無線蜂窩網(wǎng)絡對應的加權二部圖的總權值R達到最大，由于該過程聯(lián)合考慮了鏈路質(zhì)量及無線蜂窩網(wǎng)絡的能耗情況，無線蜂窩網(wǎng)絡的能量效率會得到提高。
圖I是系統(tǒng)場景建模不意圖；圖2是確定無線蜂窩網(wǎng)絡連接的流程圖；圖3是整個無線蜂窩網(wǎng)絡建模與無線蜂窩網(wǎng)絡拓撲控制的流程圖?！?br>
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。本發(fā)明的基本思想是將無線蜂窩網(wǎng)絡系統(tǒng)建模成為一個加權二部圖，其中邊的權值由該邊對應鏈路用戶的信干噪比值和基站的負載值聯(lián)合決定。通過迭代方法改變無線蜂窩網(wǎng)絡對應的加權二部圖的連接矩陣及權值矩陣使得該加權二部圖的總權值最大。以上述方式兼顧無線蜂窩網(wǎng)絡的鏈路質(zhì)量及能耗情況，可以提高無線蜂窩網(wǎng)絡的能量效率。下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術方案進一步詳細闡述。圖I為本發(fā)明應用的系統(tǒng)場景建模圖，其中將基站和用戶及其連接鏈路建模為一個加權二部圖。所有基站IbJ和用戶IuJ構成了加權二部圖中的點集，并且二者是兩個互不相交的子點集。加權二部圖中的邊只存在于基站和用戶之間，基站和基站之間、用戶和用戶之間不存在邊。對于每一個代表用戶的點，其度都為1，表示每個用戶只能連接一個基站。其中，連接矩陣X = (xm,n)MXN，xm,n e {0,1}來表示點集{bm}和IuJ之間的連接關系,其中xm,n= I表示1\和un之間連接的，即兩者之間的邊是存在的。xm,n= O表示二者是未連接的。下面詳細說明各參數(shù)的計算方法。 I、Un的接收信干噪比值Y m, n
v . PL.nPn,計算方式為^j b ,p ’其中Plnun為tv到Un之間的信道增益，Pn為用
L· Plk,nPk 十 ΓΝ
k=\,k^m
戶處的噪聲功率，M表示bn的發(fā)射功率。其中，假設基站的功率與其連接的用戶數(shù)量是線性關系，即Z =Pbs+M-C。/^表示bm的發(fā)射功率，Z為基站的線路功耗，μ是一個與功耗相關的系數(shù)，<表示bm連接的用戶數(shù)量。2、Un的歸一化接收信干噪比
,7m,n計算方式為=m~~； ’其中分母表示Un接收到各個基站的信干噪比的最大
m值。3、\的歸一化負載值&
計算方式為
權利要求
1.一種無線蜂窩網(wǎng)絡拓撲控制節(jié)能方法，其特征在于，包括 利用圖論知識將無線蜂窩網(wǎng)絡中的基站IbJ，m = 1，2，K，M、用戶{un}，η = 1，2，K，N及它們之間的連接關系建模為一個加權的二部圖，基站和用戶是圖中的點，基站和用戶的連接關系表示該加權二部圖的邊； 若基站bm和用戶Un之間的鏈路存在，即邊存在，則該邊在連接矩陣X = (xffl, Jmxn中對應元素值為1，該邊的權值wm,n由Un的歸一化信干噪比值元， 及bm的歸一化負載值G聯(lián)合決定；若二者之間不存在鏈路，則該邊在連接矩陣中對應元素值為O，該邊的權值也為O ;所有邊的權值組成權值矩陣W = (wm,n)MXN； 進一步的，本發(fā)明給出了一種使無線蜂窩網(wǎng)絡對應的加權二部圖的總權值
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，Un的歸一化信干噪比值尺的計算方法如下 首先計算Un的接收信干噪比值
3.如權利要求I所述的方法，其特征在于，bm的歸一化負載值G的計算方法如下 bm的歸一化負載值為
4.如權利要求I所述的方法，其特征在于，bm和Un鏈路對應的邊的權值Wni,n計算方法如下 +砣，其中，α、β分別是信干噪比因子和功耗因子，并且α+β =1。這兩個因子表示了在用戶接入基站過程中分別考慮鏈路質(zhì)量和無線蜂窩網(wǎng)絡能耗兩個方面的程度，因子的值越大，表示考慮該方面的程度越大，可以通過設置不同的α、β值來改變不同因素的比重。
5.如權利要求I所述的方法，其特征在于，使無線蜂窩網(wǎng)絡對應的加權二部圖的總權值
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無線蜂窩網(wǎng)絡拓撲控制節(jié)能方法，包括綜合利用無線蜂窩網(wǎng)絡中用戶的接收信干噪比信息及基站的負載信息，運用圖論知識將無線蜂窩網(wǎng)絡建模為一加權二部圖，其中基站和用戶是圖中的點，基站和用戶的連接關系表示該加權二部圖的邊；該加權二部圖中邊的權值由該邊對應鏈路用戶的信干噪比值和基站的負載值聯(lián)合決定，同時考慮了通信鏈路質(zhì)量和無線蜂窩網(wǎng)絡能耗兩方面的因素；本發(fā)明還給出了一種使無線蜂窩網(wǎng)絡對應的加權二部圖的總權值達到最大值的迭代方法，該迭代方法不斷更新加權二部圖的連接矩陣及權值矩陣，由于該過程聯(lián)合考慮了鏈路質(zhì)量及無線蜂窩網(wǎng)絡的能耗情況，無線蜂窩網(wǎng)絡的能量效率會得到提高。
文檔編號H04W52/02GK102833832SQ20121030787
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權日2012年8月27日
發(fā)明者張?zhí)炜? 康甜, 孫學康, 朱禹濤 申請人:北京郵電大學