[发明专利]移动蜂窝网络中基于流量的网格状能量优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种移动蜂窝网络中基于流量的网格状能量优化方法。

背景技术

随着iPhone和其他智能手机的日益增多，我们正经历着对无线网络接入需求的大爆炸，随之而来的是大量能量的消耗。信息通信技术产业是世界能量消耗和温室气体排放的主要成员之一这点已经达成了共识。最近的研究表明信息通信技术产业占到了全球能量消耗的2%-10%，并且指出了了到2011年移动网络的能量消耗将会达到124.48kWh，就中国移动来说未来五年因为能量消耗而付的账单将会增长一倍。除此之外，随着人们环境意识的增强，如何减少通信系统温室气体的排放和能量的节省变得至关重要。

除了环境的因素，对于蜂窝网络的所有者来说，能量的消耗关系到所能获得的效益。能量的开支占整个开支的一个重要部分，因此资本和运营开支通过提高能量利用效率可以得到极大的节省。

当前，用户开销占到整个信息与通信技术产业的1%。相比之下，超过80%的能量消耗都发生在无线接入网络，尤其是发生在基站。造成这种情况的原因在于当前的网络是按照最大吞吐量来设计的，并且基站的配置也是以优化用户最大需求为目标的。然而，用户典型的白天-晚上行为的不同会引起流量负载随时间变化，以及用户在家和工作场所之间的移动引起的流量负载在空间上变化，造成了流量负载在时间和空间上有极大的变化。不幸的是，当前通信基础设施的运作基本上没有考虑流量负载，这就意味着某些基站在当前用户很少的时候仍然要开着空调，制冷和监控设备，从而需要消耗大量的能量，造成能量大量的浪费。因此，按照流量负载来调整基站的工作状态是能量优化的一个可行的方法。简单地说，我们的优化方法是根据流量负载的多少来优化工作状态的基站数目。

蜂窝网络的无线接入网络是负责处理业务和信令的。在蜂窝网络的无线接入网络的典型架构中，基站控制器（BSC）及其所控制的十几个基站是无线接入网的主要组成部分。一个基站的功率消耗可以近似表示为：P_t=P_α·β+P_steady，其中，V是流量负载。我们认定在一定传输范围内P_α是一个随着传输距离变化而变化的常量，因为当传输距离增大时基站需要消耗更多的功率来承载流量负载。常量部分P_steady是代表冷却和其他辅助设备的能量消耗，由于他们的功耗主要依赖于固定的工作环境，因此P_steady是一个常量，实际系统中通常取4或者6。值得指出的是：支撑子系统（就是空调制冷等支撑通信系统的必须的一些设备）占了高达整个功率消耗的50%之多。因此当流量负载很少时基站通过进入睡眠模式可以使蜂窝网络节省很大一部分能量。

当前在典型的蜂窝网络中，相当一部分基站在一天的大部分时间中都是未充分利用的，导致了大量的能量浪费和严重的能源效率低下。一个直观的解决方法是最小化基站数目方法——GM-NAB，该方法是当一些基站流量负载很低时减少开着的基站的数量。现有有关能量优化的研究，大多停留在问题的分析层面，很少又结合实际中的移动蜂窝网络进行可靠的数值仿真，GM-NAB方法也是如此。GM-NAB给出了减少基站能量消耗的方向，但是存在一些缺点。首先，没有考虑如何去调整基站覆盖范围来转移或者重新分配流量负载。另一方面，GM-NAB在能量优化时没有考虑当一个基站的覆盖范围增大时所增加的功率消耗。

发明内容

本发明的目的是提出一种移动蜂窝网络中基于流量的网格状能量优化方法。

本发明的思路是：在移动蜂窝网络中，根据用户的流量负载流量在时间和空间上的变化性，在能量优化过程中引入流量负载对能量消耗的影响，在保证用户业务能够得到保证的前提下，达到节约能源的目的，具有很强的实用价值。

本发明实现其目的所采用的技术方法是：

1.移动蜂窝网络中基于流量负载的网格状能量优化方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一：将移动蜂窝网络中的每个基站的覆盖区域划分为m个相同的网格，m>2；

步骤二：将各基站的流量分别均分到各自的网格中；建立各个基站与所有网格之间的连接关系的如式（1）所示的无向图，所述移动蜂窝网络到无向图的映射关系为：以基站i和网格k作为无向图的一个顶点，以基站i和网格k之间的连接作为无向图的一个边，并且无向图的边满足式（2）所示的关系；

G=（V,E）      （1）