[发明专利]异构蜂窝网络中基于SMDP的家庭基站休眠方法

说明书

本发明属于异构蜂窝网络领域，具体为异构蜂窝网络中基于SMDP的家庭基站休眠方法，所述方法包括：制定用户关联机制；计算系统的能耗；根据用户关联机制与所述系统的能耗，建立SMDP模型；求解最优休眠决策；本发明相比于传统的基站休眠方法更符合实际中基站负载的动态变化的情况，不仅充分利用了家庭基站的资源，缓解了宏基站的负载压力，同时也更好地降低了系统能耗。

技术领域

本发明属于异构蜂窝网络技术领域，涉及一种异构蜂窝网络中基于半马尔科夫决策过程(Semi-Markov Decision Process，SMDP)的家庭基站休眠方法。

背景技术

近年来，信息和通信技术(Information and Communications Technology，ICT)的飞速发展，人们的生活发生了巨大的变化。移动通信技术已由曾经的1G、2G、3G发展到现在成熟的4G技术，而且全新的5G技术就在未来。移动通信的业务类型也在不断变化，由过去低速率的语音、短消息业务演变到现在各种各样高速率的移动数据业务。此外，随着智能手机、平板电脑和其他多媒体设备爆炸性增长，这使得通信网络的高容量化面临着巨大的挑战。同时,物联网、虚拟现实等应用的快速发展也迫切需要移动通信系统提供差异化服务。在现有的移动网络中，通过在传统宏蜂窝(macrocell)的基础上部署大量低能耗节点，如：微小区(microcell)、微微小区(picocell)、家庭基站(femtocell)等，使得网络的覆盖无处不在，这种异构蜂窝网络(Heterogeneous Cellular Networks，HCNs)成为了一种缓解高容量压力的有效方案。HCNs在一定程度上解决了网络覆盖问题，可以为人们带来更优质的服务，然而由于大量低功率节点被大规模的引入，诸如城市大型商场、超市等地方，白天人流密集，负载量大；当夜间时，如00:00——06:00，这部分时间所有小基站的负载都较少，但是全部的基站仍然处于工作状态，消耗着大部分的能量，所以在非高峰时段我们采取休眠策略可以节省很大一部分能耗。

现有的基站休眠技术研究中，大多数是一种固定的休眠机制，如定时休眠、将没有用户或资源利用率最小的基站关闭等，而且是在一段时间内业务状况确定的情况下做的研究，并没有考虑到业务动态变化对系统状态、以及休眠机制带来的影响。此外，家庭基站休眠后，直接将其用户交于宏基站(Macro Base Station，MBS)，这样不仅没有充分利用家庭基站的资源，而且增大了宏基站的负载压力，并没有考虑这些用户不仅可以重新关联MBS，也可以关联剩余的处于工作状态的家庭基站的问题。

发明内容

基于此，本发明的目的在于针对传统的基站休眠方法很难适应实际中基站负载动态变化的缺点，提出了一种异构蜂窝网络中基于SMDP的家庭基站动态休眠方法，将家庭基站的动态开关过程建模成SMDP。此外，本发明还制定了用户与基站的关联(UserAssociation，UA)机制，在FBS的动态休眠过程中，实时地将休眠FBS所服务的用户重新关联至可连接的FBS或MBS，有效的缓解了MBS负载压力，也进一步地降低了系统能耗。最后采用动态规划方法求取了使该SMDP模型的系统收益函数最大时的休眠策略。本发明同时考虑了负载的动态变化和UA问题，相比于传统的基站休眠方法更符合实际中基站负载的动态变化的情况，也比传统的直接将休眠基站的用户关联至MBS更进一步地节省了系统能耗，缓解了MBS的负载压力。

本发明采用的技术方案是：针对大量部署热点的异构蜂窝网络，在其非高峰时段，确定UA机制，构建SMDP模型，包括：定义系统状态空间定义系统动作空间定义系统转移概率P、定义系统的收益函数R，最后采用动态规划方法求解使R最大时对应的家庭基站采取的动作策略。具体包括：

S1、制定用户关联机制，建立系统能耗模型；

S2、根据用户关联机制，建立半马尔科夫决策过程SMDP模型，包括建立系统状态空间以及系统动作空间；

S3、根据系统状态空间中的当前系统状态，调整系统动作空间中的动作；得到转移后的系统状态；