АППАРАТУРА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УЗЛОМ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ
APPARATUS AND METHOD OF CONTROLLING WIRELESS COMMUNICATION NODE

Варианты воплощения изобретения относятся к системе беспроводной связи и, в частности, к устройству и способу управления узлом системы беспроводной связи.
В основанной на системе MIMO базовой станции каждая из антенн, которая составляет систему MIMO, соединяется с усилителем мощности, который обеспечивает необходимое усиление аналоговых сигналов для их передачи и приема. Обработка групповых сигналов обычно выполняется в общем блоке, который используется совместно всеми антеннами. Из фигуры 3 следует, что до 80% общего потребления энергии базовой станции приходится на усилитель мощности (см., например, доклад "L. Saker, S-E. Elayoubi and H.O. Scheck, System selection and sleep mode for energy saving in cooperative 2G/3G networks, IEEE VTC-fall 2009, Anchorage"), сентябрь 2009 года.
С другой стороны, было также доказано, что уменьшение использования усилителей мощности все еще не предоставляет больших преимуществ с точки зрения снижения потребления энергии (см. "Micallef, G.; Mogensen, P.; Scheck, H.-O., "Cell Size Breathing and Possibilities to Introduce Cell Sleep Mode", in Proc. of European Wireless 2010, Lucca, Italy"). Это вытекает из конструкторских решений известных усилителей мощности, которые требуют большого количества энергии, даже когда они активно не используются.
На фигуре 4 показано влияние модели трафика на потребление энергии. Как можно видеть, даже при низкой нагрузке базовой станции расходуется много энергии. Аппаратные средства базовой станции обычно адаптируются фактически на эффективную работу только при высоких нагрузках по трафику, и производительность станции направлена на покрытие пиковой нагрузки трафика.
Рассматривая эти соображения в сценарии 24-часового мобильного трафика (фигура 2), как эго было измерено в реальных ячейках UMTS, можно видеть, какие большие возможности имеются для энергетического усовершенствования сотовых систем.
Сети базовой станции привлекли большое внимание исследователей благодаря соответствующим преимуществам, достигаемым с точки зрения беспроводной пропускной способности, контроля помех между ячейками и сокращения потребления энергии на отдельных площадках базовых станций.
Что касается эффективности энергопотребления мобильной сети, то использование базовой станции в режиме ожидания, инициированные анализом нагрузки по трафику, были предложены в некоторых последних научно-исследовательских работах (см. например, "Jie Gong, Sheng Zhou, ZhishengNiu, Peng Yang, "Traffic-aware base station sleeping in dense cellular networks", в трудах IEEE IWQoS 2010", "Sheng Zhou, Jie Gong, Zexi Yang, ZhishengNiu and Peng Yang, "Green Mobile Access Network with Dynamic Base Station Energy Saving", в трудах ofACM Mobicom 2009" и "LouaiSaker, Salah-EddineElayoubi, TijaniChahed, "Minimizing energy consumption via sleep mode in green base station", в трудах IEEE 2010) и в работах поставщиков сетевого оборудования (см. например, "Micallef, G.; Mogensen, P.; Scheck, И.О., "Cell Size Breathing and Possibilities to Introduce Cell Sleep Mode", в трудах совещания «European Wireless 2010, Lucca, Italy" и "Green Radio, "NEC's Approach towards Energy-efficient Radio Access Networks". Whitepaper, февраль 2010").
Идея использования ждущего режима на базовой станции состоит в том, чтобы поддержать необходимое покрытие/производительность базовой станции в режиме ожидания, увеличивая зону охвата одной или нескольких соседних станций.
Имеются также некоторые местные подходы, в которых используется, например, планирование очередей, которые находятся в режиме ожидания и в режиме передачи при наличии канала, как показано, например, на фигуре 5. Другие конфигурации могут варьироваться от MIMO (многократный вход многократный выход) до SISO (одиночный вход одиночный выход), как показано, например, на фигуре 6. Каждое мобильное устройство 610 связано только с одной антенной 620 базовой станции 630.
Имеются также подходы распределения и централизации, относящиеся, например, к координации между базовыми станциями с целью энергосбережения, когда некоторые сайты базовой станции выключаются, и обеспечивается тот же самый охват с постоянным изменением увеличенного диапазона передачи некоторых соседних ячеек по методике «дыхания ячейки» ("cell breathing"). Пример для четырех базовых станций 710 с одной деактивированной базовой станцией 720 показан на фигуре 7.
В докладе "Jie Gong, Sheng Zhou, ZhishengNiu, Peng Yang, "Traffic-aware base station sleeping in dense cellular networks", в трудах IEEE IWQoS 2010", авторы предлагают схему ждущего режима, которая выключает некоторые базовые станции, когда нагрузка по трафику является низкой. Ограничения, которые представляют авторы, основано на некоторой вероятности блокировки. Авторы также предлагают минимальное время режима ожидания, чтобы избежать частого переключения (вкл/выкл) и переадресации на базовых станциях.
В работе "LouaiSaker, Salah-EddineElayoubi, TijaniChahed, "Minimizing energy consumption via sleep mode in green base station", труды IEEE 2010" предлагаются две схемы выделения радиоканалов, которые активируют ресурсы только, когда они необходимы, чтобы удовлетворить пользовательские запросы и требование QoS. Первая схема является динамичной. Она включает режимы ресурса «ВКЛ» и «ВЫКЛ» как функцию мгновенного изменения нагрузки в системе, которая поочередно следует за входом и выходом пользователя. Вторая схема полустатична. Ресурсы в ней включаются и выключаются, когда в системе изменяется средняя нагрузка по трафику.
В докладе "S. Zhou, J. Gong, Z. Yang, Z. Niu, and P. Yang, "Green mobile access network with dynamic base station energy saving", MobiCom'09 poster, Sept. 2009" рассматривается динамическое выключение некоторой базовой станции (BS) при низком сетевом трафике. Исследуются также централизованные и децентрализованные варианты воплощения. Предположим, что вся информация о канале и требования трафика сетевой стороне известны. Гарантируются эффективность предложенных алгоритмов по энергопотреблению и компромисс между энергосбережением и покрытием.
Целью настоящего изобретения является предложить улучшенную концепцию экономии энергии в системе беспроводной связи.
Этот цель достигается благодаря устройству по пункту 1 и способу по пункту 11.
В одном варианте воплощения изобретения обеспечивается устройство для управления узлом системы беспроводной связи. Система содержит множество антенн, и устройство содержит определитель нагрузки по трафику, определитель возможности взаимодействия и узел управления мощностью. Определитель нагрузки по трафику служит для определения нагрузки по трафику в системе беспроводной связи, а определитель возможности взаимодействия служит для определения имеющейся возможности взаимодействия одного узла с другим узлом системы беспроводной связи. Узел управления мощностью служит для активации или деактивации антенн узла на основе измеренной нагрузки по трафику и имеющейся возможности взаимодействия.
Варианты воплощения настоящего изобретения основаны на главной идее, что одна или несколько антенн узла (например, базовой станции) системы беспроводной связи могут быть деактивированы при низкой нагрузке по трафику. Такая деактивация антенн делается после рассмотрении имеющейся возможности взаимодействия узлов системы беспроводной связи. Следовательно, можно деактивировать больше антенн узла, чем без рассмотрения возможности взаимодействия, когда больше одного узла могут удовлетворить необходимую скорость передачи данных пользователя. Таким образом, среднее количество активных антенн может быть значительно сокращено, что может непосредственно привести к снижению потребления энергии.
В некоторых вариантах воплощения изобретения число активных антенн узла увеличивается, если определенная нагрузка по трафику ниже нижнего порога нагрузки, и число активных антенн может быть уменьшено, если определенная нагрузка по трафику выше верхнего порога нагрузки. Таким образом, число активных антенн может быть динамически адаптировано к текущей нагрузке по трафику в системе беспроводной связи.
В некоторых вариантах воплощения изобретения блок управления мощностью может активировать или деактивировать антенны узла, активировать или деактивировать усилитель мощности передатчика, соединенного с антенной. Таким образом, можно избежать высокого потребления энергии одним или несколькими усилителями мощности антенного узла, если нагрузка по трафику достаточно низка.
Варианты воплощения изобретения будут описаны более подробно со ссылками приложенные чертежи, на которых:
Фигура 1 - блок-схема устройства для управления узлом беспроводной системы связи;
Фигура 2 - схема, указывающая на среднюю модель трафика, в ячейке мобильной сети в течение дня;
Фигура 3 - схема, обозначающая потребление энергии отдельными компонентами базовой станции;
Фигура 4 - схема, иллюстрирующая отношение между нагрузкой по трафику и потреблением энергии;
Фигура 5 - блок-схема планировщика и усилителя мощности, соединенного с антенной базовой станции;
Фигура 6 - схематическая иллюстрация передачи данных от базовой станции мобильным устройствам;
Фигура 7 - схематическая иллюстрация системы беспроводной связи, иллюстрирующая методику «cell breathing»;
Фигура 8 - схематическая иллюстрация сетевой конфигурации MIMO;
Фигура 9 - схематическая иллюстрация еще одного примера сетевой конфигурации MIMO;
Фигура 10 - схематическая иллюстрация установки уровня верхнего и нижнего порога;
Фигура 11 - схематическая иллюстрация реконфигурации установки уровня верхнего и нижнего порога;
Фигура 12 - схематическая иллюстрация сценария высокой нагрузки;
Фигура 13 - схематическая иллюстрация сценария низкой нагрузки;
Фигура 14 - схема унифицированного языка моделирования алгоритма для управления узлом системы беспроводной связи;
Фигура 15а - схема системы беспроводной связи с использованием методики cell breathing;
Фигура 15b - схема системы беспроводной связи с использованием сетевой системы MIMO;
Фигура 16а - схема системы беспроводной связи с использованием методики cell breathing;
Фигура 16b - схема системы беспроводной связи с использованием сетевой системы MIMO; и
Фигура 17 - блок-схема способа для управления узлом системы беспроводной связи.
В последующем описании одинаковые компоненты на чертежах обозначены теми же самыми цифровыми позициями, чтобы уменьшить избыточность в описании вариантов воплощения.
До сих пор предлагалось несколько методик в контексте технологии MIMO в сетях (joint preceding, coordinated scheduling and beamforming and so on, see for example "V. Jungnickel, L. Thiele, T. Wirth, T. Haustein, S. Schiffermbller, A. Forck, S. Wahls, S. Jaeckel, S. Schubert, H. Gäbler, and others, "Coordinated Multipoint Trials in the Downlink," Proc. 5th IEEE Broadband Wireless Access Workshop (BWAWS), leee, 2009, pp.1-7", "S. Venkatesan, H. Huang, A. Lozano, and R. Valenzuela, "A WiMAX-based Implementation of Network MIMO for Indoor Wireless Systems," EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, vol. 2009, p.3" and "A. Benjebbour, M. Shirakabe, Y. Ohwatari, J. Hagiwara, and T. Ohya, "Evaluation of User Throughput for MU-MIMO Coordinated Wireless Networks," 2008 IEEE 19th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, leee, 2008"), каждая из которых имеет различные преимущества по своим характеристикам.
В "YANG Wei, LI Li-hua, SUN Wan-lu, "Energy-Efficient Relay Selection and Optimal Relay Location in Cooperative Cellular Networks with Asymmetric Traffic", in "The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications", Elsevier, Sept 2010", relay nodes", взаимодействие ретрансляционных узлов с базовыми станциями оценивается с точки зрения потребления энергии. Исследуются области взаимодействия сотрудничества по энергосбережению. Взаимодействие в области экономии энергии определяется как процент энергосбережения, достигнутого при таком взаимодействии, чтобы получить ту же самую спектральную эффективность при прямой передаче между MS и BS. Рассматриваются только собственные технологические показатели базовой станции при взаимодействии. Подобные подходы используются в области беспроводной сенсорной сети.
В "L. Saker, S-E. Elayoubi and H.O. Scheck, System selection and sleep mode for energy saving in cooperative 2G/3G networks, IEEE VTC-fall 2009, Anchorage, September 2009" взаимодействие между системами 2G и 3G расценивается как среднее значение для энергосбережения.
В последующем может быть принята сотовая сеть 800, которая учитывает технологию сети MIMO (конфигурация целевой сети), как это показано, например, на фигуре 8. В этом примере показаны две базовых станции 810 (узлы), причем каждый узел снабжен четырьмя антеннами. Кроме того, блок управления 820 сети MIMO управляет совместной передачей к беспроводному устройству 830 или совместным приемом от беспроводного устройства 830. В другом примере 900 для использования методики совместного сетевого MIMO, например, для сохранения самого большого числа антенн в выключенном состоянии или минимизация числа активных антенн, как показано на фигуре 9. Показанная на чертеже система беспроводной связи содержит три базовых станции 910, передающие данные одному беспроводному устройству 920.
На фигуре 1 показана блок-схема устройства 100 для управления узлом системы беспроводной связи согласно одному варианту воплощения изобретения. Управляемый узел содержит множество антенн. Устройство 100 содержит определитель нагрузки по трафику 110, определитель возможности взаимодействия 120 и блок управления мощностью 130. Определитель нагрузки по трафику 110 и определитель возможности взаимодействия 120 соединяются с блоком управления мощностью 130. Определитель нагрузки по трафику 110 определяет нагрузку по трафику 112 в системе беспроводной связи, а определитель возможности взаимодействия 120 определяет возможность взаимодействия 122 узла с одним или несколькими другими узлами системы беспроводной связи. Кроме того, блок управления мощностью 130 активирует или деактивирует антенну узла на основе определенной нагрузки по трафику 112 и имеющейся возможности взаимодействия 122. Для этого блок управления мощностью 130 может формировать управляющий сигнал 132, инициирующий активный режим или ждущий режим антенны узла.
Активация или деактивация антенны узла, доступная скорость передачи узла может быть динамически адаптирована к текущей нагрузке системы беспроводной связи. Таким образом, среднее потребление энергии узла может быть значительно снижено, когда не все антенны являются активными при низкой нагрузке трафика.
Узел системы беспроводной связи может быть, например, базовой станцией, ретрансляционной станцией или удаленной точкой системы беспроводной связи.
Определитель нагрузки по трафику 110 может измерять нагрузку по трафику 112, существующую в настоящий момент в системе беспроводной связи. Например, нагрузка по трафику 112 может представить текущую скорость беспроводной передачи управляемого узла одного или нескольких беспроводных устройств (например, сотового телефона, ноутбука), среднюю скорость беспроводной передачи одного или нескольких узлов системы беспроводной связи или скорость проводной передачи одного узла с другими узлами, скорость проводной передачи между группой узлов в системе беспроводной связи или сумму беспроводного трафика, создаваемого каждым пользователем (например, каждым мобильным пользователем, каждым беспроводным устройством). Нагрузка по трафику 112 может быть выражена, например, в битах в секунду.
Определитель возможности взаимодействия 120 может определить, существует ли набор взаимодействующих узлов, который может дополнительные беспроводные ресурсы (например, скорость беспроводной передачи) к управляемому узлу. Это может быть реализовано, например, путем запроса ресурса у соседних узлов, которые ответят по их возможности взаимодействия по числу радио-ресурсов, которые они могут обеспечить. Таким образом, определитель возможности взаимодействия 120 может определить доступную возможность взаимодействия 122 управляемого узла с одним или несколькими другими узлами системы беспроводной связи. Иными словами, определитель возможности взаимодействия 120 может передать запрос о возможности взаимодействия, по меньшей мере, одному соседнему узлу и может определить доступную возможность взаимодействия 122 на основе полученного ответа о возможности взаимодействия, по меньшей мере, от одного соседнего узла.
Блок управления мощностью 140 использует информацию, собранную детерминатором нагрузки по трафику 110 и детерминатором возможности взаимодействия 120, чтобы решить, нужно ли активировать или деактивировать антенну узла, чтобы выполнить необходимое требование пользователей в настоящий момент.
Антенна узла может быть активирована или переведена в ждущий режим, например, включая или выключая передатчик и/или приемник, соединенный с антенной или включая или выключая усилитель мощности передатчика и/или приемника, соединенного с антенной. Может быть достаточно включить или выключить усилитель мощности передатчика (и/или приемника), поскольку он является основным потребителем мощности передатчика (и/или приемника), как это показано на фигуре 3. Это включение или выключение может быть инициировано управляющим сигналом 132 от блока управления мощностью 130.
В некоторых вариантах воплощения изобретения блок управления мощностью 130 может уменьшить число активных антенн множества антенн узла, если конкретная нагрузка по трафику 112 ниже нижнего порога нагрузки 1010, и может увеличить число активных антенн, если конкретная нагрузка по трафику 112 выше верхнего порога нагрузки 1020. Это показано на фигуре 10. Если текущая нагрузка по трафику выше верхнего порога нагрузки 1020 (H_threshold), блок управления мощностью 130 может, например, включить усилитель мощности дополнительной антенны узла. В другом случае, если текущая нагрузка по трафику 112 ниже нижнего порога нагрузки 1010 (L_threshold), блок управления мощностью 130 может, например, выключить усилитель мощности антенны узла. Если нагрузка по трафику 112 лежит между верхним порогом нагрузки 1020 и нижним порогом нагрузки 1010, блок управления мощностью 130 может сохранить текущее число активных антенн множества антенны узла.
Блок управления мощностью 130 может определить необходимое количество активных антенн из множества антенн на основе определенной нагрузки по трафику 112 и имеющейся возможности взаимодействия 122, если измеренная нагрузка по трафику 112 выше верхнего порога нагрузки 1020 или ниже нижнего порога нагрузки 1010. Альтернативно, блок управления мощностью 130 может определить необходимое число активных антенн из множества антенн на основе определенной нагрузки по трафику 112 и имеющейся возможности взаимодействия 122, если определенная нагрузка по трафику минус определенная доступная возможность взаимодействия 122 выше верхнего порога нагрузки 1020 или ниже нижнего порога нагрузки 1010. Кроме того, альтернативно, доступную возможность взаимодействия 122 можно использовать для определения верхнего порога нагрузки 1020 и нижнего порога нагрузки 1010 (например, добавляя или вычитая доступную возможность взаимодействия).
Блок управления мощностью 130 может активировать или деактивировать антенны узла на основе необходимого количества антенн.
Кроме того блок управления мощностью 130 может определить необходимое число активных антенн, например, так чтобы ограничить обслуживание, по меньшей мере, одного беспроводного пользовательского устройством (например, сотовым телефоном или ноутбуком). Иными словами, блок управления мощностью 130 может попытаться найти набор активных антенны узла, который может выполнить требования (по одному или нескольким ограничениям по качеству услуг) беспроводных пользовательских устройств в пределах диапазона передачи узла или системы беспроводной связи. Например, если беспроводное пользовательское устройство требует определенной скорости передачи данных, блок управления мощностью 130 попытается определить набор активных антенн, способных удовлетворить это требование по скорости передачи данных, хотя также рассматривает доступную возможность взаимодействия 122.
Например, блок управления мощностью 130 может определить необходимое число активных антенн, так, чтобы ограничение по качеству обслуживания, по меньшей мере, одного беспроводного пользовательского устройства было выполнено, используя определенный необходимый набор активных антенн и, по меньшей мере, частично определенную имеющуюся возможность взаимодействия 122 хотя, ограничение по качества обслуживания, по меньшей мере, одного беспроводного пользовательского устройства не будет выполнено, используя только определение необходимого набора активных антенн, без использования, по меньшей мере, частично определения имеющейся возможности взаимодействия 122. Этот случай особенно интересен, поскольку блоку управления мощностью 130, вероятно, придется активировать больше антенн, чем необходимое число активных антенн по определению, если не используется доступная возможность взаимодействия 122. Иными словами, используя, по меньшей мере, частично определение имеющейся возможности взаимодействия 122, можно деактивировать больше антенн, чтобы снизить потребление энергии.
Для того чтобы оптимизировать потребление энергии, блок управления мощностью 130 может определить необходимое число активных антенн, например, так, что необходимое число активных антенн включало бы минимальное число необходимых активных антенн, удовлетворяющих определенную нагрузку по трафику 112 (следовательно, удовлетворяя текущие требования беспроводных пользователей) с учетом имеющейся возможности взаимодействия 122.
В некоторых вариантах воплощения изобретения верхний порог нагрузки 1020 и нижний порог нагрузки 1010 адаптируются к текущему набору активных антенн. Для этого блок управления мощностью 130 может установить верхний порог нагрузки 1020 и нижний порог нагрузки 1010 после увеличения или уменьшения числа активных антенн. Например, пороги могут быть установлены так, что текущая нагрузка по трафику, которая покрывается текущим набором активных антенн, была бы расположена между верхним порогом нагрузки 1020 и нижним порогом нагрузки 1010. Иными словами, верхний порог нагрузки 1020 и нижний порог нагрузки 1010 могут быть увеличены, при увеличении числа активных антенн и верхнего порога нагрузки, а нижний порог нагрузки может быть уменьшен, если уменьшается число активных антенн. Это показано на фигуре 11 для увеличенного числа активных антенн, приводящих к увеличению верхнего порога нагрузки (H_threshold-α) и для уменьшения числа активных антенн, приводящих к уменьшению порога для нижнего порога нагрузки (L_threshold-β).
В некоторых вариантах воплощения изобретения блок управления мощностью 130 может удерживать, по меньшей мере, одну антенну из множества антенны узла в активном режиме с тем, чтобы гарантировать минимальную скорость передачи данных в пределах области (ячейки), покрытия узла. Кроме того, таким образом, узел сможет быстрее реагировать на переменную ситуацию с нагрузкой, и одновременно будет обеспечена, по меньшей мере, минимальная возможность взаимодействия соседних узлов.
Варианты воплощения изобретения описываются ниже более подробно. Хотя в этом примере различные объекты изобретения выполняются совместно, эти объекты могут также быть достигнуты независимо друг от друга.
Рассмотрим сценарий сотовой сети, где базовые станции имеют N передающих/приемных антенн. Каждая антенна может быть оборудована аналоговым модулем приемопередатчика RF (также называемый усилителем мощности), который регулирует усиление передаваемых/принимаемых сигналов. Базовая станция, имеющая N антенн, также имеет N аналоговых приемопередатчиков RF. Аналоговые приемопередатчики RF являются наиболее энергоемкими компонентами на базовых станциях. На основе этого понимания, предложена концепция выключения как можно большего количества аналоговых модулей приемопередатчика RF на каждой базовой станции, достигая, таким образом, эффективного энергосбережения при гарантированном качестве обслуживания (QoS) мобильного пользователя (пользователей). Иными словами, предложенная концепция может помочь сконфигурировать базовую станцию так, что она может обслуживать связанных с ней мобильных пользователей с необходимым уровнем качества QoS при использовании минимального числа активных аналоговых модулей приемопередатчика RF. Действия, предпринимаемые по предложенной концепции могут быть инициированы фактической беспроводной нагрузкой по трафику на беспроводную ячейку. Когда пользовательское требование по трафику (например, выраженное в кбит/с) выходит за пределы определенного порога, алгоритм может найти наиболее энергосберегающую конфигурацию антенн, которая в состоянии выполнить потребности QoS пользователей. Взаимодействие используемой базовой станции, в конечном счете, достигнет этой цели. С учетом того, что конкретное число активных антенн (или активных аналоговых приемопередатчиков RF или усилителей мощности) известно, для выполнения требования пользователя по QoS, далее рассматривается взаимодействие с соседними базовыми станциями, чтобы использовать неиспользованную беспроводную пропускную способность соседних ячеек. На фигурах 12 и 13 показан эффект реконфигурации антенн после применения предложенной концепции.
На фигуре 12 показан вариант системы беспроводной связи с двумя базовыми станциями 1210 в сценарии с высокой нагрузкой. Обе базовых станции работают с четырьмя активными антеннами, чтобы выполнить требования по качеству услуг (QoS) всех пользователей 1220 (беспроводные пользовательские устройства). Аналогичным образом, на фигуре 13 показаны две базовых станции 1310 в сценарии с низким трафиком. Только две из четырех антенн используются на базовой станции на левой стороне (и три из четырех антенн используются на базовой станции на правой стороне). Потребность в дополнительных беспроводных ресурсах, из-за более высокого трафика пользователя 1320, в конечном счете, обеспечивается, используя беспроводные ресурсы базовой станции на правой стороне (используя доступную остаточную пропускная способность). Этот рисунок иллюстрирует эффект числа активных антенн, используемых для работы в сети.
Алгоритм может гарантировать использование минимального числа аналоговых модулей приемопередатчика RF на каждом сайте ячейки, обеспечивая, в то же время, необходимый уровень сетевых услуг при минимальных затратах энергии.
Алгоритм может работать в известном уровне техники, в отдельной точке вычисления или локально на каждой базовой станции. Результаты процесса вычисления энергии для оптимальной конфигурации антенн затем фактически используются в стратегии энергосбережения.
На фигуре 14 представлена подробная схема унифицированного языка моделирования возможного конкретного варианта воплощения предложенной концепции 1400 (алгоритм).
Например, цель предложенной концепции состоит в том, чтобы выполнить требования пользователя по QoS при самых низких затратах энергии, возможных на основе текущего состояния сети. Наиболее подходящее усиление может быть связано с сокращением общих затрат ОРЕХ (эксплуатационных затрат) по сравнению с нормальной работой сети. Семь стандартных блоков составляют схему энергосбережения. Ниже обсуждаются их отдельные функции, так же как их взаимодействие.
Блок измерения нагрузки по трафику 1410 является процессором, работающим, например, на базовой станции или в удаленной точке вычисления, которая измеряет нагрузку по трафику, существующую в настоящий момент в сети беспроводного доступа. Это измерение может выполняться постоянно по непрерывным сигналам данных, которыми активные мобильные терминалы обмениваются со своей базовой станцией. В предложенной схеме предполагается, что выход измерений может быть выражен в битах/секунду, и это представляется суммой трафика, создаваемого, например, каждым пользователем. Блок измерения нагрузки по трафику 1410 может быть реализован детерминатором нагрузки по трафику.
Блок разброса пороговых величин 1420 является процессором, работающим, например, на базовой станции или в удаленной точке вычисления, которая вычисляет, может ли быть предпринято использование предложенной политики энергосбережения или нет. Для этой цели используются два порога (фигура 10). Всякий раз, когда измеренная беспроводная нагрузка по трафику является ниже нижнего порога 1010 (L_threshold) или выше более высокого порога 1020 (H_threshold), эта информация передается блоку конфигурации антенн 1430, чтобы активировать соответствующие настройки конфигурации антенн. Когда измеренная беспроводная нагрузка по трафику находится между этими двумя порогами, никаких мер не предпринимается, и алгоритм возвращает управление блоку измерения нагрузки по трафику 1410. Установка порогов выполняется в блоке настройки разброса пороговых величин 1470 согласно политике, описанной ниже. Блок разброса пороговых величин 1420 может быть реализован в блоке управления мощностью.
Блок конфигурации антенн 1430 является процессором, работающим, например, на базовой станции или в удаленной точке вычисления, которая определяет минимальное число локальных антенн, чтобы выполнить требования пользователя (пользователей) по QoS с текущей беспроводной моделью трафика. Блок конфигурации антенн 1430 может быть реализован в блоке управления мощностью.
Действия, предпринятые в этом блоке, зависят либо от отчета нагрузки по трафику в беспроводной сети (определенная нагрузка по трафику), поступающего из блока разброса пороговых величин 1420, либо от теста измерения QoS (качества услуг), который выполняется в блоке проверки QoS пользователя 1440.
Проанализируем сначала действия на основе отчета нагрузки по трафику в беспроводной сети, полученного из блока разброса пороговых величин 1420.
Если отчет о нагрузке по трафику, измеренный в блоке измерения нагрузки по трафику 1410, ниже порога L_threshold, определенное число x РА (антенн, усилителей мощности) выключается, как показано на фигуре 10. Величина переменной x может быть назначена, используя, например, ступенчатую функцию, которая отображает величину снижения беспроводного трафика, скажем δ, к числу x РА (усилителей мощности), которые будут деактивированы. Одна возможная политика конфигурации антенн могла бы состоять в том, чтобы деактивировать как можно большее число антенн на основе величины снижения беспроводного трафика δ.
Если измеренная беспроводная нагрузка по трафику выше порога H_threshold, определенное число х РА (антенн, усилителей мощности) выключается, как показано на фигуре 10. Величина переменной y может быть назначена, используя, например, ступенчатую функцию, которая отображает величину снижения беспроводного трафика, скажем Y, к числу y РА (усилителей мощности), которые будут включены. Одна возможная политика конфигурации антенн могла бы состоять в том, чтобы активировать как можно большее число антенн на основе величины снижения беспроводного трафика Y.
Теперь примем во внимание действия, предпринятые в блоке конфигурации антенн 1430, при поступлении данных от блока проверки QoS пользователя 1440. Блок проверки QoS пользователя 1440 играет роль оценщика достижения требований QoS пользователя (пользователей). Результат может быть положительным или отрицательным. В зависимости этого результата, в блоке конфигурации антенн 1430 предпринимаются различные действия.
Если уменьшение числа активных антенн недостаточно, чтобы выполнить требования пользователей по QoS, блок конфигурации антенн сначала обращается к взаимодействию базовых станций, чтобы найти дополнительные беспроводные ресурсы, которые могли быть использованы для заполнения пробела в QoS. На фигуре 14, это действие обозначено стрелкой, соединяющей блок конфигурации антенн 1430 с блоком взаимодействия базовой станции 1450.
Если взаимодействие базовой станции позволяет достичь требуемого QoS пользователя (пользователей), то конфигурация антенн принимается, и развертывание выбранной стратегии взаимодействия выполняется через блок развертывания конфигурации системы 1460.
Если сокращение числа активных антенн достаточно, чтобы выполнить требования QoS пользователей, прежде чем развернуть такую конфигурацию, блок конфигурации антенн сначала проверяет, могут ли быть выключены дополнительные аналоговые приемопередатчики RF. Затем принимает новая конфигурация с меньшим числом активных антенн. В зависимости от результата от блока проверки QoS пользователя 1440 блок конфигурации антенн может (i) продолжать завершение работы аналоговых приемопередатчиков RF, если требование по QoS все еще достижимо с такой конфигурацией, или (ii) может попытаться использовать взаимодействие базовой станции для достижения желательного уровня QoS.
Процедура прекращается, если не находится никакой конфигурации, которая могла бы помочь в достижении желательного уровня QoS. В этом случае, блок конфигурации антенн возобновляет последнюю рабочую конфигурацию, которая гарантирует целевой уровень QoS для пользователей и устанавливает минимальное число активных аналоговых приемопередатчиков RF.
Полученная конфигурация системы (набор активных антенн) придается блоку развертывания конфигурации системы 1460 для фактического развертывания.
Блок проверки QoS пользователя 1440 является процессором, работающим, например, на базовой станции или на удаленной точке вычисления, которая определяет, может ли существующая конфигурация антенн предоставить пользователю (пользователям) требуемое качество QoS. Эта работа может быть выполнена, проверяя, могут ли общие доступные радио-ресурсы (локальные плюс ресурсы взаимодействия с базовой станцией), предоставить пользователю (пользователям) желаемый уровень QoS. Оценка QoS выполняется посредством оценки текущих пользовательских требований по пропускной способности и способности их выполнения на основе фактического качество канала и доступных радиоресурсов. Блок проверки QoS пользователя 1440 может быть реализован блоком управления мощностью.
Результат теста QoS снова передается блоку конфигурации антенн 1430 для оценки последующих действий.
Блок 1450 взаимодействия базовой станции является процессором, работающим на базовой станции или на удаленной точке вычисления, которая определяет, существует ли возможный ряд взаимодействующих базовых станций, которые могут обеспечить дополнительные беспроводные ресурсы для требуемые для этой базовой станции. Этот механизм может быть реализован посредством запроса ресурса соседним базовым станциям, которые ответят об их возможности взаимодействия или о возможном количестве радио-ресурсов, которые они могут обеспечить. На этом этапе вычисления могут также быть приняты во внимание требования по необходимой пропускной способности транспортной сети связи для входа во взаимодействие с базовой станцией. Выход этой конфигурации передается блоку проверки QoS пользователя 1440 для оценки QoS. Блок 1450 взаимодействия базовой станции может быть реализован детерминатором возможности взаимодействия.
Блок 1460 развертывания конфигурации системы является процессором, работающим на базовой станции или на удаленной точке вычисления, которая отвечает за развертывание фактической конфигурации антенн локальной базовой станции вместе с возможным процессом взаимодействия базовой станции, требуемое для достижения нужного QoS. Управление затем передается блоку настройки разброса пороговых величин 1470 для установки порогов. Блок 1460 развертывания конфигурации системы может быть реализован блоком управления мощностью.
Блок настройки разброса пороговых величин 1470 является процессором, работающим на базовой станции или на удаленной точке вычисления, которая отвечает за установку порогов L_threshold и H_threshold, которые используются для определения, может ли быть использована какая-либо политика энергосбережения с текущей пользовательской быть использована с моделью трафика или нет. Блок настройки разброса пороговых величин 1470 может быть реализован блоком управления мощностью.
Если измеренное пользовательское требование по трафику, которое вызвало переустановку конфигурации антенн выше порога H_threshold, H_threshold устанавливается на новую величину плюс определенная величина α, чтобы избежать повторных настроек антенн из-за небольших изменений пользовательских требований по трафику.
Если измеренное пользовательское требование по трафику, которое вызвало переустановку конфигурации антенн ниже порога L_threshold, L_threshold устанавливается на новую величину минус определенная величина α, чтобы избежать повторных настроек антенн из-за небольших изменений пользовательских требований по трафику.
Общий механизм гарантирует, что любое небольшое колебание трафика остается в пределах диапазона Н_ и L_threshold, без повторных настроек активных антенн и возможных совместных групп базовых станций (фигура 11). Управление затем передается блоку 1410 для возобновления измерений пользовательского трафика.
Некоторые варианты воплощения изобретения относятся к способу и/или устройству для сохранения энергии в сотовых сетях, отключая радиочастотные модули приемопередатчика (RF) на базовых станциях, применяя технологию сети MIMO или сохраняя энергию в сотовых сетях, отключая модули приемопередатчика на базовых станциях и применяя сетевые MIMO и/или совместные многоточечные методики.
Например, описывается концепция развертывания минимального числа активных антенн на каждой базовой станции беспроводной сотовой системы, чтобы минимизировать общее потребление энергии мобильной сетью. Ограничением этого решения может быть то, что требования QoS мобильных пользователей должны быть обеспечены в любое время.
Всякий раз, когда беспроводной трафик ниже или выше окна определенного порога, которое может быть динамически установлено согласно текущему состоянию сети, механизм, который ищет самую энергосберегающую конфигурацию антенн на каждой базовой станции, активируется, используя технологию сети MIMO. Полученная конфигурация антенны может быть ограничена требованием выполнения потребностей QoS активных пользователей. Предложенная концепция стремится минимизировать число активных приемопередатчиков RF, воздействуя на взаимодействие базовых станций, избегая реактивации антенн, когда возникают новые запросы по трафику от пользователей. Принимая во внимание, что использование сетевого взаимодействия MIMO недостаточно для выполнения требований пользователей по QoS, антенны активируются снова, чтобы гарантировать надлежащее обслуживание.
Предложенная концепция может достичь минимальной схемы конфигурации активных антенн в короткий промежуток времени, предоставляя, таким образом, преимущества с точки зрения потребления энергии.
Описанная концепция может использоваться в области архитектуры мобильной связи с беспроводным взаимодействием сетей MIMO, зеленых сетей и/или взаимодействием базовых станций. Используя описанную концепцию, можно уменьшить эксплуатационные затраты (ОРЕХ) в мобильных сетях доступа. Кроме того, эта концепция может использоваться для энергосбережения и/или при ориентации на сети MIMO.
Например, описанная концепция нацелена на сценарии с низкой нагрузкой по трафику как контрольные точки механизма энергосбережения.
Предложенная концепция может использовать сетевое взаимодействие базовой станции MIMO для достижения энергосбережения. Для этого может быть выбрано самое низкое число активных антенн с упором на ресурсы, доступные от многочисленных соседей.
По сравнению с предыдущими методиками, и в определенных ячейках cell breathing, предложенная концепция может гарантировать наилучшую энергосберегающую конфигурацию антенн во время работы системы с низкой нагрузкой. Всякий раз, когда от пользователей поступают дальнейшие требования по трафику, система проверяет их, и прежде чем реактивировать некоторые антенны, система использует все доступные и неиспользованные ресурсы от соседей сетевым взаимодействием с базовой станцией MIMO. С другой стороны, методики cell breathing не могут использовать эту гибкость, и при некоторых обстоятельствах они могут потребовать реактивации всех базовых станций.
Существенное сокращение ОРЕХ может быть достигнуто благодаря принятию предложенной концепции.
Как уже было показано на фигуре 14, вариант воплощения описанной концепции может содержать измерение предлагаемого трафика, проверяя, не находится ли трафик пользователя ниже определенного порога (цикла), реконфигурируя антенны и позволяя базовой станции деактивировать как можно большее число антенн, проверяя, выполняется ли пользовательское качество услуг, реконфигурируя пороги и возвращаясь к измерениям трафика.
Описанная концепция может использовать совместную методику сеть-MIMO, чтобы предоставить услугу пользователям при самом низком потреблении энергии. В других подходах используется методика cell breathing, как это показано на фигуре 15а. Сеть-MIMO объединяет ресурсы от многочисленных соседних ячеек, например, способом соединения перед кодированием (одновременно с предоставлением услуг от многочисленных базовых станций), как показано на фигуре 15b. Методика cell breathing рассматривает только местные ресурсы (одна базовая станция услуг за один раз). Это еще раз показано на фигуре 16а для нужд беспроводного устройства высокой пропускной способности. В противоположность этому, описанная концепция может поддерживать самое малое число активных антенн и обеспечить дополнительные ресурсы от многочисленных взаимодействующих и базовых станций, приводя к максимальному энергосбережению, как это показано на фигуре 16b для беспроводного устройства с высокой пропускной способностью.
Используя описанную концепцию, можно максимально снизить эксплуатационные затраты (ОРЕХ). Кроме того энергосберегающая работа сети при условии низкой нагрузки по трафику и/или использование самого малого числа активных антенн или усилителей мощности, позволяет в любое время обеспечить требования пользователя по качеству услуг (QoS).
Некоторые воплощения изобретения относятся к способу и/или устройству для сохранения энергии в сотовых сетях путем дезактивации максимального количества модулей приемопередатчика или антенн базовой станции взаимодействием с соседними базовыми станциями, используя технологию сети MIMO (не выключая все базовые станции).
В соответствии с одной целью изобретения, способ и/или устройство может работать экономным образом, динамически включая или выключая модули приемопередатчика, используя ступенчатую функцию, которая отображает уменьшение или увеличение нагрузки по трафику на определенном числе модулей приемопередатчика, которые включаются или выключаются одновременно.
Согласно другой цели, способ и/или устройство могут проверить, возможно ли выключение модулей приемопередатчика MIMO на базовой станции, не нарушая требований пользователя по качеству услуг, проверяя, достаточны ли оставшиеся радио-ресурсы (скорость беспроводной передачи) на базовой станции и взаимодействующих станций, чтобы выполнить требования пользователей по качеству услуг.
Кроме того, способ и/или устройство могут автоматически приспособить порог к процессу динамического включения или выключения, определяя пороговое окно на основе текущей сетевой нагрузки (после включения или выключения модулей приемопередатчика).
Согласно этой цели, способ и/или устройство может выбрать группу взаимодействующих базовых станций, с которыми нужно согласовать заимствование ресурсов, чтобы достичь желательного уровня QoS для пользователей. Для этого также можно рассмотреть свойства проводной базовой сети системы беспроводной связи (например, время запаздывания, пропускную способность).
На фигуре 17 показана блок-схема способа 1700 управления узлом системы беспроводной связи согласно одному варианту воплощения изобретения. Устройство содержит множество антенн. Способ 1700 содержит определение 1710 нагрузки по трафику в системе беспроводной связи и определение 1720 имеющейся возможности взаимодействия одного узла с другим узлом системы беспроводной связи. Кроме того, способ 1700 содержит активацию или деактивацию 1730 антенного узла на основе определенной нагрузки по трафику и имеющейся возможности взаимодействия.
Дополнительно, способ 1700 может содержать другие стадии, представляющие цели различных вариантов воплощения, описанных выше.
Хотя некоторые цели описанной концепции были изложены в контексте устройства, специалистам ясно, что эти цели также представляют описание соответствующего способа, где блок или устройство соответствуют стадии способа или признаку стадии способа. Аналогичным образом, цели, описанные в контексте стадии способа, также представляют описание соответствующего блока или элемента или признака соответствующего устройства.
В зависимости от определенных требований варианта воплощения изобретения, последнее может быть реализовано в аппаратных средствах или в программном обеспечении. Вариант воплощения может быть выполнен, используя цифровой носитель, например, гибкий диск, DVD, Blue Ray, CD, ROM, FROM, EPROM, EEPROM или Флэш-память, сохранив на них машиночитаемые управляющие сигналы, которые взаимодействуют (или способны взаимодействовать) с программируемой компьютерной системой для выполнения соответствующего способа. Следовательно, цифровой носитель может считываться компьютером.
Некоторые варианты воплощения изобретения содержат носители данных, имеющие электронно-считаемые управляющие сигналы, которые способны взаимодействовать с программируемой компьютерной системой для выполнения описанных здесь способов.
В основном, варианты воплощения настоящего изобретения могут быть реализованы как продукт компьютерной программы с кодом программы, при этом код программы является оператором для выполнения одного из способов, когда продукт компьютерной программы работает на компьютере. Код программы может быть сохранен, например, на машиночитаемом носителе.
Другие варианты воплощения содержат компьютерную программу для выполнения одного из описанных здесь способов, сохраненного на машиночитаемом носителе.
Иными словами, пример реализации способа согласно изобретению является компьютерной программой, имеющей код программы для выполнения одного из описанных здесь способов, когда компьютерная программа работает на компьютере.
Еще одним примером реализации способов согласно изобретению является носитель информации (или цифровым носителем, или машиночитаемым носителем), содержащий записанную на нем компьютерную программу, необходимую для выполнения одного из описанных здесь способов.
Еще одним примером реализации способов согласно изобретению является поток данных или последовательность сигналов, составляющих компьютерную программу для выполнения одного из описанных здесь способов. Поток данных или последовательность сигналов, например, может быть сконфигурирован для передачи через сеть передачи данных, например, через Интернет.
Еще один вариант воплощения содержит средство обработки, например, компьютер, или профаммируемое логическое устройство, сконфигурированное или адаптированное для выполнения одного из описанных здесь способов.
Другой вариант воплощения содержит компьютер с установленной на нем компьютерной программой для выполнения одного из описанных здесь способов.
В некоторых вариантах воплощения может быть использовано программируемое логическое устройство (например, программируемый на месте массив логических элементов), выполняющее некоторые или все функции описанных здесь способов. В некоторых вариантах воплощения программируемый на месте массив логических элементов может взаимодействовать с микропроцессором, для выполнения одного из описанных здесь способов. В основном, способы предпочтительно выполняются любым аппаратным устройством.
Вышеупомянутые описанные варианты воплощения представлены просто для пояснения принципов настоящего изобретения. Подразумевается, что модификации и изменения описанных здесь схем и деталей будут очевидны для обычных специалистов. Следовательно, изобретение ограничено только прилагаемой формулой изобретения, а не конкретными деталями, представленными посредством описания и объяснения приведенных здесь вариантов воплощения.