CN106714241B - 一种基于业务负载及最短平均距离计算的小小区开启方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于业务负载及最短平均距离计算的小小区开启方法，属于移动通信技术领域。在该方法中，首先利用业务负载信息判断出是否要进行小小区开启动作，随后针对候选的关闭状态小小区数目较多的情况，利用CoMP技术特性，找出业务负载最大的一组小小区(其中可能包含宏小区)，最终在候选的处于关闭状态的小小区中选择与该组小小区之间具有最短平均距离的小小区作为开启对象。本发明实现简单、交换的信息量少，且可使得关闭状态的小小区以尽可能长的时间保持关闭状态；同时，还可以响应网络业务量变化的需要，最优化地筛选处于关闭状态的多个小小区，并将其中最合适的小小区快速开启。

Description

一种基于业务负载及最短平均距离计算的小小区开启方法
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，涉及一种基于业务负载及最短平均距离计算的小小区开启方法。
背景技术
为了满足未来移动通信更高的***容量和用户速率需求，业界提出了异构网络(Heterogeneous Networks,HetNets)的***架构，利用宏小区提供相对较大范围内的覆盖，覆盖范围较小的小小区则主要提供容量补偿。但随着室内及热点地区所产生的业务量占总业务量的比重逐年增加，需对异构网络进一步增强。为此3GPP在Release-12中提出小小区增强(Small Cell Enhancement,SCE)的解决方案，其中小小区室内场景及热点场景，与目前业界热点研究技术LTE-Hi在设计场景、技术方案和性能目标等方面密切相关，二者均直接重点针对热点区域和室内区域业务覆盖场景及业务增强目标。
LTE-Hi***是通过在室内或热点地区部署小小区来实现对宏小区业务负载的分流。在负载相对较低的情况下，可能存在众多低业务量或零业务量的小小区，若始终保持小小区处于开启状态，则将有大量能量被浪费。为了节约***能耗，提高能量效率，在业务负载量相对较小的情况下将某些小小区置于关闭(或休眠)状态是目前LTE-Hi***中的研究重点。需要指出的是，小小区的开启与关闭两者密不可分，但目前的工作重心主要集中在如何关闭小小区，仅有极少数的研究同时考虑了开启小小区的方法。
开启小小区的流程大致可归结为：(1)产生某个触发条件/事件；(2)***或(控制中心)作出开启判决；(3)从关闭状态到开启状态的转换；(4)处于开启状态。研究则主要集中在(1)和(3)上，针对触发事件的设计，目前的候选方案主要有业务负载量大小、基于UE到达与离开状况以及基于分组呼叫的到达与完成等；对状态转换过程的研究则主要集中在如何降低转换时间上。
目前业界存在的一种小小区开启方案是通过获得宏小区以及其控制下的各个开启状态小小区的业务负载量，将这些业务量与既定门限值对比，当大于门限值时，则会开启其周围关闭态的小小区。此种方案的缺陷主要有三点：其一，当小小区业务负载升高时，其周围可能存在已开启但业务负载相对较小的小小区，若直接选择开启邻近的关闭态小小区显然不是最佳选择；其二，若负载升高的小小区周围存在多个关闭状态小小区时，应该如何在其中选择哪一个开启；其三，当宏小区负载升高时，应该从众多关闭状态小小区中选择哪一个开启。为了处理以上几个问题，分别出现了相关解决方案，例如，为了筛选出在负载升高时该开启哪个小小区，有方案提出用户终端UE(user equipment)和基站间通过互相交换位置信息以及在不支持定位的***中使用某种三角测量算法来实现定位，当***得知各个位置后，结合网络拓扑信息即可知负载增加的区域附近存在哪些关闭态小小区，但此方案复杂度较高且能耗大。另外，一些方案提出在负载升高时，选择将最后关闭的小小区开启，该方案虽实现简单，但存在准确性问题，例如当新增负载是来自另外一个休眠状态的小小区覆盖范围内而不是最后关闭的小小区时，此时开启最后关闭的小小区的性能则并不是最优的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于业务负载及最短平均距离计算的小小区开启方法，涉及异构网络下LTE-Hi(LTE-Hot spot/indoor)***的小小区开关中的开启控制技术。该方法在网络覆盖范围内选取业务负载量相对较大的小小区和宏小区的集合，通过对比处于关闭状态的各个小小区与该集合中各个元素的平均距离，决定是否存在最适合开启的小小区并触发命令控制其开启。本方法中交换的负载信息只在局部(即各个相互邻近的宏小区和小小区之间)而不用在整个网络层面上收集所有的小小区及宏基站的负载信息，节约了***能耗。另外，为了最大化能量效率，避免开启不必要的小小区，本发明中设计开启小小区的过程在同一宏小区覆盖范围内且同一个开启控制周期内只能在某一个小小区上进行。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于业务负载及最短平均距离计算的小小区开启方法，在该方法中，首先利用业务负载信息判断出是否要进行小小区开启动作，随后针对候选的关闭状态小小区数目较多的情况，利用CoMP(Coordinated Multiple Points，协同多点传输)技术特性，找出业务负载最大的一组小小区(其中可能包含宏小区)，最终在候选的处于关闭状态的小小区中选择与该组小小区之间具有最短平均距离的小小区作为开启对象。
进一步，所述的利用业务负载信息判断出是否要进行小小区开启动作具体为：在网络覆盖范围内选取业务负载量相对较大的小小区和宏小区的集合，通过对比处于关闭状态的各个小小区与该集合中各个元素的平均距离，决定是否存在最适合开启的小小区并触发命令控制其开启；交换的负载信息只在局部(即各个相互邻近的宏小区和小小区之间)而不用在整个网络层面上收集所有的小小区及宏基站的负载信息，节约了***能耗。另外，为了最大化能量效率，避免开启不必要的小小区，本发明中设计开启小小区的过程在同一宏小区覆盖范围内且同一个开启控制周期内只能在某一个小小区上进行。
进一步，在本方法中，宏小区周期性地获得其控制下各个小小区的负载信息以及自身的负载信息；随后判断负载大于门限值λthreshold且持续时间超过Tthreshold的小小区数量占总开启态小小区的比例是否超过门限P，以及宏小区负载是否大于门限λMC-threshold且持续时间超过TMC-threshold；若上述两个条件至少有其一满足，则需要进行开启小小区的动作；需要说明的是，设定门限P的作用在于：虽然某个小小区的负载超过门限λthreshold，但若其周围存在低业务负载的小小区，意味着可将该高负载小小区的一部分业务分流至其周围低业务量的小小区，而不需要去开启某个处于关闭状态的小小区，但当大于门限值λthreshold的小小区的比例超过P时，意味着高负载小小区居多，不再有合适的、仅仅存在低业务负载的、处于开启状态的小小区对网络中所增加的业务进行分流。此时，***(或者控制中心)应当作出开启判决，以便触发某一个处于关闭状态的小小区来实现此目标。
进一步，在本方法中，当需要进行小小区开启动作时，宏小区通过检测其开关记录或小小区状态记录得知哪些小小区处于关闭态；若关闭态小小区只有一个，宏小区直接向其发送开启信号；若超过一个，则利用协同多点传输CoMP技术特性判断出业务量最大的一组小区，随后由网络拓扑得到各关闭状态小区到该组小区内的各个小小区的距离，并在此基础上计算出平均距离，最后选择具有最短平均距离的关闭态小小区并将其开启。
进一步，该方法具体包括以下步骤：
步骤一：在LTE***中，各小区之间通过X2接口实现信息交互；首先，宏小区基站确定自身负载信息，并通过X2接口周期性地接收其控制下的各个小小区所上报的负载信息；假设在某个宏小区网络覆盖范围内的开启态小小区簇为Son＝{SC1，SC2，...，SCM}，收集得到的业务负载信息为λTotal＝{λ1，λ2，...，λM}，宏小区自身负载信息为λMC；随后，宏小区基站判断负载大于门限值λthreshold且持续时间超过Tthreshold的小小区数量占总开启态小小区的比例是否超过门限P，以及宏小区负载是否大于门限λMC-threshold，持续时间超过TMC-threshold；若上述两个条件至少有其一满足，则需要进行开启小小区的动作，即：
或
λMC＞λMC-threshold&&T>TMC-threshold
其中，为负载和持续时间分别大于门限值的小小区数量，M为开启态小小区总数；
步骤二：当宏小区进行完步骤一的判决过程后，若需要进行小小区开启动作，宏小区从其记录中获知哪些小小区目前正处于关闭状态，若目前处于关闭状态的小小区仅有一个，则宏小区直接向该小小区发送开启信号，随后进入步骤五；若候选的小小区超过一个，则宏小区执行步骤三；
步骤三：宏小区确定那些使用CoMP获得服务的UE，并可在其中选取全部或部分UE，得到集合UECoMP＝{UE1，UE2，...，UEX}；随后，依次检测向UEi(i＝1,2,…,X)提供服务的一组小小区(其中可能还包含宏小区，以下同)，例如，可通过检测CoMP信令在该UE与哪几个小区之间进行传输来得到。在实际应用中，一般同时为某一个UE提供服务的小区数为两至三个，所以检测完所有的UE各自对应的CoMP服务小小区之后，可确定出两至三个为最多的UE提供服务的小小区，假设为CH＝{C1，C2，C3}。该组小小区由于为最多UE提供服务，业务负载最重，所以急需开启小小区对其进行业务分流，随后进入步骤四；
步骤四：由于已知网络拓扑状况，宏小区能够在其记录表中得出每个关闭态小小区SCoff＝{SC1，SC2，...，SCj}到集合CH中每一个小区的距离，并计算出每个关闭状态小小区到该小小区组中每个小小区的平均距离，例如SCoff＝{SC1，SC2，SC3}，CH＝{C1，C2，C3}，得到
其中，为SCi到CH的平均距离，为SCi到Cj的距离。对比各个***(或者控制中心)将给具有最短平均距离的处于关闭状态的小小区，即向最优的待开启小小区
发送开启触发信号。
步骤五：处于关闭状态的小小区通过监听接口接收到来自宏小区发送的开启信号后，进入开启操作过程，待该小小区顺利开启后，向宏小区发送开启成功信号，宏小区将更新SCoff与SCon；之后，新开启的小小区将接受来自其周围高负载小小区(或宏小区)发送的业务切换信息，将部分UE切换到其业务链路上，并由其开始提供服务；最后，进入下一个开关控制周期。这里需要指出的是，在步骤四中得到平均距离最短的小小区可能不止一个，此时可以随机选取一个开启。
本发明的有益效果在于：本发明提供的方法实现简单、交换的信息量少，且可使得关闭状态的小小区以尽可能长的时间保持关闭状态；同时，还可以响应网络业务量变化的需要，最优化地筛选处于关闭状态的多个小小区，并将其中最合适的小小区快速开启。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为小小区开关控制场景图；
图2为开启小小区时宏小区端的操作流程图；
图3为开启小小区时小小区端的操作流程图；
图4为利用最小平均距离筛选最优的待开启小小区流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为小小区开关控制场景图，本发明提供的方法包括以下所列四个前提条件和五个主要步骤：
前提条件1：各个小区(包括宏小区和小小区)的位置已知，并且每个小区知道其周围存在的小区，实现此条件可通过运营商在部署网络时进行配置或依据某种自动配置方法(即该方法在某小区后续单独部署进网络时，实现确认其周围小区的功能)。
前提条件2：宏小区端会记录处于其控制之下的各个小小区的状态及相应的历史开关记录。由于本发明主要涉及小小区开启方法，故假设在某个小小区在进入关闭状态前会向其宏小区发送将进入关闭状态的信号，宏小区收到后将记录其状态及关闭操作。在实施开启小小区的操作时，***(或控制中心)则以该记录中的一个或多个小小区作为候选。同样，小小区开启后，其状态及开启操作也会被宏小区所记录。
前提条件3：关闭状态下的小小区并非完全彻底关闭，其存在一个专门用来接收宏小区发送的开启(或唤醒)信号的通信接口，且时刻处于监听状态。
前提条件4：在LTE-A***中，UE可通过使用CoMP技术同时与多个小区连接。LTE-Hi是面向LTE***的一种增强***，因此假设LTE-Hi***中亦可采用CoMP技术。事实上，在LTE-Hi中使用CoMP技术是非常有必要的，在网络负载上升时，通过利用CoMP技术使UE同时接受多个小小区的服务，尤其是小区边缘的UE，不仅保证了用户的QoS，并且在某种意义上来说实现了负载均衡。同时，在本发明方法中，由于采用CoMP技术作为技术实施方案的基础，也使得关闭状态的小小区以尽可能长的时间保持关闭状态，提高了***能量效率。
在上述前提条件的基础上，本发明方案的具体操作步骤为：
步骤一：在LTE***中，各小区之间通过X2接口实现信息交互。首先，宏小区基站确定自身负载信息，并通过X2接口周期性地接收其控制下的各个小小区所上报的负载信息。假设在某个宏小区网络覆盖范围内的开启态小小区簇为Son＝{SC1，SC2，...，SCM}，收集得到的业务负载信息为λTotal＝{λ1，λ2，...，λM}，宏小区自身负载信息为λMC。随后，宏小区基站判断负载大于门限值λthreshold且持续时间超过Tthreshold的小小区数量占总开启态小小区的比例是否超过门限P，以及宏小区负载是否大于门限λMC-threshold，持续时间超过TMC-threshold。若上述两个条件至少有其一满足，则需要进行开启小小区的动作。即：
或
λMC＞λMC-threshold&&T>TMC-threshold
其中，为负载和持续时间分别大于门限值的小小区数量，M为开启态小小区总数。
步骤二：当宏小区进行完步骤一的判决过程后，若需要进行小小区开启动作。宏小区从其记录中获知哪些小小区目前正处于关闭状态，若目前处于关闭状态的小小区仅有一个，则宏小区直接向该小小区发送开启信号，随后进入步骤五。若候选的小小区超过一个，则宏小区执行步骤三。
步骤三：宏小区确定那些使用CoMP获得服务的UE，并可在其中选取全部或部分UE，得到集合UECoMP＝{UE1，UE2，...，UEX}。随后，依次检测向UEi(i＝1,2,…,X)提供服务的一组小小区(其中可能还包含宏小区，以下同)，例如，可通过检测CoMP信令在该UE与哪几个小区之间进行传输来得到。在实际应用中，一般同时为某一个UE提供服务的小区数为两至三个，所以检测完所有的UE各自对应的CoMP服务小小区之后，可确定出两至三个为最多的UE提供服务的小小区，假设为CH＝{C1，C2，C3}。该组小小区由于为最多UE提供服务，业务负载最重，所以急需开启小小区对其进行业务分流，随后进入步骤四。
步骤四：由于已知网络拓扑状况，宏小区可在其记录表中得出每个关闭态小小区SCoff＝{SC1，SC2，...，SCj}到集合CH中每一个小区的距离，并计算出每个关闭状态小小区到该小小区组中每个小小区的平均距离，例如SCoff＝{SC1，SC2，SC3}，CH＝{C1，C2，C3}，得到
其中，为SCi到CH的平均距离，为SCi到Cj的距离。对比各个***(或者控制中心)将给具有最短平均距离的处于关闭状态的小小区，即向最优的待开启小小区
发送开启触发信号。图2为开启小小区时宏小区端的操作流程图。
步骤五：处于关闭状态的小小区通过监听接口接收到来自宏小区发送的开启信号后，进入开启操作过程，待该小小区顺利开启后，向宏小区发送开启成功信号，宏小区将更新SCoff与SCon。之后，新开启的小小区将接受来自其周围高负载小小区(或宏小区)发送的业务切换信息，将部分UE切换到其业务链路上，并由其开始提供服务。最后，进入下一个开关控制周期。这里需要指出的是，在步骤四中得到平均距离最短的小小区可能不止一个，此时可以随机选取一个开启。图3为开启小小区时小小区端的操作流程图。
在LTE-A中CoMP技术可用于提升小区边缘用户的频谱效率并降低小区间干扰，将地理位置上分离的多个基站进行操作，能协同向某个终端进行数据传输或联合接收该终端发送的数据。需要说明的是，在实际的CoMP应用中，为单个终端提供服务的小区(或小小区)一般有两至三个，宏小区自身包括在其内。基于此特性，宏小区首先检测出那些使用CoMP技术来获得服务的UE，随后通过上述信息得到同时为各个UE服务的小区，最后可筛选出两至三个为最多的UE提供服务的小区。例如，UE1通过CoMP与SC1，SC2，MC连接(这里SC代表小小区，MC代表宏小区)，UE2通过CoMP与SC1，SC3，MC连接，UE3通过CoMP与SC1，MC连接，那么为最多UE提供服务的一组小区即为SC1和MC。在得到该小区组后，宏小区通过检测其开关记录或小小区状态记录，并结合网络拓扑得到各个关闭态小小区到该小区组内各个小小区成员(或者宏小区)的距离，并以此计算出平均距离，最后向具有最短平均距离的小小区发送开启(或唤醒)的触发信号，该关闭态小小区接收到来自宏小区发送的信号后，将进入开启(或唤醒)过程。待该小小区正常开启并工作后，将进行UE的重驻选择及业务切换等过程，为上述得到的小区组进行业务分流，并向宏小区发送开启成功的信号。至此，一个开启周期内的所有过程结束。需要指出的是，若前述得到的平均距离最短的小小区不止一个的话，可随机选取一个开启。图4给出了利用CoMP特性和平均距离计算筛选出最优的待开启小小区的过程。
为了进一步理解本方案，将通过图1举例说明，例如在图中SC01及SC02处于关闭状态，通过利用CoMP技术特性找出为最多UE提供服务的一组小小区(或宏小区)为MC0，SC03及SC15。当MC0覆盖范围内需要开启小小区时，SC02将会由宏基站触发控制开启，这是因为(SC02到MC0的距离到SC03的距离到SC15的距离)/3相对于其他处于关闭状态的小小区到这三者的平均距离最小。又例如，若SC21，SC22，SC24处于关闭状态，为最多UE提供服务的小小区及宏小区分别为SC03和MC2，那么SC21由于具有最短平均距离而将被开启。另一个比较特殊的例子是，若SC14，SC15，SC16都处于关闭状态，而为最多UE提供服务的小小区及宏小区分别为SC02和MC1，根据本发明所提出的方案，SC14或SC15都可能被开启，这类情况主要出现在多个关闭态小小区相互距离非常近的场景下，此时随机选择其一开启(假设为SC14)。待正常开启后，下一个周期到来时，如果仍需要进行小小区开启动作，则经过一系列步骤后，SC15则很可能再次被选择并开启。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种基于业务负载及最短平均距离计算的小小区开启方法，其特征在于：在该方法中，首先利用业务负载信息判断出是否要进行小小区开启动作，随后针对候选的关闭状态小小区数目较多的情况，利用协同多点传输CoMP技术特性，找出业务负载最大的一组小小区，最终在候选的处于关闭状态的小小区中选择与该组小小区之间具有最短平均距离的小小区作为开启对象；
该方法具体包括以下步骤：
步骤一：在LTE***中，各小区之间通过X2接口实现信息交互；首先，宏小区基站确定自身负载信息，并通过X2接口周期性地接收其控制下的各个小小区所上报的负载信息；假设在某个宏小区网络覆盖范围内的开启态小小区簇为Son＝{SC1，SC2，...，SCM}，收集得到的业务负载信息为λTotal＝{λ1，λ2，...，λM}，宏小区自身负载信息为λMC；随后，宏小区基站判断负载大于门限值λthreshold且持续时间超过Tthreshold的小小区数量占总开启态小小区的比例是否超过门限P，以及宏小区负载是否大于门限λMC-threshold，持续时间超过TMC-threshold；若上述两个条件至少有其一满足，则需要进行开启小小区的动作，即：
或
λMC＞λMC-threshold&&T＞TMC-threshold
其中，为负载和持续时间分别大于门限值的小小区数量，M为开启态小小区总数；
步骤二：当宏小区进行完步骤一的判决过程后，若需要进行小小区开启动作，宏小区从其记录中获知哪些小小区目前正处于关闭状态，若目前处于关闭状态的小小区仅有一个，则宏小区直接向该小小区发送开启信号，随后进入步骤五；若候选的小小区超过一个，则宏小区执行步骤三；
步骤三：宏小区确定那些使用CoMP获得服务的UE，并可在其中选取全部或部分UE，得到集合UECoMP＝{UE1，UE2，...，UEX}；随后，依次检测向UEi提供服务的一组小小区，i＝1，2，…，X；该组小小区由于为最多UE提供服务，业务负载最重，急需开启小小区对其进行业务分流，随后进入步骤四；
步骤四：由于已知网络拓扑状况，宏小区能够在其记录表中得出每个关闭态小小区SCoff＝{SC1，SC2，...，SCJ}到集合CH中每一个小区的距离，并计算出每个关闭状态小小区到该小小区组中每个小小区的平均距离，对比各个***或者控制中心将给具有最短平均距离的处于关闭状态的小小区，即向最优的待开启小小区
发送开启触发信号；
步骤五：处于关闭状态的小小区通过监听接口接收到来自宏小区发送的开启信号后，进入开启操作过程，待该小小区顺利开启后，向宏小区发送开启成功信号，宏小区将更新SCoff与SCon；之后，新开启的小小区将接受来自其周围高负载小小区或宏小区发送的业务切换信息，将部分UE切换到其业务链路上，并由其开始提供服务；最后，进入下一个开关控制周期。
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