本發(fā)明主要涉及到無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域，特別涉及到基站負(fù)載調(diào)度和基站節(jié)能領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及5g的發(fā)展，一方面，通信基站需求急劇增加，蜂窩網(wǎng)絡(luò)中涌現(xiàn)大量的異構(gòu)基站和多?；荆涣硪环矫?，能耗問(wèn)題日益突出，預(yù)測(cè)至2030年，信息通信技術(shù)(ict)帶來(lái)的能耗將達(dá)到1700twh，其中，蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基站的能耗已成為主要部分。因此，如何減少蜂窩網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，實(shí)現(xiàn)綠色通信已經(jīng)成為目前的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的降低蜂窩網(wǎng)絡(luò)能耗的方法有以下幾種：一是根據(jù)通信負(fù)載情況實(shí)現(xiàn)基站的開(kāi)啟與關(guān)閉或者啟動(dòng)休眠模式；二是動(dòng)態(tài)調(diào)整蜂窩網(wǎng)絡(luò)中各基站的覆蓋范圍；三是采用多基站間的頻譜動(dòng)態(tài)分配；四是對(duì)單基站下的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。同時(shí)，引入可再生新能源解決基站能耗問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要研究問(wèn)題是引入可再生新能源的多能源多模基站的在線(xiàn)負(fù)載調(diào)度方法，在滿(mǎn)足通信服務(wù)質(zhì)量的約束條件下最小化電力購(gòu)買(mǎi)成本，實(shí)現(xiàn)盡可能的利用新能源，達(dá)到節(jié)能的目的。主要內(nèi)容分為以下四個(gè)步驟：

步驟1、建立由多能源供電的多?；灸茉春屯ㄐ畔到y(tǒng)模型。

步驟2、建立數(shù)據(jù)通信任務(wù)能量需求隊(duì)列、電池虛擬隊(duì)列、延時(shí)敏感的虛擬隊(duì)列模型。

步驟3、根據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)、數(shù)據(jù)通信任務(wù)量和新能源產(chǎn)出值，采用lyapunov優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)負(fù)載調(diào)度，在滿(mǎn)足可延時(shí)任務(wù)最大時(shí)延約束條件下使基站通信電力購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用最低。

步驟4、根據(jù)步驟3通過(guò)求解線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題，得出在線(xiàn)負(fù)載調(diào)度方法。

附圖說(shuō)明

圖1是多能源供電的多?；鞠到y(tǒng)模型圖。

圖2是系統(tǒng)調(diào)度模型圖。

圖3是通信電力購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用和平均時(shí)延隨變化圖，取。

圖4是通信電力購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用和平均時(shí)延隨變化圖，取。

圖5是不同策略下的基站能耗對(duì)比。

具體實(shí)施方式

步驟1、建立由多能源供電的多?；鞠到y(tǒng)模型。

本發(fā)明構(gòu)建了一個(gè)由多能源供電的多?；灸Ｐ停ǘ喾N能源供電和多種通信模式接入，如圖1所示。其中多種能源供電包括電網(wǎng)供電、蓄電池供電和可再生新能源(本地風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電站)供電。由于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電站是基站自建的本地發(fā)電站，屬于成本范疇，所以暫不考慮到電力花費(fèi)中，只需要考慮從電網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)的電力花費(fèi)。本發(fā)明中的基站能源采用互聯(lián)的形式，可以把從各種能源處獲得的電能供給基站運(yùn)行。多模基站模型包括已有的通信接入模式2g、3g和4g，每種模式下通信負(fù)載基于隊(duì)列模式通信。

步驟2、建立數(shù)據(jù)通信任務(wù)能量需求隊(duì)列、電池虛擬隊(duì)列和延時(shí)敏感的虛擬隊(duì)列模型。

1）數(shù)據(jù)通信任務(wù)能量需求隊(duì)列模型

一個(gè)蜂窩基站的總功率消耗可以看成是由兩個(gè)部分組成，如式（1）所示：

（1）

其中表示的是用于供電和空調(diào)的功率，屬于固定能量消耗部分。是基站和用戶(hù)通信的發(fā)射功率，屬于實(shí)時(shí)可變部分，與即時(shí)通信負(fù)載相關(guān)且呈線(xiàn)性關(guān)系，表示為：

（2）

其中是基站的通信負(fù)載因子，取值在[0,1]之間；是基站空閑的基本能耗。

通過(guò)推導(dǎo)可以得出數(shù)據(jù)通信任務(wù)能量需求，因此有：

（3）

和分別對(duì)應(yīng)在時(shí)隙t上g隊(duì)列的功率需求積壓、可延時(shí)任務(wù)功率分配及可延時(shí)任務(wù)功率需求。

2）電池虛擬隊(duì)列模型

基站蓄電池用于緊急電力供應(yīng)情況，比如停電或者電力不足。同時(shí)也能平緩新能源輸出的不穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)可靠供電。表示蓄電池容量，表示蓄電池必須留存的最低電量，以應(yīng)對(duì)緊急情況。表示時(shí)隙t上蓄電池的電量，表示時(shí)隙t上蓄電池的充電量或放電量，于是有：

（4）

不同的電池種類(lèi)所允許的單位時(shí)隙內(nèi)的最大可充電速率或最大可放電速率是不一樣的，用表示最大可充電速率，用表示最大可放電速率。因此可得另一個(gè)關(guān)于的約束條件：

（5）

為了松弛電池容量約束，引入虛擬隊(duì)列。

（6）

3）負(fù)載調(diào)度模型

基站通信負(fù)載調(diào)度模型如圖2所示，在確保通信隊(duì)列穩(wěn)定的情況下，最小化基站電力購(gòu)買(mǎi)成本的時(shí)間平均值，因此需要在每個(gè)時(shí)隙做出的決策是：1）每個(gè)可延時(shí)任務(wù)隊(duì)列需要完成的任務(wù)量，從而計(jì)算中需從電網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)的電量；2）蓄電池所需電充量（或蓄電池所需放電量），因此優(yōu)化目標(biāo)如式(7)所示：

（7）

subjectto:（8）

（9）

（10）

其中是單位時(shí)隙內(nèi)可再生能源的輸出能量，是隊(duì)列的平均長(zhǎng)度，是隊(duì)列的平均處理速率（即隊(duì)列的平均減少速率），是g隊(duì)列任務(wù)的處理時(shí)間。

4）延時(shí)敏感的虛擬隊(duì)列模型

為了保證隊(duì)列的穩(wěn)定性，引入虛擬隊(duì)列：

（11）

表示的是單位時(shí)隙內(nèi)隊(duì)列g中還存在沒(méi)有完成的可延時(shí)任務(wù)時(shí)的懲罰因子，。

步驟3、利用lyapunov優(yōu)化方法進(jìn)行能源和負(fù)載在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)度。

定義lyapunov函數(shù)如式（12）：

（12）

因此條件lyapunov漂移為：

（13）

其中是狀態(tài)向量。的值為單位時(shí)隙上需要從電網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)的電量值，因此，同時(shí)考慮電力購(gòu)買(mǎi)花費(fèi)和能量需求積壓的增長(zhǎng)，可得目標(biāo)函數(shù)如式（14）：

（14）

步驟4、求解線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題，得出在線(xiàn)負(fù)載調(diào)度方法。

1）在線(xiàn)優(yōu)化

第一步：優(yōu)化

（15）

其中是觀察變量，是決策變量。

第二步：更新

（16）

2）在線(xiàn)調(diào)度：

由于都是實(shí)時(shí)觀測(cè)值，于是可以把式（15）變成一種更簡(jiǎn)單的形式去解決：

（17）

通過(guò)采用線(xiàn)性規(guī)劃方法求解，得出調(diào)度策略結(jié)果和。

通過(guò)仿真結(jié)果圖3和圖4可以看出，當(dāng)η=100，v=120附近時(shí)，是通信隊(duì)列平均時(shí)延與電力購(gòu)買(mǎi)花費(fèi)的平衡點(diǎn)，因此將η設(shè)為100，v設(shè)為120最為合適。

通過(guò)仿真結(jié)果圖5可以看出本發(fā)明的方法相比于沒(méi)有引入新能源和無(wú)調(diào)度策略時(shí)分別降低花費(fèi)68.63%和31.64%。