5G移動通信網(wǎng)絡(luò)基于能效的資源管理

虞 強

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，全面提升5G移動通信網(wǎng)絡(luò)水平具有重要價值，要踐行全過程資源監(jiān)管機制，實現(xiàn)能效最大化的目標，確保5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

1 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)能效資源管理的意義

近幾年，移動通信網(wǎng)絡(luò)能量消耗問題受到了廣泛關(guān)注，為了減少能耗增多和運行費用支出增多等問題，要積極踐行合理化的控制機制。特別是5G移動通信技術(shù)，其關(guān)鍵能力優(yōu)勢突出，只有踐行合理的能效資源管理方案，才能真正滿足5G愿景[1]。

一方面，全面推進5G移動通信網(wǎng)絡(luò)能效資源管理工作進程，能將能耗控制在可控范圍內(nèi)，維持網(wǎng)絡(luò)能效的管理水平，真正意義上實現(xiàn)資源成本的節(jié)約化管控，為社會穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展提供保障。另一方面，在數(shù)據(jù)流量以及移動終端連接數(shù)量不斷增多的時代背景下，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要想實現(xiàn)全面覆蓋，就要對基站部署工作予以優(yōu)化升級，若是沿用傳統(tǒng)的模式必然會增加產(chǎn)業(yè)的能耗損失，使得發(fā)展環(huán)境和布局模式不匹配技術(shù)標準。因此，要踐行基于能效的資源管理結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的科學、可靠化進步。

2 5G移動通信網(wǎng)絡(luò)基于能效資源管理的路徑

為了全面提升5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應用效果，要依據(jù)能效管控標準，落實更加合理的資源管理方案，從接入控制技術(shù)、功率控制技術(shù)以及基站休眠技術(shù)等方面入手，實現(xiàn)環(huán)保管理和經(jīng)濟效益管理的共贏。

2.1 管理接入控制技術(shù)

能效資源管理模式中，借助合理化的資源配置體系，在不改變物理設(shè)備的基礎(chǔ)上落實相應工作，才能真正實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能和能效資源管理的平衡。在應用網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的過程中，要將建立統(tǒng)一多模用戶匹配網(wǎng)絡(luò)接入模式作為關(guān)鍵，更好地配合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)接入要求，維持用戶QoS基礎(chǔ)的同時，保證網(wǎng)絡(luò)整體性能優(yōu)化和改善工作都能順利落實。在網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)應用的過程中，因為要滿足能效資源管理的需求，所以要多元考量影響因素，涉及信息搜集、信息處理以及選擇決策等，確保選擇算法評估中對應內(nèi)容都能落實到位[2]。例如，選取基于用戶喜好的接入控制算法以及基于模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的接入選擇策略等，能建構(gòu)完整的用戶體驗分析機制，并能更好地滿足應用需求，合理提升接入性能，減少能耗的同時提升資源利用率。接入選擇控制技術(shù)的流程如圖1所示。

圖1 接入選擇控制技術(shù)的流程

2.1.1 信息搜集

網(wǎng)絡(luò)接入選擇算法的準備工作，利用掃描或者是接收廣播形式完成網(wǎng)絡(luò)接入，并且實現(xiàn)對用戶特性、基站參數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的管理，從而進一步提升信道質(zhì)量管控效果，維持安全性、時延、網(wǎng)絡(luò)連接時間等管理工作的平衡。最關(guān)鍵的是，在信息收集的過程中要兼顧用戶體驗和網(wǎng)絡(luò)整體性能優(yōu)化狀態(tài)，從而總結(jié)偏好和目的等，為網(wǎng)絡(luò)接入選擇算法的后續(xù)工作提供依據(jù)[3]。

2.1.2 信息處理

因為原始參數(shù)無法直接應用在網(wǎng)絡(luò)接入選擇控制工作環(huán)節(jié)中，因此要對其進行計算和處理。例如，對評價信道質(zhì)量的參數(shù)予以信息收集，要結(jié)合搜集的目標基站信號強度和干擾基站信號強度落實對應的分析工作，加之參數(shù)處于不等的數(shù)量級，所以無法有效比較。

2.1.3 決策選擇

結(jié)合搜集并且處理完畢的數(shù)據(jù)，建立對應的判決模式，然后聯(lián)動網(wǎng)絡(luò)接入方案，就能獲取包含各個參數(shù)公式和計算要求的衡量體系。配合模糊數(shù)學、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及拍賣理論等匹配完整的用戶接入網(wǎng)絡(luò)模式，真正提高整體網(wǎng)絡(luò)應用的效能[4]。

2.2 功率控制技術(shù)

若是依照功率控制的基本方式進行分類，主要分為開環(huán)功率控制技術(shù)、閉環(huán)功率控制技術(shù)、外環(huán)功率控制技術(shù)以及反向功率控制技術(shù)等，從而結(jié)合對應的應用標準選取適當?shù)墓β士刂撇呗浴Ｔ诠β士刂乒ぷ髦校竞鸵苿釉O(shè)備之間要建立良性的協(xié)作信息交流模式，并且功率控制對功率調(diào)整對象的管理也非常關(guān)鍵。合理化的功率控制能為基站用戶通信質(zhì)量的優(yōu)化提供保障，維持基站負載調(diào)控的合理性，最大程度上提高能量的應用效率。

第一，在5G移動通信技術(shù)全面發(fā)展的背景下，高密度重疊覆蓋的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式數(shù)量會逐漸增多，使得移動數(shù)據(jù)無論是流量還是終端數(shù)量都會增大，這就對基站部署工作提出了新的挑戰(zhàn)。要想充分滿足綠色通信的標準要求，維護網(wǎng)絡(luò)能效應用規(guī)范性，就要整合功率控制技術(shù)要點，建立最低用戶數(shù)據(jù)傳輸速率環(huán)境下最大發(fā)射功率的優(yōu)化算法，從而維持平均吞吐量的具體要求，真正意義上實現(xiàn)應用和場景的管理。

第二，為了更好地發(fā)揮宏基站覆蓋區(qū)域的應用效能，要配合微基站實現(xiàn)合理化分流，減少宏基站調(diào)控難度和功耗，為系統(tǒng)容量管理提供支持，并且還能提升網(wǎng)絡(luò)應用的綜合效能，打造更加規(guī)范合理的功率控制優(yōu)化模式，為用戶均勻分布管理提供保障。

第三，要基于功率控制技術(shù)分析無線網(wǎng)絡(luò)中靈活帶寬共享（Flexible Bandwidth Sharing，F(xiàn)BS）和主脈沖信號抑制的認知特性，配合迭代梯度搜索算法更好地尋找最大化能效功能設(shè)置規(guī)律，確保能建立完整的算法應用方案，提高網(wǎng)絡(luò)能效的同時，充分考量資源分配問題，實現(xiàn)接入控制算法和功率控制算法的融合，減少FBS消耗的功率，為Femtocell吞吐量的優(yōu)化提供支持[5]。

2.3 基站休眠技術(shù)

在無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)發(fā)展進程不斷加快的時代背景下，通信網(wǎng)絡(luò)能耗也在加重，尤其是基站子系統(tǒng)（Base Station Subsystem，BSS），其消耗的總能耗為60%～80%，所以要想進一步滿足能效資源管控要求，就要從減少基站能耗入手。標準基站消耗的總功率主要分為基站發(fā)射功率產(chǎn)生的能耗和維持基站基本運行的固定能耗，表示為：

式中，a表示基站總能耗和基站發(fā)射功率的正比關(guān)系系數(shù)，射頻放大器損耗等因素都會對其產(chǎn)生影響；b表示固定功耗，與信號處理器蓄電池等輔助設(shè)備功耗相關(guān)聯(lián)[6]。

目前，較為常見的基站休眠處理模式中，集中式處理和分布式處理應用較為廣泛。其中，集中式基站休眠要配合實際應用要求由集中控制中心統(tǒng)一實現(xiàn)信息的控制和處理，而分布式處理應用則要依據(jù)相鄰基站建立完整的信息交流，因此若是中央控制節(jié)點基站結(jié)構(gòu)，則應用集中式處理模式更加流暢，能及時反饋休眠基站的業(yè)務(wù)量轉(zhuǎn)移內(nèi)容和休眠狀態(tài)基站激活信息等，且時效性更好。基站休眠流程的具體步驟如圖2所示。

圖2 基站休眠流程

由圖2可知，要按照標準化流程內(nèi)容落實休眠管理方案。首先，完成基站信息的實時性搜集和匯總處理，確保能及時匯總業(yè)務(wù)量較低或者是無業(yè)務(wù)量的基站信息，從而實現(xiàn)中控管理工作的統(tǒng)一目標。其次，要對基站進行休眠控制，若是集中式控制方式就借助控制中心發(fā)送對應的指令，若是分布式控制中心就需要結(jié)合臨近基站發(fā)送休眠請求和轉(zhuǎn)移量接入請求后，待信息接收成功即可進入對應休眠。最后，休眠執(zhí)行，進入到休眠狀態(tài)，此時基站發(fā)射的功率要調(diào)控到0[7-10]。

3 結(jié) 論

總而言之，在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案中要滿足能效管理標準建立資源管控平臺，就要全面發(fā)揮相應技術(shù)的應用優(yōu)勢，打造更加合理、科學且可靠的應用管理平臺，有效減少能耗造成的浪費，實現(xiàn)5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的目標。