本發明涉及NB-IOT通信技術領域，尤其涉及一種NB-IOT網絡中的節能調度方法。

背景技術：

物聯網市場潛力巨大，即將進入大規模井噴式發展。目前大眾消費市場日趨飽和，導致運營商盈利增長趨緩，亟待尋求新的盈利增長點，根據麥肯錫等多家機構的報告預測，未來5-10年物聯網連接數和市場規模將發生大規模井噴式發展。萬物互聯已成為全球運營商、科技企業和產業聯盟積極布局的重要戰略方向。目前蜂窩網已覆蓋全球90％的人口，覆蓋超過50％的地理位置。基于現有的蜂窩網絡，運營商能夠提供一個非常有競爭力的物聯網技術，就是NB-IoT。NB-IoT在覆蓋、功耗、成本、連接數等方面性能最優，最符合LPWA類業務需求。

NB-IoT具備四大特點：一是廣覆蓋，將提供改進的室內覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現有的網絡增益20dB，覆蓋面積擴大100倍；二是具備支撐海量連接的能力，NB-IoT一個扇區能夠支持10萬個連接，支持低延時敏感度、超低的設備成本、低設備功耗和優化的網絡架構；三是更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機時間可長達10年；四是更低的模塊成本，企業預期的單個接連模塊不超過5美元。

申請號為201110093552.8的中國專利公開了一種無線通信系統的節能方法，針對無線通信系統部署中基站間的覆蓋范圍不相互重疊的場景，考慮到無線通信系統不是時刻處于滿負荷運轉狀態，基站的載波很多時間都是處于空閑狀態，在節能的過程中根據基站負載的變化動態開啟/關閉某一載波節點，節約基站在載波上的能耗，從而達到低碳節能的目的。然而該方法只能應用于單基站的節能，并需要使用自適應負載均衡技術來均衡負載，無法針對整個區域的基站進行宏觀的節能控制。

鑒于上述技術缺陷，本發明創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本創作。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的一種NB-IOT網絡中的節能調度方法。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案，一種NB-IOT網絡中的節能調度方法，包括：

步驟a，主通道負荷超過閾值或者主通道通信故障時，所述的主控制模塊首先對主通道內各節點進行判定，確定負荷超過閾值的節點；

步驟b，主通道確定負荷超過閾值的節點后，將節點替換請求信息傳輸至調度模塊；所述的調度模塊根據主通道對負荷超過閾值或者通信故障的節點首先進行補償節點替換的請求信息，做出控制指令；所述的主通道控制模塊完成節點替換，并按照上述步驟a,重新進行檢測；

步驟c，主控制模塊對節點替換后的通道負荷及故障信息重新進行檢測，若滿足負荷需求，則向所述的調度模塊發送請求信息，所述的調度模塊向主控制模塊發送確認信息；若檢測后不滿足負荷需求，則所述的主控制模塊向所述的調度模塊發送信息，執行步驟d；

步驟d，所述的調度模塊獲取所有備用通道的負荷信息，并進行冗余判定，選擇負荷最低的備用通道；

步驟e，所述的調度模塊將主通道模塊切換為選定的備用通道模塊，則為最佳的節電負荷通道。

進一步地，在上述步驟a中，所述的主控制模塊通過每個節點對載波信號進行取樣及判定，在采樣時，每次取連續的N₁個周期，采樣M₁次，在每一周期內取一瞬時值i，按照下述公式進行計算得出I_m，

式中，I_m0k表示在N₁個周期內的電流平均幅值，I_m表示計算所得電流幅值，N₁表示每次取樣周期，M₁表示取樣次數，w表示信號傳輸頻率，θ表示初始相角，在0-30°之間；k和j表示序號；

在所述的主控制模塊內設置有電流幅值的閾值范圍I₁～I₂，經上述計算得到的電流幅值I_m判斷其是否在預設閾值I₁～I₂范圍內，若是，則斷定節點的電流負載超過閾值或故障存在，若否，則重新進行取樣判斷。

進一步地，在上述步驟d中，調度模塊中包括比較單元，所述的比較單元按照下述公式計算第二備用通道對第一備用通道采集數值的重合度P₂₁；

采用備用通道采集的電流和電壓信號進行判定；

式中，P₂₁(u₁,i₁)表示每組電流和電壓信號的重合度，u₁和i₁分別表示第一備用通道采集的電壓信號、電流信號，u₂和i₂分別表示所述第二備用通道采集的電壓信號、電流信號，T表示均方差運算，I和I'表示積分運算；

所述第二備用通道對第一備用通道的信號重合度P₂₁按照下述公式進行計算；

式中，M表示取樣組數，j表示序列數，P_1j(u₁,i₁)表示每組信號中所述第二備用通道對第一備用通道的信號重合度。

進一步地，所述的比較單元按照下述公式計算第三備用通道對第一備用通道采集數值的重合度P₃₁，本實施例中，采用備用通道采集的電流和電壓信號進行判定；

式中，P₃₁(u₁,i₁)表示每組電流和電壓信號的重合度，u₁和i₁分別表示第一備用通道采集的電壓信號、電流信號，u₃和i₃分別表示所述第二備用通道采集的電壓信號、電流信號，T表示均方差運算，I和I'表示積分運算。

進一步地，NB-IOT網絡系統包括：基于覆蓋范圍內的NB-IOT發射基站的主通道，發射基站通過主通道向終端發射NB-IOT信號信息；基于覆蓋范圍內的NB-IOT發射基站的備用通道組，包括基于在正常狀態時，具有相同信號強度、發射頻率和相同負荷的第一備用通道、第二備用通道和第三備用通道；

還包括對主通道內各節點的負荷及信號傳輸強進行監控及調度的主控制模塊。

與現有技術相比本發明，本發明在節能調度過程中，優先嘗試對主通道的節點的補償替換，若能夠達到節能要求，則繼續采用主通道進行信號傳輸，若補償替換后，仍不能滿足節能要求，則調度模塊切換至負荷最低的備用通道。

本發明通過調度模塊對NB-IOT網絡進行宏觀控制，實現雙重節能。

附圖說明

圖1為本發明的NB-IOT網絡中的節能調度系統的功能框圖；

圖2為本發明的NB-IOT網絡中的主通道的節點的功能框圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。

請參閱圖1所示，其為本發明的NB-IOT網絡中的節能調度系統的功能框圖，本發明實施例基于NB-IOT網絡，通過NB-IOT發射基站覆蓋通信范圍。

本實施例的NB-IOT網絡系統包括：

基于覆蓋范圍內的NB-IOT發射基站的主通道，發射基站通過主通道向終端發射NB-IOT信號信息；

基于覆蓋范圍內的NB-IOT發射基站的備用通道組，包括基于在正常狀態時，具有相同信號強度、發射頻率和相同負荷的第一備用通道、第二備用通道和第三備用通道。

還包括對主通道內各節點的負荷及信號傳輸強進行監控及調度的主控制模塊；

對第一備用通道的負荷進行監控及調度的第一控制模塊；

對第二備用通道的負荷進行監控及調度的第二控制模塊；

對第三備用通道的負荷進行監控及調度的第三控制模塊。

還包括對主控制模塊、第一控制模塊、第二控制模塊及第三控制模塊的數據進行處理，對各通道及主通道內的節點進行控制的調度模塊。

在本發明實施例中，所述的主通道為發射基站覆蓋范圍內的主要通道，在正常通信狀況下，通過該主要通道進行數據傳輸；在遇到主通道故障或者主通道負荷過高時，需要切換至備用通道；但，為了節約NB-IOT網絡系統中的能量消耗，在切換通道時，先對主通道內的故障節點或者高能耗節點進行補償節點切換。

請結合圖2所示，本實施例的主通道，包括多節點，在節點A出現高能耗或故障時，優先嘗試切換至補償節點K。在補償節點K不能夠滿足能耗或主通道不能滿足通信要求時，切換至備用通道。

本發明實施例的NB-IOT網絡節能調度方法的過程為：

步驟a，主通道負荷超過閾值或者主通道通信故障時，所述的主控制模塊首先對主通道內各節點進行判定，確定負荷超過閾值的節點。

所述的主控制模塊通過每個節點對載波信號進行取樣及判定，在采樣時，每次取連續的N₁個周期，采樣M₁次，在每一周期內取一瞬時值i，按照下述公式進行計算得出I_m，

式中，I_m0k表示在N₁個周期內的電流平均幅值，I_m表示計算所得電流幅值，N₁表示每次取樣周期，M₁表示取樣次數，w表示信號傳輸頻率，θ表示初始相角，在0-30°之間；k和j表示序號。

在所述的主控制模塊內設置有電流幅值的閾值范圍I₁～I₂，經上述計算得到的電流幅值I_m判斷其是否在預設閾值I₁～I₂范圍內，若是，則斷定節點的電流負載超過閾值或故障存在，若否，則重新進行取樣判斷。

步驟b，主通道確定負荷超過閾值的節點后，將節點替換請求信息傳輸至調度模塊；所述的調度模塊根據主通道對負荷超過閾值或者通信故障的節點首先進行補償節點替換的請求信息，做出控制指令；所述的主通道控制模塊完成節點替換，并按照上述步驟a,重新進行檢測。

步驟c，主控制模塊對節點替換后的通道負荷及故障信息重新進行檢測，若滿足負荷需求，則向所述的調度模塊發送請求信息，所述的調度模塊向主控制模塊發送確認信息；若檢測后不滿足負荷需求，則所述的主控制模塊向所述的調度模塊發送信息，執行步驟d。

步驟d，所述的調度模塊獲取所有備用通道的負荷信息，并進行冗余判定，選擇負荷最低的備用通道。在調度模塊中包括比較單元，所述的比較單元按照下述公式計算第二備用通道對第一備用通道采集數值的重合度P₂₁，本實施例中，采用備用通道采集的電流和電壓信號進行判定；

式中，P₂₁(u₁,i₁)表示每組電流和電壓信號的重合度，u₁和i₁分別表示第一備用通道采集的電壓信號、電流信號，u₂和i₂分別表示所述第二備用通道采集的電壓信號、電流信號，T表示均方差運算，I和I'表示積分運算；

所述第二備用通道對第一備用通道的信號重合度P₂₁按照下述公式進行計算；

式中，M表示取樣組數，j表示序列數，P_1j(u₁,i₁)表示每組信號中所述第二備用通道對第一備用通道的信號重合度。

所述的比較單元按照下述公式計算第三備用通道對第一備用通道采集數值的重合度P₃₁，本實施例中，采用備用通道采集的電流和電壓信號進行判定；

式中，P₃₁(u₁,i₁)表示每組電流和電壓信號的重合度，u₁和i₁分別表示第一備用通道采集的電壓信號、電流信號，u₃和i₃分別表示所述第二備用通道采集的電壓信號、電流信號，T表示均方差運算，I和I'表示積分運算；

所述的比較單元按照下述公式計算第二備用通道對第三備用通道采集數值的重合度P₂₃，本實施例中，采用備用通道采集的電流和電壓信號進行判定；

式中，P₂₃(u₃,i₃)表示每組電流和電壓信號的重合度，u₃和i₃分別表示第一備用通道采集的電壓信號、電流信號，u₂和i₂分別表示所述第二備用通道采集的電壓信號、電流信號，T表示均方差運算，I和I'表示積分運算；

所述比較單元計算第二備用通道對第一備用通道的信號重合度P₂₁，第三備用通道對第一備用通道的信號重合度P₃₁，第三備用通道對第二備用通道的信號重合度P₃₂。

根據各個重合度值的差值的絕對值的最小者都涉及的備用通道為選定的備用通道。

若P₂₁、P₃₁的差值的絕對值的最小者，則第一備用通道為選定的備用通道。

步驟e，所述的調度模塊將主通道模塊切換為選定的備用通道模塊，則為最佳的節電負荷通道。

本發明在節能調度過程中，優先嘗試對主通道的節點的補償替換，若能夠達到節能要求，則繼續采用主通道進行信號傳輸，若補償替換后，仍不能滿足節能要求，則調度模塊切換至負荷最低的備用通道。

本發明通過調度模塊對NB-IOT網絡進行宏觀控制，實現雙重節能。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。