[发明专利]一种毫米波网络中基于流网络的回传路径规划方法

说明书

本发明提供了一种毫米波网络中基于流网络的回传路径规划方法，涉及通信技术领域，构建毫米波回传网络的无向多图，并将无向多图转化为有向多图，再将有向多图转化为有向简单图，基于有向简单图构建流网络图，并利用Push‑Relabel算法计算流网络图中的最小花费最大流，利用计算所得的最小花费最大流确定每个回传链路上的实际回传工作时隙数，从而在最大化网络回传数据量的基础上最小化全网回传能耗，解决了密集部署毫米波网络中吞吐量最大化的同时能量最小化的回传路径规划问题，节省了网络能耗，使得网络中的毫米波微基站能够将业务通过多条路径回传至多个网关，实现过程简单，能很好地适用于单网关和多网关的场景。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是一种回传路径规划方法。

背景技术

在5G移动通信系统中，毫米波通信因具备大带宽、高定向等突出优势而成为5G网络回传以及用户接入的关键技术之一。在5G回传网络中，支持海量数据传输的路径规划并在此基础上降低回传网络的能耗，对于5G回传网络具有重要意义。一方面，随着用户数据量需求呈指数型增长，如何将大量用户的海量数据回传至核心网，或者将核心网的数据传输至网络用户，支持海量数据回传的路径规划问题变得非常重要；另一方面，在超密集部署的毫米波微小区网络中，毫米波微基站的个数大幅增加，网络能耗的相应提升使得网络在保证回传业务需求的基础上需要尽量的最小化回传网络能耗。

与传统的无线自组织网络不同，毫米波微小区网络中各基站通常是部署在终端设备密集、业务需求巨大、安装环境较好的市区，从而保证毫米波基站的能源供应和修理维护。因此，毫米波微小区网络回传路径的设计与规划时，规划与设计支持回传业务最大化的路径是5G毫米波微小区网络建设中面临的首要挑战，在此基础上实现回传能耗最小化、提高网络能效也是5G毫米波微小区网络设计的目标之一。

对5G毫米波网络回传技术的现有研究主要分为两种：(1)全光纤回传，该技术有传输速率高、可靠性好等显著优势，但由于其高部署成本在密集部署的毫米波微小区基站网络中是不适用的；(2)光纤与毫米波链路混合回传，部分毫米波微基站通过光纤与核心网连接(称连接光纤的毫米波微基站为网关节点)，其他未与光纤连接的毫米波微基站通过毫米波链路以多跳的方式将数据回传至网关；这种回传方式具有容易部署、低成本等优势。需要指出的是，为均衡网络负载、提高网络吞吐量，在光纤与毫米波链路混合回传技术中，通常部署多个网关节点以均衡网络负载，提升网络容量。

发明内容

为了克服现有技术的不足，在本发明技术方案中假设网关节点的个数为M，毫米波微基站的个数为N；网关节点在具备毫米波无线通信能力的同时，通过光纤连接的方式将回传数据传输至核心网络，而毫米波微基站仅仅具备毫米波无线通信能力而并没有光纤连接。此外，毫米波微基站通过波束成型技术，在相邻毫米波微基站之间、以及毫米波微基站与网关之间形成高定向性的多个波束。基于图论模型，可将网络中的毫米波微基站以及网关建模为网络图中的节点，将相邻毫米波微基站之间、以及毫米波微基站与网关之间的K条毫米波链路，建模为网络图中相邻节点之间的K条边，从而毫米波小区网络可被建模为一个无向多图。

本发明主要包括四个部分：(1)构建毫米波回传网络的无向多图，并将无向多图转化为有向多图；(2)将有向多图转化为有向简单图；(3)基于有向简单图构建流网络图，并利用Push-Relabel算法计算流网络图中的最小花费最大流；(4)利用计算所得的最小花费最大流确定每个回传链路上的实际回传工作时隙数，从而在最大化网络回传数据量的基础上最小化全网回传能耗。下面分别介绍以上四个部分的内容：

1、构建毫米波回传网络的无向多图，并将无向多图转化为有向多图。基于图论将毫米波回传网络构建为无向多图，之后对网络中的节点和边进行等效变换，将无向多图转化为有向多图。

2、有向多图转化为有向简单图。在图中增加虚拟流入节点、虚拟流出节点及虚拟边将有向多图转化为有向简单图。