DE102015106715B3 - Method for connecting and / or disconnecting switchable network elements in a mobile radio network and selbiges - Google Patents

Method for connecting and / or disconnecting switchable network elements in a mobile radio network and selbiges Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuschalten und/oder Abschalten von abschaltbaren Netzelementen in einem Mobilfunknetzwerk sowie ein Mobilfunknetzwerk, das dieses Verfahren nutzt. Die Aufgabe der Erfindung, anhand von räumlich-zeitlichen Charakteristika der Datentransferanfragen eine Auswahl an aktiven abschaltbaren Netzelementen zu ermitteln, wird dadurch gelöst, indem – eine räumliche und zeitliche Teilnehmerdichte ermittelt wird, – eine räumliche und eine zeitliche Netzelementdichte der aktiven abschaltbaren Netzelemente ermittelt wird, – eine Relation zwischen der Teilnehmerdichte und der Netzelementdichte gebildet wird, wobei daraus eine optimale Anzahl der aktiven abschaltbaren Netzelemente in dem Mobilfunknetzwerk berechnet wird und dementsprechend abschaltbare Netzelemente räumlich und zeitlich zugeschaltet und/oder abgeschaltet werden.The invention relates to a method for connecting and / or disconnecting switchable network elements in a mobile radio network and a mobile radio network using this method. The object of the invention to determine a selection of active switchable network elements based on spatial-temporal characteristics of the data transfer requests is achieved by: determining a spatial and temporal subscriber density, determining a spatial and a temporal network element density of the active switchable network elements, - A relation between the subscriber density and the network element density is formed, from which an optimal number of active disconnectable network elements in the mobile network is calculated and accordingly switched off network elements spatially and temporally switched on and / or off.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuschalten und/oder Abschalten von Netzelementen in einem Mobilfunknetzwerk sowie ein Mobilfunknetzwerk, das dieses Verfahren nutzt. The invention relates to a method for connecting and / or disconnecting network elements in a mobile radio network as well as a mobile radio network using this method.

Abschaltbare Netzelemente, wobei unter Netzelementen z.B. Mikro-, Piko- oder Femto-Basisstationen, sowie Relay-Basisstationen, Antennen, Antennensysteme, Elemente oder Gruppen von Elementen, von Antennen oder Antennensystemen verstanden werden, können in Niedriglastsituationen, z.B. nachts, wenn wenige Teilnehmer die Funkressourcen nutzen, in einen Standby-Zustand oder wahlweise komplett abgeschaltet werden. Die verschiedenen Zustände der Netzelemente, wie z.B. „aktiv“, „reduzierter Funktionsumfang“, „Standby“ und/oder „deaktiviert“ sind von dem Typ und der Hardware der vorliegenden Netzelemente abhängig. Durch die Einstellung verschiedener Zustände kann sowohl Energie eingespart als auch das Gesamtnetz effizienter betrieben werden. Allgemein werden unter Makrobasisstationen gewöhnliche Basisstationen mit großem Abdeckungsbereich verstanden, wobei diese im Vergleich zu Mikro-, Piko-, Femto-Basisstationen, eine sehr hohe Sendeleistung haben. Zukünftig werden zusätzlich verteilte Antennen und Antennensysteme zum Einsatz kommen, die nicht zwangsweise zu einer Basisstation zählen oder als Basisstation bezeichnen werden können. Switchable network elements, wherein among network elements e.g. Micro, pico or femto base stations, as well as relay base stations, antennas, antenna systems, elements or groups of elements, antennas or antenna systems can be understood in low load situations, e.g. at night, when few participants use the radio resources, in a standby state or optionally completely switched off. The various states of the network elements, e.g. "Active", "reduced functionality", "standby" and / or "disabled" depend on the type and hardware of the network elements present. By setting different states, both energy can be saved and the entire network can be operated more efficiently. In general, macro base stations are understood to mean ordinary base stations with a large coverage area, which have a very high transmission power in comparison with micro, pico, femto base stations. In the future, additionally distributed antennas and antenna systems will be used which can not necessarily be counted as a base station or as a base station.

Des Weiteren wird daher zwischen abschaltbaren Netzelementen und nicht-abschaltbaren Netzelementen unterschieden. Abschaltbare Netzelemente fügen in der Regel Kapazität zum Netz, d.h. dem Mobilfunknetz hinzu. Wohingegen nicht-abschaltbare Netzelemente darüber hinaus zur Signalisierung von Mobilstationen und zur Abdeckung, d.h. flächendeckende Konnektivität, dienen. Demzufolge werden unter nicht-abschaltbaren Netzelementen alle anderen Netzelemente verstanden, die aufgrund der notwendigen Netzabdeckung und Konnektivität für Mobilfunkteilnehmer nicht abgeschaltet werden sollen. Solche Netzelemente sind in der Regel Makrobasisstationen oder Basisstationen, die zu einem Signalisierungsnetzwerk gehören. Furthermore, a distinction is therefore made between disconnectable network elements and non-disconnectable network elements. Disconnectable network elements typically add capacity to the network, i. add to the mobile network. In addition, non-disconnectable network elements are also used to signal mobile stations and to cover, e.g. nationwide connectivity, serve. Consequently, non-disconnectable network elements are understood to mean all other network elements that are not to be switched off due to the necessary network coverage and connectivity for mobile subscribers. Such network elements are typically macro base stations or base stations belonging to a signaling network.

Es ist daher wünschenswert eine Auswahl von bereits installierten Netzelementen zu ermitteln, die in Abhängigkeit von der räumlich-zeitlich dynamischen Datennachfrage zu- oder abgeschaltet werden sollen und können. Dies ist auch insofern von großer Bedeutung, da zukünftige Mobilfunknetzwerke der fünften Generation (5G) unter anderem durch eine sehr hohe Anzahl bzw. Dichte von Netzelementen gekennzeichnet sind und dadurch das Zu- und Abschalten ein sehr komplexes kombinatorisches Problem darstellt. It is therefore desirable to determine a selection of already installed network elements that are to be switched on or off depending on the spatially-temporally dynamic data demand and can. This is also of great importance, since future mobile radio networks of the fifth generation (5G) are characterized, inter alia, by a very high number or density of network elements and thus switching on and off is a very complex combinatorial problem.

Bisher werden im gegenwärtigen Stand der Technik drei Herangehensweisen an das Problem unterschieden. Erstens wird das Optimierungspotential durch eine unterschiedliche Anzahl oder verschiedene Dichten von Basisstationen charakterisiert. Dafür werden oftmals räumlich homogen verteilte Nutzer und Basisstationen angenommen, wobei die Annahmen auf Ansätzen der stochastischen Geometrie beruhen. Heretofore, in the current state of the art, three approaches to the problem are distinguished. First, the optimization potential is characterized by a different number or different densities of base stations. For this purpose, spatially homogeneously distributed users and base stations are often adopted, whereby the assumptions are based on approaches of stochastic geometry.

Oder es wird ausschließlich die zeitliche, aber nicht die räumliche Dynamik der Nutzerdatennachfrage berücksichtigt. In der Regel beinhalten diese Ansätze keine Algorithmen zur dynamischen De- bzw. Aktivierung von Basisstationen. Or only the temporal but not the spatial dynamics of user data demand are considered. As a rule, these approaches do not include any algorithms for the dynamic de-activation or activation of base stations.

Zweitens existieren Ansätze, wie das Mobilfunknetzwerk oder einzelne Basisstationen mittels erstellter Protokolle selbst über die De- bzw. Aktivierung von Basisstationen entscheiden, wie z.B. in der US 2013/0 130 670 A1 . Jedoch sind Offenbarungen über Mechanismen und/oder Algorithmen, die den eigentlichen Entscheidungsvorgang über die De- bzw. Aktivierung beschreiben, selten bis gar nicht zu finden. Secondly, there are approaches on how the mobile radio network or individual base stations by means of established protocols even decide on the de- or activation of base stations, such as in the US 2013/0 130 670 A1 , However, revelations about mechanisms and / or algorithms that describe the actual decision process about the de-activation or activation, rarely or not at all to find.

Bei einer dritten Herangehensweise werden heuristische Algorithmen oder Verfahren angewandt, um Entscheidungen hinsichtlich der Zustände (an/aus) von Basisstationen zu treffen. Diese beruhen oft auf dem Über-/Unterschreiten von Schwellwerten, z.B. bezüglich der Ressourcenauslastung oder der Last von Basisstationen. Es ist jedoch davon auszugehen, dass solche, recht einfachen Lösungen bei räumlich und zeitlich hochdynamischen Verkehrsnachfragen zu keinen optimalen Ergebnissen führen können, zumal oft unklar ist, wie die Ressourcenauslastung nach Zu- und Abschalten von Netzelementen zu ermitteln oder vorherzusagen ist. In a third approach, heuristic algorithms or methods are used to make decisions regarding the states (on / off) of base stations. These are often based on exceeding / falling below thresholds, e.g. in terms of resource utilization or base station load. However, it can be assumed that such simple solutions can not lead to optimal results in spatially and temporally highly dynamic traffic demands, especially since it is often unclear how to determine or predict resource utilization after switching on and off of network elements.

Bisher wird die Robustheit solcher Systeme gegenüber der räumlichen und zeitlichen Zufälligkeit von Datentransferanfragen selten thematisiert. Die notwendige Geolokalisierung von Mobilfunkteilnehmern zur Entscheidungsfindung, welches Netzelement an- oder abzuschalten sei, ist in der Regel ebenfalls zufälligen Fehlern unterworfen, was selten berücksichtigt und offenbart wird. Unter der Geolokalisierung wird die räumliche Ortung der Mobilfunkteilnehmer verstanden, wobei ein Mobilfunkteilnehmer eine autonom funktionierende Einheit darstellt, welche Daten empfangen, senden und übermitteln kann, bspw. auch Maschinen, Autos und andere "Geräte, die diese Anforderungen erfüllen. Until now, the robustness of such systems has rarely been addressed in relation to the spatial and temporal randomness of data transfer requests. The necessary geolocation of mobile subscribers to decide which network element to turn on or off is usually also subject to random errors, which is rarely considered and disclosed. Geolocation is understood to be the spatial location of the mobile subscribers, with a mobile subscriber representing an autonomously functioning unit which can receive, transmit and transmit data, for example machines, cars and other devices that fulfill these requirements.

Beispielsweise werden in „Sleep Mode Techniques for Small Cell Deployments“ in IEEE Communications Magazine S. 72–79, August 2011 allgemeine Strategien beschrieben, wie die Aktivierung von Basisstationen ausgelöst werden kann, entweder basisstationsgetrieben, netzwerkgetrieben oder nutzergetrieben. Dabei sollte die Entscheidung auf Basis der Verkehrslast getroffen werden, z.B. in US 2013/0 281 049 A1 . Algorithmen, die dieses Prinzip umsetzen, werden jedoch nicht offenbart. For example, in "Sleep Mode Techniques for Small Cell Deployments," IEEE Communications Magazine pp. 72-79, August 2011 describes general strategies for triggering base station activation. either base station-driven, network-driven or user-driven. The decision should be based on the traffic load, eg in US 2013/0 281 049 A1 , However, algorithms that implement this principle are not disclosed.

In „Cluster Analysis Based Switching-off Scheme of Base Stations für Energy Saving“ in Journal of Networks, Vol. 7, No. 3, März 2012 wird ein Vorgehen offenbart, bei dem das räumliche Verkehrsaufkommen hinsichtlich seiner Variabilität und anderer Charakteristika klassifiziert wird. Für verschiedene gewählte Klassen werden optimale An- und Ausschaltzeiten für Basisstationen ermittelt unter der Voraussetzung, dass das Verkehrsverhalten einem typischen Tagesprofil folgt. Auf hochdynamische und unplanmäßige Änderungen des Verkehrsaufkommens kann daher nicht eingegangen werden. Räumliche und zeitliche Komponenten des Verkehrs werden nur getrennt betrachtet. In "Cluster Analysis Based Switching-off Scheme of Base Stations for Energy Saving" in Journal of Networks, Vol. 3, March 2012 discloses a procedure in which the spatial traffic is classified in terms of its variability and other characteristics. Optimal on and off times for base stations are determined for different selected classes, provided that the traffic behavior follows a typical daily profile. Therefore, it is not possible to address highly dynamic and unscheduled changes in traffic volume. Spatial and temporal components of traffic are only considered separately.

Klassische Beispiele für heuristische Entscheidungsfindungen basieren auf vordefinierten Schwellwerten bezüglich einer mittleren Zelllast. Unter der Zelllast soll dabei die Auslastung einer Funkzelle bezüglich der Datenmenge und Nutzeranfragen in einem Mobilfunknetzwerk verstanden werden. Derartige heuristische Ansätze werden beispielsweise in „Cell Size Breathing and Possibilities to Introduce Cell Sleep Mode“, 2010 European Wireless Conference; „Dynamic Base Station Switching-On/Off Strategies for Green Cellular Networks“, IEEE Transaction on wireless communications, Vol. 12, No.5 Mai, 2013 und in US 2013/0 137 446 A1 angewendet. Dabei werden sukzessiv Basisstationen ausgeschaltet, entweder direkt, basierend auf der Zelllast oder basierend auf einem von ihr abgeleiteten Qualitätskriterium. Der Einfluss auf das Netzwerk nach der Abschaltung wird hierbei berücksichtigt. Jedoch gibt es keine Kriterien, die die Robustheit des Systems gegenüber der Zufälligkeit des Verkehrs, z.B. von sich zeitlich ändernden Datenanfragen, charakterisieren. Classic examples of heuristic decision making are based on predefined thresholds for a mean cell load. The cell load is understood to mean the utilization of a radio cell with regard to the amount of data and user requests in a mobile radio network. Such heuristic approaches are described, for example, in "Cell Size Breathing and Possibilities to Introduce Cell Sleep Mode", 2010 European Wireless Conference; "Dynamic Base Station Switching-On / Off Strategies for Green Cellular Networks", IEEE Transaction on Wireless Communications, Vol. 12, No.5 May, 2013 and in US 2013/0 137 446 A1 applied. In the process, base stations are switched off successively, either directly, based on the cell load or based on a quality criterion derived from it. The influence on the network after shutdown is considered here. However, there are no criteria characterizing the robustness of the system to the randomness of traffic, eg, time-varying data requests.

S. Stefanatos und A. Alexiou, „Access Point Density and Bandwidth Partitioning in Ultra Dense Wireless Networks”, Jul. 2013, offenbart, wie Basisstationsleistungen und Netzdichten optimal hinsichtlich des Energieverbrauchs ermittelt werden können, wobei Charakteristika von statischen, aber nicht dynamischen Verkehrshotspots berücksichtigt werden. Unter einem Verkehrshotspot werden räumlich beschränkte Regionen mit erhöhtem Verkehrsaufkommen verstanden. S. Stefanatos and A. Alexiou, "Access Point Density and Bandwidth Partitioning in Ultra-Dense Wireless Networks," Jul. 2013, discloses how base station performance and network densities can best be determined in terms of energy consumption, taking into account characteristics of static but non-dynamic traffic hotspots become. A traffic hotspot refers to spatially limited regions with increased traffic volumes.

CN 103607717 A offenbart eine Systemarchitektur, die es ermöglicht, basierend auf einer aktuell vorherrschenden Anzahl von Mobilfunknutzern sowie ihrer jeweiligen Geolokalisierung ein Mobilfunknetzwerk energieeffizient und mit einem hohen Datendurchsatz zu konfigurieren. Dabei werden Zellgrößen innerhalb des Netzwerkes variiert und Basisstationen ausgeschaltet. Die Entscheidung über die Ausschaltung von Basisstationen erfolgt aufgrund des Überschreitens eines Schwellwertes. Historische Daten oder Trends des räumlich variierenden Verkehrs werden nicht direkt berücksichtigt, wodurch es zu einer geringeren Robustheit des Systems gegenüber Ungenauigkeiten in der Geolokalisierung und der Zufälligkeit des Verkehrs kommen kann. Ist die Robustheit des Systems zu gering, können bzw. müssen unter Umständen Mobilfunknutzer unter zu geringen Datenraten leiden. CN 103607717 A discloses a system architecture that makes it possible to configure a cellular network energy efficient and with a high data throughput based on a currently prevailing number of mobile users as well as their respective geolocation. Cell sizes within the network are varied and base stations switched off. The decision to switch off base stations is based on exceeding a threshold value. Historical data or trends in spatially varying traffic are not taken directly into account, which may reduce the robustness of the system to inaccuracies in geolocalization and the randomness of traffic. If the robustness of the system is too low, mobile users may or may not be suffering from low data rates.

In EP 2 787 777 A1 wird ein Verfahren offenbart, das dazu dient, Konflikte beim Abschalten von Basisstationen zu vermeiden. In Niederlastsituationen, d.h. wenn eine Funkzelle nicht ausgelastet ist, können gleichzeitig mehrere Basisstationen entscheiden, wenn ein Verkehrslastschwellwert überschritten/unterschritten wird, in einen Standby-Modus zu schalten. Durch das in der EP 2 787 777 A1 offenbarte Verfahren und das beschriebene Protokoll wird vermieden, dass die restlichen aktiven Basisstationen in Überlast geraten. Die Entscheidung über die Zu- und Abschaltung basiert auf Schwellwerten und Informationen, welche über die Mobilstationen ermittelt werden. In EP 2 787 777 A1 discloses a method that serves to avoid conflicts when switching off base stations. In low-load situations, ie when a radio cell is underutilized, several base stations can simultaneously decide when a traffic load threshold is exceeded / undershot, to switch to a standby mode. The method disclosed in EP 2 787 777 A1 and the protocol described prevent the remaining active base stations from being overloaded. The decision on the connection and disconnection is based on thresholds and information, which are determined by the mobile stations.

Ausgehend von den genannten Nachteilen im bisherigen Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die räumlich-zeitliche Netzelementdichte, z.B. die Anzahl aktiver Basisstationen pro Flächeneinheit, in eine exakte Relation zur Teilnehmerdichte und Datentransfernachfrage zu setzen und anhand der Netzelementdichte eine Auswahl an aktiven abschaltbaren Netzelementen zu ermitteln. Damit soll insbesondere der Energieverbrauch des Gesamtnetzes verringert werden unter gleichzeitiger Reduzierung der Anzahl der An-/Ausschaltvorgänge. Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt stellt die Leistungsfähigkeit des Netzes dar. Diese soll aus Sicht der Teilnehmer zumindest gleich bleiben, wenn nicht gar erhöht werden. On the basis of the aforementioned disadvantages of the prior art, it is an object of the present invention to increase the spatiotemporal network element density, e.g. set the number of active base stations per unit area, in an exact relation to the subscriber density and data transfer demand and to determine a selection of active switchable network elements based on the network element density. This is intended in particular to reduce the energy consumption of the entire network while at the same time reducing the number of on / off operations. Another important aspect is the performance of the network. From the point of view of the participants, this should at least remain the same, if not even higher.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die räumliche und zeitliche Dynamik der Datentransfernachfrage berücksichtigen zu können, wobei dabei auch die Robustheit des Systems gegenüber unvorhergesehenen und plötzlich auftretenden Änderungen der Datentransfernachfrage hergestellt und erhöht werden soll. Die Begriffe Datentransfernachfrage und Datentransferanfrage werden synonymhaft verwendet. A further object of the invention is to be able to take into account the spatial and temporal dynamics of the data transfer demand, while also establishing and increasing the robustness of the system with respect to unforeseen and suddenly occurring changes in the data transfer demand. The terms data transfer request and data transfer request are used synonymously.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mittels eines Verfahrens zum Zuschalten und/oder Abschalten von abschaltbaren Netzelementen in einem mindestens ein Netzelement umfassenden Mobilfunknetzwerk gelöst, indem

  • – eine räumlich und zeitlich abhängige Teilnehmerdichte ermittelt wird, d.h. die (zu erwartende) Dichte von gleichzeitig aktiven Mobilfunkteilnehmern oder Datentransfervorgängen,
  • – eine räumlich und eine zeitlich abhängige Netzelementdichte der aktiven abschaltbaren Netzelemente ermittelt wird,
  • – eine Relation zwischen der Teilnehmerdichte und der Netzelementdichte gebildet wird, wobei daraus eine optimale Anzahl der aktiven abschaltbaren Netzelemente in dem Mobilfunknetzwerk berechnet wird und dementsprechend abschaltbare Netzelemente räumlich und zeitlich zugeschaltet und/oder abgeschaltet werden, wobei die räumlich und zeitlich optimale Anzahl der aktiven abschaltbaren Netzelemente in dem Mobilfunknetzwerk aus einem System aus partiellen Differentialgleichungen berechnet wird.
The object of the present invention is achieved by means of a method for switching on and / or switching off disconnectable network elements in a mobile network comprising at least one network element by
  • A spatially and temporally dependent subscriber density is determined, ie the (expected) density of simultaneously active mobile radio subscribers or data transfer processes,
  • A spatially and temporally dependent network element density of the active switchable network elements is determined,
  • A relation between the subscriber density and the network element density is formed, from which an optimal number of active disconnectable network elements in the mobile radio network is calculated and accordingly switchable network elements spatially and temporally switched on and / or off, the spatially and temporally optimal number of active turn-off Network elements in the mobile network is calculated from a system of partial differential equations.

Eine erfindungsgemäße Form des Systems aus partiellen Differentialgleichungen ist weiter unten beschrieben. An inventive form of the system of partial differential equations is described below.

Mit der erfindungsgemäßen Relation zwischen der ermittelten Teilnehmerdichte und der ermittelten Netzelementdichte können gleichzeitig sowohl die räumlichen als auch die zeitlichen Änderungen von zuzuschaltenden und abzuschaltenden abschaltbaren Netzelementen bestimmt werden. Die Teilnehmerdichte und die Netzelementdichte sind interdependent, d.h. über die genannte Relation wird die Netzelementdichte erhöht, sobald die Teilnehmerdichte ansteigt. Daraufhin sinkt die Teilnehmerdichte wieder, da Datentransfervorgänge durch die zusätzlich eingebrachte Kapazität schneller abgearbeitet werden können. Damit kann auf Änderungen in einem Mobilfunknetzwerk genauer als im bisherigen Stand der Technik reagiert werden, da sowohl räumliche als auch zeitliche Änderungen erfasst und vor allem berücksichtigt werden. Ein Teilnehmer stellt eine autonom funktionierende Einheit darstellt, welche Daten empfangen, senden und übermitteln/transferieren kann, bspw. Telefone, wie Smartphones, aber auch Maschinen, Autos und andere "Geräte, die diese Anforderungen erfüllen. With the relation according to the invention between the determined subscriber density and the determined network element density, both the spatial and the temporal changes of disconnectable network elements to be connected and disconnected can be determined simultaneously. The subscriber density and the network element density are interdependent, i. The network element density is increased via the named relation as soon as the subscriber density increases. As a result, the subscriber density decreases again because data transfer processes can be processed faster due to the additionally introduced capacity. This can be more responsive to changes in a mobile network than in the prior art, since both spatial and temporal changes are recorded and taken into account above all. A subscriber is an autonomous entity that can receive, send and transmit data, such as phones, such as smartphones, but also machines, cars, and other devices that meet those requirements.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Teilnehmerdichte in Abhängigkeit von einem Ort u und einem Zeitpunkt t innerhalb des Mobilfunknetzwerkes aus einer Ankunftsrate von Datentransferanfragen, einer Verringerungsrate von Datentransfervorgängen, einer Teilnehmermobilitätsrate und einer Abwicklungsrate von Datentransfervorgängen berechnet. Die Ankunftsrate ist eine räumlich-zeitlich variable Größe, die angibt, wie viele Datentransferanfragen pro Zeit- und Flächeneinheit im Mobilfunknetzwerk stattfinden. Die Teilnehmerdichte wird mit der Ankunftsrate erhöht. Die Verringerungsrate ist eine räumlich-zeitlich variable Größe, die von der vorherrschenden Teilnehmerdichte abhängig ist und angibt, mit welcher Rate aktive Datentransfervorgänge von Teilnehmern abgebrochen oder von einem Netzelement blockiert werden (z.B. bei Überlast). Sie ist angegeben in Teilnehmer oder Datentransfervorgängen pro Zeit- und Flächeneinheit. Die Abwicklungsrate ist eine räumlich-zeitlich variable Größe, die angibt, wie viele Teilnehmer oder Datentransfervorgänge durch Netzelemente erfolgreich abgearbeitet werden. Sie wird angegeben in Teilnehmer oder Datentransfervorgängen pro Zeit- und Flächeneinheit. In one embodiment of the inventive method, the subscriber density is calculated as a function of a location u and a time t within the mobile radio network from an arrival rate of data transfer requests, a reduction rate of data transfer operations, a subscriber mobility rate and a settlement rate of data transfer operations. The arrival rate is a spatially-temporally variable that indicates how many data transfer requests per time and area units take place in the mobile network. The subscriber density is increased with the arrival rate. The rate of reduction is a spatially-temporally variable which depends on the prevailing subscriber density and indicates the rate at which active data transfers from subscribers are aborted or blocked by a network element (e.g., in the event of an overload). It is specified in participants or data transfer processes per time and area unit. The settlement rate is a spatially-temporally variable variable that indicates how many participants or data transfer processes are successfully processed by network elements. It is specified in participants or data transfer processes per time and area unit.

Die Datentransferanfragen, die Verringerungsrate von Datentransfervorgängen, die Teilnehmermobilitätsrate und die Abwicklungsrate von Datentransfervorgängen wird von einer Basisstation oder in einer zentralen Recheneinheit (kurz Einheit) eines Mobilfunknetzwerkes ermittelt. Damit kann die räumliche und zeitliche Entwicklung von sich ändernden Parametern innerhalb des Mobilfunknetzwerkes für die Zu- und Abschaltung von Netzelementen genutzt werden. The data transfer requests, the reduction rate of data transfer operations, the subscriber mobility rate and the handling rate of data transfer operations are determined by a base station or in a central processing unit (unit short) of a mobile radio network. Thus, the spatial and temporal development of changing parameters within the mobile network for the connection and disconnection of network elements can be used.

Weiterhin wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Abwicklungsrate von Datentransfervorgängen in Abhängigkeit von der Teilnehmerdichte, der Netzelementdichte und einer Kapazität der einzelnen Netzelemente ermittelt. Die Kapazität der einzelnen Netzelemente gibt an, wie viele Teilnehmer durch je ein Netzelement des Mobilfunknetzwerkes pro Zeiteinheit abgearbeitet / bedient werden können. Furthermore, in the method according to the invention, the processing rate of data transfer processes is determined as a function of the subscriber density, the network element density and a capacity of the individual network elements. The capacity of the individual network elements indicates how many subscribers can be processed / operated by one network element of the mobile radio network per time unit.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Ermittlung der Netzelementdichte das Zuschalten und/oder das Abschalten von benachbarten Netzelementen mittels eines räumlich-zeitlich variablen Diffusionsterms und eines räumlich-zeitlich variablen Advektionsterms berücksichtigt. Dabei wird mit dem Diffusionsterm, der u.a. einen Diffusionskoeffizienten enthält, die Mobilität der Teilnehmer pro Netzelement des Mobilfunknetzwerkes durch die Annahme eines Random-Walk-Modells (siehe auch Brown’sche Bewegung) beschrieben. Der Random-Walk ist ein Modell, um eine zufällige, ungerichtete Bewegung eines Teilnehmers zu beschreiben (im Gegensatz zu einer gerichteten Bewegung durch den Advektionsterm). Eine mögliche Realisierung eines Radom-Walk für einen Teilnehmer könnte folgenden Ablauf vorsehen: 1. zufällige Auswahl einer Richtung (gleichmäßig verteilt), 2. zufällige Auswahl einer Distanz, 3. der Teilnehmer bewegt sich in der Richtung nach 1. und zu einem Punkt in Distanz nach 2. mit einer bestimmten Geschwindigkeit und dann in einem 4. Schritt zurück zum Ausgangspunkt. Der Diffusionskoeffizient kann aus der mittleren Geschwindigkeit von Mobilfunkteilnehmern in dem Mobilfunknetzwerk an verschiedenen Positionen u und zu verschiedenen Zeitpunkten t ermittelt werden. Jedoch kann der Diffusionskoeffizient auch durch eine skalare Konstante ersetzt werden, wobei dabei die räumliche Abhängigkeit der mittleren Teilnehmergeschwindigkeit vernachlässigt wird. Durch den Advektionsterm wird eine gerichtete Mobilität der Teilnehmer im Mobilfunknetzwerk beschrieben, wobei mittels eines Vektorfeldes dabei die Möglichkeit besteht, konkrete Geschwindigkeiten und Richtungen für einen „Teilnehmerstrom“ auf Straßen, Gleisen oder in anderen städtischen Umgebungen zu beschreiben. Durch die Beschreibung der Bewegung und Mobilität der Mobilfunkteilnehmer durch Diffusionsterme und Advektionsterme kann die Robustheit und Zuverlässigkeit des Mobilfunknetzwerkes erhöht werden. In a further embodiment of the invention, the connection and / or the switching off of adjacent network elements by means of a spatially-temporally variable diffusion term and a spatially-temporally variable advection term is taken into account in the determination of the network element density. In this case, the mobility of the participants per network element of the mobile radio network is described by the assumption of a random-walk model (see also Brownian motion) with the diffusion term, which includes, inter alia, a diffusion coefficient. The random walk is a model to describe a random, non-directional movement of a participant (as opposed to a directed movement through the advection term). A possible realization of a radom walk for a participant could provide the following sequence: 1. Random selection of a direction (evenly distributed), 2. Random selection of a distance, 3. The participant moves in the direction of 1. and to a point in Distance to 2. at a certain speed and then in a 4th step back to the starting point. The diffusion coefficient can be determined from the average speed of mobile subscribers in the mobile network at different positions u and at different times t. However, the diffusion coefficient can also be replaced by a scalar constant, with the spatial dependence of average participant speed is neglected. The advection term describes a directional mobility of subscribers in the mobile radio network, with the possibility of describing specific speeds and directions for a "subscriber flow" on roads, tracks or in other urban environments by means of a vector field. By describing the movement and mobility of the mobile subscribers by means of diffusion terms and advection terms, the robustness and reliability of the mobile radio network can be increased.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die räumliche und zeitliche Netzelementdichte gleichzeitig ermittelt. Über Netzelemente, die ausschließlich der Signalisierung aber nicht der eigentlichen Datenübertragung dienen und die die gesamte zu betrachtende Fläche eines Mobilfunknetzwerkes abdecken, werden Informationen über die Datentransferanfragen in Abhängigkeit von einem Ort u und der Zeit t gesammelt. Aus diesen Daten wird die räumlich-zeitliche Netzelementdichte ermittelt, entweder direkt in diesen vorbenannten Netzelementen oder in einer zentralen Recheneinheit des Mobilfunknetzwerkes. Aufgrund dieser Werte wird anschließend entschieden, welche Netzelemente an- bzw. abzuschalten sind. In a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention, the spatial and temporal network element density are determined simultaneously. Information about the data transfer requests is collected as a function of a location u and the time t via network elements which serve exclusively for signaling but not for the actual data transmission and which cover the entire area of a mobile radio network to be viewed. From these data, the spatial-temporal network element density is determined, either directly in these aforementioned network elements or in a central processing unit of the mobile network. Based on these values, it is then decided which network elements are to be switched on or off.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die räumlich und zeitlich optimale Anzahl der aktiven abschaltbaren Netzelemente in dem Mobilfunknetzwerk aus einem System aus partiellen Differentialgleichungen berechnet. Eine mögliche Version des partiellen Differentialgleichungssystems ist das folgende, wobei u eine räumliche Koordinate und t die zeitliche Dimension beschreibt: ∂T(u, t) / ∂t = αITI(u, t)(T ^(u, t) – T(u, t)) + ∇(NT(u, t)∇T(u, t)) + V →T(u, t)∇T(u, t) + m(T ^(u, t) – T(u, t))(T ‿(u, t) – T(u, t)) – sRTT(u, t)R(u, t) (1) ∂I(u, t) / ∂t = –μ(I(u, t), T(u, t); μ0) – dI(u, t) + ∇(NI(u, t)∇I(u, t)) + V →I(u, t)∇I(u, t) + Λ(u, t) (2) ∂R(u, t) / ∂t = αTRT(u, t) – dR(u, t) (3) In the method according to the invention, the spatially and temporally optimal number of active switchable network elements in the mobile radio network is calculated from a system of partial differential equations. One possible version of the partial system of differential equations is the following, where u describes a spatial coordinate and t the temporal dimension: ∂T (u, t) / ∂t = α IT I (u, t) (T ^ (u, t) - T (u, t)) + ∇ (N T (u, t) ∇T (u, t)) + V → T (u, t) ∇T (u, t) + m (T ^ (u, t) - T (u, t)) (T ‿ (u, t) - T (u, t)) - s RT T (u, t) R (u, t) (1) ∂I (u, t) / ∂t = -μ (I (u, t), T (u, t); μ 0 ) - d I (u, t) + ∇ (N I (u, t) ∇ I (u, t)) + V → I (u, t) ∇I (u, t) + Λ (u, t) (2) ∂R (u, t) / ∂t = α TR T (u, t) - d R (u, t) (3)

Dabei bezeichnen T(u, t), I(u, t) und R(u, t) die orts- und zeitabhängigen Dichten von Netzelementen, Teilnehmern und regulatorischen Signalen. ∇(·) ist der Nabla-Operator. Alle Terme auf den rechten Seiten der Gleichungen beschreiben Raten bzw. Geschwindigkeiten, wie sich die Dichten räumlich und zeitlich verändern. Beispielsweise ist die Änderungsrate der Netzelementdichte proportional zur Teilnehmerdichte, d.h. je höher die Teilnehmerdichte, desto schneller steigt die Netzelementdichte an. Die Netzelementdichte T(u, t) wird (hier durch T ‿(u, t) und T ^(u, t) nach unten und oben hin beschränkt, was durch die Terme αITI(u, t)(T ^(u, t) – T(u, t)) und m(T ^(u, t) – T(u, t))(T ‿(u, t) – T(u, t)) sicher gestellt wird. Ein Diffusionsterm ∇(NT(u, t)∇T(u, t)) und ein Advektionsterm V →T(u, t)∇T(u, t) mit Diffusionskoeffizienten NT(u, t) und Vektorfeld V →T(u, t) beschreiben einen ungerichteten (Diffusionsterm) und einen gerichteten Fluss (Advektionsterm) der Netzelementdichte. Dadurch kann bewirkt werden, dass Netzelemente die De- bzw. Aktivierung von benachbarten Netzelementen auslösen können. Netzelemente können somit Informationen austauschen, welche durch diesen Fluss bestimmt sind. NT(u, t) und V →T(u, t) können wahlweise auch orts- und zeitunabhängige Konstanten darstellen. Der Term –sRTT(u, t)R(u, t) beschreibt die Rate, mit der Netzelemente abgeschaltet werden. Diese ist sowohl proportional zur Netzelementdichte als auch zur Dichte von regulatorischen Signalen. Letztere wird durch die dritte Differentialgleichung beschrieben. Ihre Rate steigt mit der Netzelementdichte und sinkt, genau dann, wenn αTRT(u, t) – dRR(u, t) < 0. In this case, T (u, t), I (u, t) and R (u, t) denote the location-dependent and time-dependent densities of network elements, subscribers and regulatory signals. ∇ (·) is the Nabla operator. All the terms on the right-hand side of the equations describe rates, or velocities, as the densities change spatially and temporally. For example, the rate of change of the network element density is proportional to the subscriber density, ie the higher the subscriber density, the faster the network element density increases. The network element density T (u, t) is limited (here by T ‿ (u, t) and T ^ (u, t) downwards and upwards, which by the terms α IT I (u, t) (T ^ ( u, t) - T (u, t)) and m (T ^ (u, t) - T (u, t)) (T ‿ (u, t) - T (u, t)). A diffusion term ∇ (N T (u, t) ∇T (u, t)) and a advection term V → T (u, t) ∇T (u, t) with diffusion coefficients N T (u, t) and vector field V → T (u, t) describe a nondirectional (diffusion term) and a directional flux (advection term) of the network element density, which can cause network elements to trigger the deactivation or activation of adjacent network elements, thus allowing network elements to exchange information through it N T (u, t) and V → T (u, t) can optionally also represent position- and time-independent constants The term -s RT T (u, t) R (u, t) describes the rate which is used to switch off network elements, which is both proportional to the network element density and to r density of regulatory signals. The latter is described by the third differential equation. Their rate increases with the network element density and decreases, if and only if α TR T (u, t) -d R R (u, t) <0.

Die räumlich-zeitliche Entwicklung der Teilnehmerdichte I(u, t) wird durch vier Terme beschrieben: Λ(u, t) beschreibt die Ankunftsrate von Teilnehmern bzw. Datentransferanfragen, die z.B. durch Basisstationen ermittelt wird, –dII(u, t) stellt eine Verringerung der aktiven Teilnehmer bzw. Datentransferanfragen dar, z.B. durch Abbruch von Downloadvorgängen aufgrund zu hoher Auslastung der Netzelemente. Der Diffusionsterm ∇(NI(u, t)∇I(u, t)) mit Diffusionskoeffizient NI(u, t) beschreibt die Mobilität der Teilnehmer durch die Annahme eines Random-Walk-Modells (siehe auch Brown’sche Bewegung). NI(u, t) kann aus der mittleren Geschwindigkeit von Mobilfunkteilnehmern an verschiedenen Positionen u und zu verschiedenen Zeitpunkten t ermittelt werden. NI(u, t) kann wahlweise durch eine skalare Konstante ersetzt werden. Zusätzlich kann ein Advektionsterm V →I(u, t)∇I(u, t) eine gerichtete Mobilität der Teilnehmer beschreiben, wobei das Vektorfeld V →I(u, t) die Möglichkeit bietet, konkrete Geschwindigkeiten und Richtungen für einen „Teilnehmerstrom“ auf Straßen, Gleisen oder in anderen städtischen Umgebungen zu beschreiben. Die negative Rate –μ(I(u, t), T(u, t); μ0) beschreibt schließlich, wie schnell Datentransfervorgänge (Downloadvorgänge) abgewickelt werden. Dies ist im Allgemeinen von der Teilnehmerdichte, der Netzelementdichte und der Kapazität der einzelnen Netzelemente abhängig. The spatial-temporal evolution of the participant density I (u, t) is described by four terms: Λ (u, t) describes the arrival rate of participants or data transfer requests, which is determined by base stations, for example -d I I (u, t) represents a reduction of active participants or data transfer requests, for example by aborting downloads due to high utilization of the network elements. The diffusion term ∇ (N I (u, t) ∇I (u, t)) with diffusion coefficient N I (u, t) describes the mobility of participants by assuming a random-walk model (see also Brownian motion) , N I (u, t) can be determined from the average speed of mobile subscribers at different positions u and at different times t. N I (u, t) can optionally be replaced by a scalar constant. In addition, a advection term V → I (u, t) ∇I (u, t) can describe a directed mobility of the subscribers, wherein the vector field V → I (u, t) offers the possibility of specifying specific speeds and directions for a "subscriber stream". on roads, railways or in other urban environments. Finally, the negative rate -μ (I (u, t), T (u, t); μ 0 ) describes how fast data transfer operations (downloads) are handled. This is generally dependent on the subscriber density, the network element density and the capacity of the individual network elements.

Eine mögliche Definition dieser Rate ist folgende: μ(I(u, t)T(u, t); μ0) = μ0 T(u, t)I(u, t) / I(u, t) + q A possible definition of this rate is the following: μ (I (u, t) T (u, t); μ 0 ) = μ 0 T (u, t) I (u, t) / I (u, t) + q

Die Rate ist proportional zur Netzelementdichte, μ0 beschreibt die mittlere Rate mit der ein Netzelement Mobilfunkteilnehmer bedienen kann. q ist dabei eine Konstante q << 1. Der Term μ(I(u, t), T(u, t); μ0) kann darüber hinaus auf bestehende oder zukünftige Mobilfunktechnologien angepasst werden. The rate is proportional to the network element density, μ 0 describes the average rate with the one Network element can serve mobile subscribers. q is a constant q << 1. The term μ (I (u, t), T (u, t); μ 0 ) can also be adapted to existing or future mobile technologies.

Es ist denkbar, dass die Diffusions- und Advektionsterme weggelassen werden, um den Algorithmus in einfacherer Weise implementierbar zu machen. Dabei reduziert sich das System auf ein System gewöhnlicher Differentialgleichungen. It is conceivable that the diffusion and advection terms may be omitted to make the algorithm more easily implementable. The system is reduced to a system of ordinary differential equations.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden für die Berechnung regulatorische Signale, insbesondere Datenströme im Hintergrundnetz (Vernetzung der Netzelemente untereinander inklusive der zentralen Recheneinheit falls vorhanden) zur Indikation der Verringerung der Netzelementdichte, aufgenommen und genutzt. In a further advantageous embodiment of the method, regulatory signals, in particular data streams in the background network (networking of the network elements among one another, including the central arithmetic unit if present) for the purpose of the calculation of the reduction of the network element density, are recorded and used for the calculation.

Die regulatorischen Signale dienen dazu, die Deaktivierung von Netzelementen auszulösen. Im Allgemeinen lösen aktive Teilnehmer die Aktivierung von Netzelementen aus. Aktive Netzelemente, im Modell durch die Netzelementdichte beschrieben, können die Aktivierung von benachbarten Netzelementen auslösen. Die eingestellte Netzelementdichte bestimmt dann, wie schnell oder effektiv Mobilfunkteilnehmer bedient werden können, da generell Funkressourcen einzelner Netzelemente über Mobilfunkteilnehmer aufgeteilt werden, das sogenannte Scheduling. Außerdem werden Informationen aus der Vergangenheit aufgrund der Natur der Differentialgleichungen für die gegenwärtige Optimierung benutzt. The regulatory signals serve to trigger the deactivation of network elements. In general, active participants trigger the activation of network elements. Active network elements, described in the model by the network element density, can trigger the activation of adjacent network elements. The set network element density then determines how quickly or effectively mobile radio subscribers can be served, since in general radio resources of individual network elements are distributed via mobile radio subscribers, the so-called scheduling. In addition, information from the past is used for the current optimization due to the nature of the differential equations.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Netzelementdichte für jeweils einzelne, räumlich abgegrenzte Regionen in dem Mobilfunknetzwerk berechnet, wobei die räumlich abgegrenzte Region mit der eine Zellfläche in dem Mobilfunknetzwerk abdeckenden Basisstation übereinstimmt. Im klassischen zellularen Konzept, besteht jedes Mobilfunknetzwerk aus vielen Mobilfunkzellen, kurz Zellen oder Funkzellen genannt. Eine Funkzelle kennzeichnet einen Bereich, in dem das von einem Netzelement in der Form einer Basisstation eines Mobilfunknetzwerkes gesendete Signal empfangen und fehlerfrei dekodiert werden kann. Die Größe einer Funkzelle ist abhängig von meteorologischen und geografischen Gegebenheiten, Aufbauhöhe und Typ der verwendeten Antennen, der Sendeleistung und dem verwendeten Mobilfunkstandard. Für jede einzelne Zelle des Mobilfunknetzwerkes wird die Netzelementdichte ermittelt, um in Niedriglastsituationen, wenn wenig Teilnehmer die Mobilfunkbasisstationen nutzen, diese in einen Standby-Zustand oder wahlweise komplett abzuschalten. In one embodiment of the method, the network element density is calculated for individual, spatially delimited regions in the mobile radio network, the spatially delimited region coinciding with the base station covering a cell area in the mobile radio network. In the classical cellular concept, each mobile radio network consists of many mobile radio cells, in short called cells or radio cells. A radio cell identifies an area in which the signal transmitted by a network element in the form of a base station of a mobile radio network can be received and decoded without error. The size of a radio cell depends on meteorological and geographical conditions, construction height and type of the antennas used, the transmission power and the mobile radio standard used. For each individual cell of the mobile network, the network element density is determined to be in low load situations, when few participants use the mobile base stations to turn them into a standby state or optionally completely.

Weiterhin sammelt in einer Ausgestaltung des Verfahrens zumindest ein nicht-abschaltbares Netzelement die räumlich-zeitlichen Charakteristika der Datentransferanfragen und in dem zumindest einen nicht-abschaltbaren Netzelement wird die Netzelementdichte gemäß dem System aus partiellen Differentialgleichungen berechnet. Nicht-abschaltbare Netzelement können durch Makrobasisstationen oder ein Netzwerk von Basisstationen, die ausschließlich der Signalisierung aber nicht der eigentlichen Datenübertragung dienen, gebildet werden. Diese Basisstationen sammeln lediglich Informationen über die Datentransferanfragen, wobei unterschiedliche Geolokalisierungsverfahren zum Einsatz kommen können. Furthermore, in one embodiment of the method, at least one non-disconnectable network element collects the spatial-temporal characteristics of the data transfer requests, and in the at least one non-disconnectable network element, the network element density is calculated from partial differential equations according to the system. Non-disconnectable network elements may be formed by macro base stations or a network of base stations dedicated solely to signaling but not to the actual data transmission. These base stations merely collect information about the data transfer requests, using different geolocation techniques.

In einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens wird in einer zentralen Recheneinheit die Netzelementdichte gemäß dem System aus partiellen Differentialgleichungen berechnet. In another embodiment of the method, the network element density is calculated according to the system from partial differential equations in a central processing unit.

Unabhängig davon, ob nicht-abschaltbaren Netzelemente oder eine zentrale Recheneinheit die Berechnung der Netzelementdichte vornimmt, kann das Berechnungsergebnis entweder zu bestimmten Zeitpunkten oder kontinuierlich in die Menge der tatsächlich aktiven Netzelemente übersetzt werden. Die Übersetzung kann bspw. durch die Berechnung von Netzelementdichten in einzelnen, räumlich abgegrenzten Regionen erfolgen. Diese Regionen können bspw. die von den abschaltbaren Netzelementen abgedeckten Flächen sein. Aufgrund dieser Werte, kann die zentrale Einheit oder die nicht-abschaltbaren Netzelemente dann entscheiden, welche dieser Netzelemente an- bzw. abzuschalten sind. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird anordnungsseitig mittels eines Mobilfunknetzwerkes mit zumindest einem nicht-abschaltbaren Netzelement und abschaltbaren Netzelementen gelöst, wobei das zumindest eine nicht-abschaltbare Netzelement als eine zentrale Recheneinheit, sowie eine gesamte zu betrachtende Fläche überdeckend ausgebildet ist und die abschaltbaren Netzelemente durch die zentrale Recheneinheit den Betriebsbereitschaftszustand steuerbar ausgebildet sind. Die zentrale Recheneinheit kann ein nicht-abschaltbares Netzelement sein und ausschließlich der Signalisierung im Mobilfunknetzwerk dienen, wobei dieses Netzelement die gesamte zu betrachtende Fläche, die von dem Mobilfunknetz erfasst werden soll, abdeckt. Die zentrale Recheneinheit kann auch ein zentraler Rechenknoten sein, der an der Signalisierung und der Datenübertragung an sich nicht beteiligt ist. Die zentrale Recheneinheit sammelt aus den abzudeckenden Gebieten Informationen über die Datentransferanfragen. Darauf basierend erfolgt die Berechnung der Netzelementdichte gemäß den angegebenen partiellen Differentialgleichungen und nutzt das beanspruchte Verfahren zum Zuschalten und/oder Abschalten der abschaltbaren Netzelemente. Denn aufgrund der berechneten Werte, kann die zentrale Einheit entscheiden, welche dieser Netzelemente an- bzw. abzuschalten sind. Regardless of whether non-disconnectable network elements or a central processing unit makes the calculation of the network element density, the calculation result can be translated either at specific times or continuously in the amount of actually active network elements. The translation can be done, for example, by calculating network element densities in individual, spatially delimited regions. These regions can be, for example, the areas covered by the switchable network elements. Based on these values, the central unit or non-disconnectable network elements can then decide which of these network elements to turn on or off. The object of the present invention is on the arrangement side solved by means of a mobile network with at least one non-disconnectable network element and disconnectable network elements, wherein the at least one non-disconnectable network element as a central processing unit, as well as an entire surface to be considered overlapping and formed the disconnectable network elements by the central processing unit the operational readiness state are formed controllable. The central processing unit can be a non-disconnectable network element and serve exclusively for signaling in the mobile radio network, this network element covering the entire area to be covered, which is to be detected by the mobile radio network. The central processing unit can also be a central computing node, which is not involved in the signaling and the data transmission per se. The central processing unit collects information about the data transfer requests from the areas to be covered. Based on this, the network element density is calculated according to the specified partial differential equations and uses the claimed method for connecting and / or disconnecting the disconnectable network elements. Because of the calculated values, the central unit can decide which of these network elements to turn on or off.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird anordnungsseitig ebenfalls mittels eines Mobilfunknetzwerkes mit abschaltbaren Netzelementen gelöst, wobei die abschaltbaren Netzelemente eine Netzelementdichte in ihrer jeweiligen Umgebung berechnend ausgebildet sind. Dabei berechnen die abschaltbaren Netzelemente die Netzelementdichte in ihrer Umgebung, z.B. für die sie abdeckende Fläche und entscheiden, basierend auf den berechneten Werten, autonom über ihren Zustand, nämlich ob sie sich an- oder abschalten. Es ist auch denkbar, dass sich die abschaltbaren Netzelemente in einem Standby-Zustand befinden und damit die Möglichkeit behalten, Teilnehmer zu geolokalisieren. The object of the present invention is also solved on the arrangement side by means of a mobile radio network with disconnectable network elements, the disconnectable network elements being designed to calculate a network element density in their respective environment. The switchable network elements calculate the network element density in their environment, e.g. for the surface covering them and, based on the calculated values, decide autonomously about their state, namely whether they turn on or off. It is also conceivable that the disconnectable network elements are in a standby state and thus retain the ability to geolocalize subscribers.

In einer weiteren Ausführung sind die einzelnen abschaltbaren Netzelemente über ein Hintergrundnetzwerk miteinander kommunizierend ausgebildet. Über das Hintergrundnetzwerk können die Informationen über geolokalisierte Teilnehmer zwischen den einzelnen Netzelementen ausgetauscht werden, sodass die einzelnen Netzelemente den Algorithmus des beschriebenen Verfahrens ausführen können. In a further embodiment, the individual switchable network elements are designed to communicate with one another via a background network. Via the background network, the information about geolocalized subscribers can be exchanged between the individual network elements so that the individual network elements can execute the algorithm of the described method.

Bei der Auswahl der hinzu- oder abzuschaltenden Netzelemente kann nicht nur die gegenwärtige, sondern auch die gesamtzeitliche Entwicklung der Datentransferanfrage berücksichtigt werden. Dies kann beispielsweise durch Ableitungsterme, Verzögerung der De- bzw. Aktivierung mittels sogenannter Memory-Terme erfolgen. Mechanismen, wie die gerichtete Advektion oder Diffusion werden hinzugefügt, so dass eine Robustheit gegenüber Fehlern durch räumliche Geolokalisierung von Mobilfunkteilnehmern sowie die generelle Unsicherheit durch zufällig auftretende Datentransferanfragen erzielt wird. Diese Robustheit soll sicherstellen, dass die Leistungsfähigkeit des Netzwerkes, wie sie von Teilnehmern wahrgenommen wird, z.B. über Datendurchsatz, Latenzen, Mobilitätseinschränkungen, etc., nicht negativ beeinträchtigt wird. Zudem wird bei der Berechnung der Teilnehmerdichte ebenfalls ein Diffusionsterm berücksichtigt, der die Mobilität von Mobilfunkteilnehmer, einen sogenannten Random-Walk beschreibt. Dies erhöht ebenfalls die Robustheit des Algorithmus, indem sich bewegende Mobilfunkteilnehmer die Aktivierung von benachbarten Netzelementen auslösen können. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass einzeln auftretende Mobilfunkteilnehmer nicht zwangsläufig die Aktivierung von Netzelementen auslösen können, sofern ihre Datennachfrage vereinzelte Ereignisse mit kurzzeitig erhöhter Basisstationslast / Ressourcenauslastung darstellen. Somit kann eine erhöhte Netzwerkeffizienz erreicht werden. Das System von partiellen Differentialgleichungen kann auf unterschiedliche Art und Weise durch z.B. Faktoren, Diffusionskoeffizienten, Vektorfelder parametrisiert werden, um die Robustheit oder die Effektivität der Reduzierung des Energieverbrauchs zu steuern. Diese Parameter können zudem optimiert und an vorherrschende Gegebenheiten, wie z.B. unterschiedliche Stadteigenschaften oder ortsabhängige Teilnehmermobilität, angepasst werden. Denkbar sind dafür beispielsweise Selbstlern-Algorithmen. When selecting the network elements to be added or removed, not only the current but also the overall development of the data transfer request can be taken into account. This can be done for example by derivation terms, delay the de- or activation by means of so-called memory terms. Mechanisms, such as directional advection or diffusion, are added to provide robustness to spatial geolocalization errors of mobile subscribers, as well as the general uncertainty of randomly occurring data transfer requests. This robustness is intended to ensure that the performance of the network, as perceived by subscribers, e.g. data throughput, latencies, mobility restrictions, etc., is not adversely affected. In addition, a diffusion term which describes the mobility of mobile subscribers, a so-called random walk, is also taken into account in the calculation of the subscriber density. This also increases the robustness of the algorithm by allowing mobile mobile subscribers to initiate the activation of neighboring network elements. Another advantage of the invention is that individually occurring mobile subscribers can not necessarily trigger the activation of network elements, provided that their data request isolated events with short-term increased base station load / resource utilization. Thus, increased network efficiency can be achieved. The system of partial differential equations can be implemented in different ways by e.g. Factors, diffusion coefficients, vector fields can be parametrized to control the robustness or effectiveness of reducing energy consumption. These parameters can also be optimized and adapted to prevailing conditions, such as different city characteristics or location-dependent subscriber mobility. For example, self-learning algorithms are conceivable.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dabei zeigen The invention will be explained in more detail with reference to embodiments. Show

1 Blockschaltbild zur Ermittlung der Netzelementdichte T in Abhängigkeit von einem Ort u und einer Zeit t; 1 Block diagram for determining the network element density T as a function of a location u and a time t;

2 Blockschaltbild zur Ermittlung der Teilnehmerdichte I in Abhängigkeit von einem Ort u und einer Zeit t; 2 Block diagram for determining the subscriber density I as a function of a location u and a time t;

3 Blockschaltbild zur Ermittlung für regulatorische Signale R in Abhängigkeit von einem Ort u und einer Zeit t; 3 Block diagram for the determination of regulatory signals R as a function of a location u and a time t;

4 Blockschaltbild zum optimierten Verfahren zum Zuschalten und/oder Abschalten von abschaltbaren Netzelementen in einem Mobilfunknetzwerk; 4 Block diagram of the optimized method for switching on and / or off of disconnectable network elements in a mobile radio network;

5 Schematische Darstellung der Geolokalisierung durch eine zentrale Recheneinheit oder ein Signalisierungsnetzwerk; 5 Schematic representation of the geolocation by a central processing unit or a signaling network;

6 Schematische Darstellung des De- bzw. Aktivierungsvorganges durch eine zentrale Einheit, das Signalisierungsnetzwerk oder das Netzwerk herkömmlicher Makrobasisstationen; 6 Schematic representation of the de-activation or activation process by a central unit, the signaling network or the network of conventional macro base stations;

7 Schematische Darstellung der Geolokalisierung und Ermittlung der Eingangsdaten durch abschaltbare Netzelemente; 7 Schematic representation of the geolocation and determination of the input data by switchable network elements;

8 Schematische Darstellung des Informationsaustausches zwischen abschaltbaren Netzelementen über ein Hintergrundnetzwerk; 8th Schematic representation of the information exchange between disconnectable network elements via a background network;

9 Schematische Darstellung der aktivierten und deaktivierten abschaltbaren Netzelemente nach Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 9 Schematic representation of the activated and deactivated turn-off network elements after execution of the method according to the invention.

Die 1 bis 3 zeigen jeweils ein Blockschaltbild zur Ermittlung der Netzelementdichte T, der Teilnehmerdichte I, sowie für regulatorische Signale R jeweils in Abhängigkeit von einem Ort u und einer Zeit t. The 1 to 3 each show a block diagram for determining the network element density T, the subscriber density I, as well as for regulatory signals R respectively as a function of a location u and a time t.

Für die Ermittlung dieser Daten wurden spezielle Beziehungen zwischen der Netzelement- und Teilnehmerdichte aufgestellt, die sich über ein System partieller Differentialgleichungen ausdrücken lassen und mit denen die Realität modelliert werden kann. For the determination of these data, special relationships between the network element and participant density were established, which are expressed by a system of partial differential equations let and with which the reality can be modeled.

Eine mögliche Version des partiellen Differentialgleichungssystems ist das folgende, wobei u eine räumliche Koordinate und t die zeitliche Dimension beschreibt: ∂T(u, t) / ∂t = αITI(u, t)(T ^(u, t) – T(u, t)) + ∇(NT(u, t)∇T(u, t)) + V →T(u, t)∇T(u, t) + m(T ^(u, t) – T(u, t))(T ‿(u, t) – T(u, t)) – sRTT(u, t)R(u, t) (1) ∂I(u, t) / ∂t = –μ(I(u, t), T(u, t); μ0) – dI(u, t) + ∇(NI(u, t)∇I(u, t)) + V →I(u, t)∇I(u, t) + Λ(u, t) (2) ∂R(u, t) / ∂t = αTRT(u, t) – dR(u, t) (3) One possible version of the partial system of differential equations is the following, where u describes a spatial coordinate and t the temporal dimension: ∂T (u, t) / ∂t = α IT I (u, t) (T ^ (u, t) - T (u, t)) + ∇ (N T (u, t) ∇T (u, t)) + V → T (u, t) ∇T (u, t) + m (T ^ (u, t) - T (u, t)) (T ‿ (u, t) - T (u, t)) - s RT T (u, t) R (u, t) (1) ∂I (u, t) / ∂t = -μ (I (u, t), T (u, t); μ 0 ) - d I (u, t) + ∇ (N I (u, t) ∇ I (u, t)) + V → I (u, t) ∇I (u, t) + Λ (u, t) (2) ∂R (u, t) / ∂t = α TR T (u, t) - d R (u, t) (3)

Dabei bezeichnen T(u, t), I(u, t) und R(u, t) die orts- und zeitabhängigen Dichten von Netzelementen, Teilnehmern und regulatorischen Signalen. ∇(·) ist der Nabla-Operator. Alle Terme auf den rechten Seiten der Gleichungen beschreiben Raten bzw. Geschwindigkeiten, wie sich die Dichten räumlich und zeitlich verändern. Z.B. ist die Änderungsrate der Netzelementdichte proportional zur Teilnehmerdichte, d.h. je höher die Teilnehmerdichte, desto schneller steigt die Netzelementdichte an. Die Netzelementdichte T(u, t) wird hier (durch T ‿(u, t) und T ^(u, t) nach unten und oben hin beschränkt, was durch die Terme αITI(u, t)(T ^(u, t) – T(u, t)) und m(T ^(u, t) – T(u, t))(T ‿(u, t) – T(u, t)) sicher gestellt wird. Der Diffusionsterm ∇(NT (u, t)∇T(u, t)) und der Advektionsterm V →T(u, t)∇T(u, t) mit Diffusionskoeffizienten NT(u, t) und Vektorfeld V →T(u, t) beschreiben einen ungerichteten (Diffusionsterm) und einen gerichteten Fluss (Advektionsterm) der Netzelementdichte. Dadurch kann bewirkt werden, dass Netzelemente die De- bzw. Aktivierung von benachbarten Netzelementen auslösen können. Netzelemente können somit Informationen austauschen, welche durch diesen Fluss bestimmt sind. NT(u, t) und V →T(u, t) können wahlweise auch orts- und zeitunabhängige Konstanten darstellen. Der Term –sRTT(u, t)R(u, t) beschreibt die Rate, mit der Netzelemente abgeschaltet werden. Diese ist sowohl proportional zur Netzelementdichte als auch zur Dichte von regulatorischen Signalen. Letztere wird durch die dritte Differentialgleichung beschrieben. Ihre Rate steigt mit der Netzelementdichte und sinkt, genau dann, wenn αTRT(u, t) – dRR(u, t) < 0. In this case, T (u, t), I (u, t) and R (u, t) denote the location-dependent and time-dependent densities of network elements, subscribers and regulatory signals. ∇ (·) is the Nabla operator. All the terms on the right-hand side of the equations describe rates, or velocities, as the densities change spatially and temporally. For example, the rate of change of the network element density is proportional to the subscriber density, ie, the higher the subscriber density, the faster the network element density increases. The network element density T (u, t) is limited here (by T ‿ (u, t) and T ^ (u, t) downwards and upwards, which is represented by the terms α IT I (u, t) (T ^ ( u, t) - T (u, t)) and m (T ^ (u, t) - T (u, t)) (T ‿ (u, t) - T (u, t)). The diffusion term ∇ (N T (u, t) ∇T (u, t)) and the advection term V → T (u, t) ∇T (u, t) with diffusion coefficients N T (u, t) and vector field V → T (u, t) describe a nondirectional (diffusion term) and a directional flux (advection term) of the network element density, which can cause network elements to trigger the deactivation or activation of adjacent network elements, thus allowing network elements to exchange information through it N T (u, t) and V → T (u, t) can optionally also represent position- and time-independent constants The term -s RT T (u, t) R (u, t) describes the rate which is used to switch off network elements, which is both proportional to the network element density and to r density of regulatory signals. The latter is described by the third differential equation. Their rate increases with the network element density and decreases, if and only if α TR T (u, t) -d R R (u, t) <0.

Die räumlich-zeitliche Entwicklung der Teilnehmerdichte I(u, t) wird durch vier Terme beschrieben: Λ(u, t) beschreibt die Ankunftsrate von Teilnehmern bzw. die z.B. durch Netzelemente ermittelt wird, –dII(u, t) stellt eine Verringerung der aktiven Teilnehmer bzw. Datentransfervorgänge dar, z.B. durch Abbruch von Downloadvorgängen aufgrund zu hoher Auslastung der Netzelemente. Der Diffusionsterm ∇(NI(u, t)∇I (u, t)) mit Diffusionskoeffizient NI(u, t) beschreibt die Mobilität der Teilnehmer durch die Annahme eines Random-Walk-Modells (siehe auch Brown’sche Bewegung). NI(u, t) kann aus der mittleren Geschwindigkeit von Mobilfunkteilnehmer an verschiedenen Positionen u und zu verschiedenen Zeitpunkten t ermittelt werden. NI(u, t) kann wahlweise durch eine skalare Konstante ersetzt werden. Zusätzlich kann ein Advektionsterm V →I(u, t)∇I(u, t) eine gerichtete Mobilität der Teilnehmer beschreiben, wobei das Vektorfeld V →I(u, t) die Möglichkeit bietet, konkrete Geschwindigkeiten und Richtungen für einen „Teilnehmerstrom“ auf Straßen, Gleisen oder in anderen städtischen Umgebungen zu beschreiben. Die negative Rate –μ(I(u, t), T(u, t); μ0) beschreibt schließlich, wie schnell Datentransfervorgänge (Downloadvorgänge) abgewickelt werden. The spatial-temporal evolution of the participant density I (u, t) is described by four terms: Λ (u, t) describes the arrival rate of participants or is determined eg by network elements, -d I I (u, t) represents one Reduction of the active participants or data transfer operations is, for example, by aborting downloads due to high utilization of the network elements. The diffusion term ∇ (N I (u, t) ∇I (u, t)) with diffusion coefficient N I (u, t) describes the mobility of participants by assuming a random-walk model (see also Brownian motion) , N I (u, t) can be determined from the average speed of mobile subscribers at different positions u and at different times t. N I (u, t) can optionally be replaced by a scalar constant. In addition, a advection term V → I (u, t) ∇I (u, t) can describe a directed mobility of the subscribers, wherein the vector field V → I (u, t) offers the possibility of specifying specific speeds and directions for a "subscriber stream". on roads, railways or in other urban environments. Finally, the negative rate -μ (I (u, t), T (u, t); μ 0 ) describes how fast data transfer operations (downloads) are handled.

Dies ist im Allgemeinen von der Teilnehmerdichte, der Netzelementdichte und der Kapazität der einzelnen Netzelemente abhängig. This is generally dependent on the subscriber density, the network element density and the capacity of the individual network elements.

Eine mögliche Definition dieser Rate ist folgenden: –μ(I(u, t)T(u, t); μ0) = μ0 T(u, t)I(u, t) / I(u, t) + q Die Rate ist proportional zur Netzelementdichte, μ0 beschreibt die mittlere Rate mit der ein Netzelement Mobilfunkteilnehmer bedienen kann. q ist dabei eine Konstante q << 1. Der Term μ(I(u, t), T(u, t); μ0) kann darüber hinaus auf bestehende oder zukünftige Mobilfunktechnologien angepasst werden. A possible definition of this rate is as follows: -Μ (I (u, t) T (u, t); μ 0 ) = μ 0 T (u, t) I (u, t) / I (u, t) + q The rate is proportional to the network element density, μ 0 describes the average rate at which a network element can serve mobile subscribers. q is a constant q << 1. The term μ (I (u, t), T (u, t); μ 0 ) can also be adapted to existing or future mobile technologies.

Es ist denkbar, dass die Diffusions- und Advektionsterme weggelassen werden, um den Algorithmus in einfacherer Weise implementierbar zu machen. Dabei reduziert sich das System auf ein System gewöhnlicher Differentialgleichungen. It is conceivable that the diffusion and advection terms may be omitted to make the algorithm more easily implementable. The system is reduced to a system of ordinary differential equations.

Die technische Umsetzung und die Übersetzung der Netzelementdichte in eine Menge tatsächlich aktiver Netzelemente können auf vielfältige Weise erfolgen. Eine mögliche Variante ist die im Folgenden beschriebene:
Nicht-abschaltbare Netzelemente, die unabhängig von abschaltbaren Netzelementen die gesamte zu betrachtende Fläche abdecken, können Informationen über die Datentransferanfragen, repräsentiert durch Λ(u, t), sammeln. Dabei können z.B. verschiedene Geolokalisierungsverfahren zum Einsatz kommen. Als nicht-abschaltbaren Netzelemente können beispielsweise Makrobasisstationen oder ein Netzwerk von Basisstationen, welches ausschließlich der Signalisierung aber nicht der eigentlichen Datenübertragung dient, eingesetzt werden. Diese Basisstationen bilden wiederrum ein Signalisierungsnetzwerk. In diesen Basisstationen oder in einer zentralen Recheneinheit 6 kann darauf basierend, die Berechnung der Netzelementdichte gemäß den angegebenen partiellen Differentialgleichungen erfolgen. Zu bestimmten Zeitpunkten oder wahlweise kontinuierlich kann die Netzelementdichte dann in eine Menge tatsächlich aktiver Netzelemente 9 übersetzt werden. Die Übersetzung kann z.B. durch die Berechnung von Netzelementdichten in einzelnen, räumlich abgegrenzten Regionen erfolgen. Diese Regionen können z.B. durch die von den abschaltbaren Netzelementen abgedeckten Flächen gebildet sein. Aufgrund dieser berechneten und übersetzen Werte, kann z.B. die zentrale Einheit 6 dann entscheiden, welche dieser Netzelemente 9, 10 an- bzw. abzuschalten sind.
The technical implementation and the translation of the network element density in a set of actually active network elements can be done in many ways. One possible variant is the following:
Non-disconnectable network elements that cover the entire area to be considered independently of disconnectable network elements can collect information about the data transfer requests, represented by Λ (u, t). For example, different geolocation methods can be used. As non-disconnectable network elements, for example, macro base stations or a network of base stations, which only serves the signaling but not the actual data transmission, can be used. These base stations in turn form a signaling network. In these base stations or in a central processing unit 6 based on that, the Calculation of the network element density according to the given partial differential equations. At certain times, or optionally continuously, the network element density can then be converted into a set of actually active network elements 9 to be translated. The translation can be done, for example, by calculating network element densities in individual, spatially delineated regions. These regions can be formed, for example, by the areas covered by the disconnectable network elements. Because of these calculated and translate values, for example, the central unit 6 then decide which of these network elements 9 . 10 are on or off.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstande können z.B. die abschaltbaren Netzelemente ohne eine zentrale Einheit die Netzelementdichte in ihrer Umgebung, z.B. für die sie abdeckende Fläche, berechnen und basierend auf diesem Wert autonom über ihren Zustand (an/aus) entscheiden. Dabei können sich die abschaltbaren Netzelemente 9, 10 in einem Standby-Zustand befinden und die Möglichkeit behalten, Teilnehmer zu geolokalisieren. Damit die einzelnen Netzelemente den Algorithmus ausführen, können sie sich die Informationen über geolokalisierte Teilnehmer über ein Hintergrundnetzwerk austauschen. In a further embodiment of the subject matter according to the invention, for example, the disconnectable network elements without a central unit can calculate the network element density in its environment, eg for the surface covering it, and autonomously decide on its state (on / off) based on this value. This can be the disconnectable network elements 9 . 10 are in a standby state and retain the ability to geolocalize subscribers. For the individual network elements to execute the algorithm, they can exchange information about geolocalized participants over a background network.

Der Algorithmus zur Ermittlung der Netzelementdichte T(u, t) ist entweder in einer zentralen Recheneinheit 6 oder in einem Signalisierungsnetzwerk oder in einzelnen abschaltbaren Netzelementen implementiert. Dafür werden die Rate für Datentransferanfragen Λ(u, t) als Eingangsdaten 3 bestimmt. Die Parametrisierung erfolgt entweder durch ein Gedächtnis 2 oder einen Speicher, einen Konfigurator, den Netzbetreiber oder durch einen Optimierer oder Optimierungsalgorithmus, wobei diese Komponenten entweder in der zentralen Recheneinheit 6 oder in einem Signalisierungsnetzwerk oder in einzelnen abschaltbaren Netzelementen angeordnet sind. Dies ist in 4 schematisch dargestellt. The algorithm for determining the network element density T (u, t) is either in a central processing unit 6 or implemented in a signaling network or in individual switchable network elements. For this, the rate for data transfer requests Λ (u, t) as input data 3 certainly. The parameterization is done either by a memory 2 or a memory, a configurator, the network operator or by an optimizer or optimization algorithm, these components either in the central processing unit 6 or are arranged in a signaling network or in individual disconnectable network elements. This is in 4 shown schematically.

5 zeigt die Ermittlung der Rate der Datentransferanfragen Λ(u, t) als Eingangsdaten 3 für die zentrale Einheit 6, wobei der Ort und die Zeit der Datentransferanfragen einzelner Teilnehmer in dem Mobilfunknetzwerk aufgenommen und verarbeitet werden. Die Aufnahme und Verarbeitung der Daten kann auch durch ein Signalisierungsnetzwerk oder ein herkömmliches Netzwerk aus Makrobasisstationen erfolgen. 5 shows the determination of the rate of data transfer requests Λ (u, t) as input data 3 for the central unit 6 in which the location and time of the data transfer requests of individual subscribers in the mobile radio network are recorded and processed. The acquisition and processing of the data can also be done by a signaling network or a conventional network of macro base stations.

Nach der Ermittlung der Eingangsdaten berechnet 5 die zentrale Einheit 6, das Signalisierungsnetzwerk oder das Netzwerk herkömmlicher Makrobasisstationen die Netzelementdichte und überträgt diese auf eine Menge an- bzw. auszuschaltender abschaltbarer Netzelemente 9, 10. Die zentrale Einheit 6, das Signalisierungsnetzwerk oder das Netzwerk herkömmlicher Makrobasisstationen veranlasst schließlich die De- bzw. Aktivierung von abschaltbaren Netzelementen 9, 10. Dies ist in 6 dargestellt, wobei die mit einer gestrichelten Ellipse gekennzeichneten Netzelemente 10, die deaktivierten und die mit einer durchgängigen Ellipse gekennzeichneten die aktiven Netzelemente 9 beispielhaft markieren. Calculated after determining the input data 5 the central unit 6 , the signaling network or the network of conventional macro base stations, the network element density and transmits them to a set on or off switchable network elements 9 . 10 , The central unit 6 Finally, the signaling network or the network of conventional macro base stations finally causes the de- or activation of disconnectable network elements 9 . 10 , This is in 6 represented, wherein the marked with a dashed ellipse network elements 10 which are disabled and the active network elements marked with a solid ellipse 9 mark as an example.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen die 7 und 8 die Geolokalisierung durch die Netzelemente selbst und den Informationsaustausch der aufgenommenen Eingangsdaten Λ(u, t) zwischen den abschaltbaren Netzelementen 9, 10. In a further embodiment of the present invention, FIGS 7 and 8th the geolocation by the network elements themselves and the exchange of information of the recorded input data Λ (u, t) between the disconnectable network elements 9 . 10 ,

Die 9 zeigt schließlich die nach der Ausführung des in 4 gezeigten Systems 1 bzw. Algorithmus aktivierten 9 bzw. deaktivierten 10 Netzelemente. Das System der partiellen Differentialgleichungen bzw. der Algorithmus wurde autonom in jedem Netzelement durchgeführt. Dabei stellen die mit einer gestrichelten Ellipse umrandeten Netzelemente, die deaktivierten 10 und die mit einer durchgängigen Ellipse umrandeten die aktiven Netzelemente 9 beispielhaft dar. The 9 finally shows the after the execution of in 4 shown system 1 or algorithm activated 9 or deactivated 10 Network elements. The system of partial differential equations or the algorithm was carried out autonomously in each network element. The network elements surrounded by a dashed ellipse represent the deactivated ones 10 and those with a continuous ellipse bordered the active network elements 9 exemplified.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel können zu den vorbenannten Konfigurationen noch weitere Komponenten 2 hinzukommen. Dadurch kann bei der Auswahl der hinzu- oder abzuschaltenden abschaltbaren Netzelemente nicht nur die gegenwärtige, sondern auch die gesamtzeitliche Entwicklung der Datentransferanfragen berücksichtigt werden. Dies erfolgt mittels Ableitungsterme, Verzögerung der De- bzw. Aktivierung mittels sogenannter Memory-Terme. Mechanismen, wie die gerichtete Advektion oder Diffusion können hinzugefügt werden, so dass eine Robustheit gegenüber Fehlern durch räumliche Geolokalisierung von Mobilfunkteilnehmern sowie die generelle Unsicherheit durch zufällig auftretende Datentransferanfragen erzielt werden kann. Diese Robustheit soll sicherstellen, dass die Leistungsfähigkeit des Netzwerkes, wie sie von Teilnehmern wahrgenommen wird, z.B. über Datendurchsatz, Latenzen, Mobilitätseinschränkungen, etc., nicht negativ beeinträchtigt wird. Zudem wird bei der Berechnung der Teilnehmerdichte ebenfalls ein Diffusionsterm berücksichtigt, der die Mobilität von Mobilfunkteilnehmern, den sogenannten Random-Walk beschreibt. Dies erhöht ebenfalls die Robustheit des Algorithmus bzw. des Mobilfunknetzwerkes, indem sich bewegende Mobilfunkteilnehmer die Aktivierung von benachbarten Netzelementen auslösen können. Jedoch müssen einzeln auftretende Mobilfunkteilnehmer nicht zwangsläufig die Aktivierung von Netzelementen auslösen können, sofern ihre Datennachfrage vereinzelte Ereignisse mit kurzzeitig erhöhter Netzelementlast / Ressourcenauslastung darstellen. Somit kann eine erhöhte Netzwerkeffizienz erreicht werden. Das System von partiellen Differentialgleichungen kann auf unterschiedliche Art und Weise durch z.B. Faktoren, Diffusionskoeffizienten, Vektorfelder, parametrisiert werden, um die Robustheit oder die Effektivität der Reduzierung des Energieverbrauchs zu steuern. Diese Parameter können zudem optimiert und an vorherrschende Gegebenheiten, wie z.B. unterschiedliche Stadteigenschaften oder ortsabhängige Teilnehmermobilität, angepasst werden. Denkbar sind dafür beispielsweise Selbstlern-Algorithmen. In a further embodiment, other components can be added to the aforementioned configurations 2 added. As a result, not only the current but also the overall development of the data transfer requests can be taken into account in the selection of the switchable network elements to be added or deactivated. This takes place by means of derivation terms, delay of de-activation or activation by means of so-called memory terms. Mechanisms such as directional advection or diffusion can be added to provide robustness to spatial geolocalization errors of mobile subscribers, as well as general uncertainty through random data transfer requests. This robustness is intended to ensure that the performance of the network as perceived by subscribers, eg, through data throughput, latencies, mobility limitations, etc., is not adversely affected. In addition, a diffusion term which describes the mobility of mobile subscribers, the so-called random walk, is also taken into account in the calculation of the subscriber density. This also increases the robustness of the algorithm or of the mobile radio network in that mobile mobile subscribers can trigger the activation of neighboring network elements. However, individually occurring mobile subscribers need not necessarily be able to trigger the activation of network elements, if their data demand represent isolated events with a short-term increase in network element load / resource utilization. Thus, increased network efficiency can be achieved. The system of partial differential equations can be parameterized in different ways by eg factors, diffusion coefficients, vector fields to control the robustness or the effectiveness of the reduction of energy consumption. These parameters can also be optimized and adapted to prevailing circumstances, such as different city characteristics or location-dependent participant mobility. For example, self-learning algorithms are conceivable.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Steuerung eines Mobilfunknetzwerkes Control of a mobile network
2 2
Komponenten zur Parametrisierung Components for parameterization
3 3
Eingang entrance
4 4
Ausgang output
5 5
Mittel zur Durchführung der Berechnung der Means for carrying out the calculation of
Differentialgleichungen differential equations
6 6
zentrale Recheneinheit central processing unit
61 61
nicht-abschaltbare Netzelemente non-disconnectable network elements
7 7
Teilnehmer Attendees
8 8th
Mobilfunknetzwerk Mobile network
9 9
aktiviertes Netzelement activated network element
10 10
deaktiviertes Netzelement disabled network element
11 11
Kommunikationspfad zwischen Teilnehmer und Netzelement Communication path between participant and network element
1212
Netzelement  network element
13 13
Kommunikationspfad zwischen zwei Netzelementen Communication path between two network elements
I(u, t)I (u, t)
Teilnehmerdichte  subscriber density
T(u, t)T (u, t)
Netzelementdichte  Network element density

Claims (13)

Verfahren zum Zuschalten und/oder Abschalten von abschaltbaren Netzelementen (12) in einem mindestens ein Netzelement (12) umfassenden Mobilfunknetzwerk, indem – eine räumlich und zeitlich abhängige Teilnehmerdichte ermittelt wird, – eine räumlich und eine zeitlich abhängige Netzelementdichte der aktiven abschaltbaren Netzelemente (12) ermittelt wird, – eine Relation zwischen der Teilnehmerdichte und der Netzelementdichte gebildet wird, wobei daraus eine optimale Anzahl der aktiven abschaltbaren Netzelemente (9) in dem Mobilfunknetzwerk berechnet wird und dementsprechend abschaltbare Netzelemente (12) räumlich und zeitlich zugeschaltet und/oder abgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die räumlich und zeitlich optimale Anzahl der aktiven abschaltbaren Netzelemente (9) in dem Mobilfunknetzwerk aus einem System aus partiellen Differentialgleichungen berechnet wird. Method for connecting and / or disconnecting switchable network elements ( 12 ) in at least one network element ( 12 ) - a spatially and temporally dependent subscriber density is determined, - a spatially and a temporally dependent network element density of the active switchable network elements ( 12 ), a relation between the subscriber density and the network element density is formed, from which an optimal number of the active switchable network elements ( 9 ) is calculated in the mobile radio network and accordingly switchable network elements ( 12 ) spatially and temporally switched on and / or off, characterized in that the spatially and temporally optimal number of active disconnectable network elements ( 9 ) in the mobile radio network is calculated from a system of partial differential equations. Verfahren zum Zuschalten und/oder Abschalten von abschaltbaren Netzelementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System aus partiellen Differentialgleichungen folgende Form hat: ∂T(u, t) / ∂t = αITI(u, t)(T ^(u, t) – T(u, t)) + ∇(NT(u, t)∇T(u, t)) + V →T(u, t)∇T(u, t) + m(T ^(u, t) – T(u, t))(T ‿(u, t) – T(u, t)) – sRTT(u, t)R(u, t) (1) ∂I(u, t) / ∂t = –μ(I(u, t), T(u, t); μ0) – dI(u, t) + ∇(NI(u, t)∇I(u, t)) + V →I(u, t)∇I(u, t) + Λ(u, t) (2) ∂R(u, t) / ∂t = αTRT(u, t) – dR(u, t) (3) wobei T(u, t), I(u, t) und R(u, t) die orts- und zeitabhängigen Dichten von Netzelementen, Teilnehmern und regulatorischen Signalen, ∇(·) den Nabla-Operator, ∇NT(u, t)∇T(u, t) einen Diffusionsterm, V →T(u, t)∇T(u, t) einen Advektionsterm mit NT(u, t) als Diffusionskoeffizient und V →T(u, t) als Vektorfeld einen gerichteten Fluss der Netzelementdichte kennzeichnen, –sRTT(u, t)R(u, t) die Rate, mit der Netzelemente abgeschaltet werden, Λ(u, t) die Ankunftsrate von Teilnehmern oder Datentransferanfragen, –dII(u, t) eine natürliche Verringerung der aktiven Teilnehmer oder Datentransfervorgänge beschreiben und –μ(I(u, t), T(u, t); μ0) schließlich beschreibt, wie schnell Datentransfervorgänge abgewickelt werden. Method for switching on and / or switching off disconnectable network elements according to claim 1, characterized in that the system of partial differential equations has the form: ∂T (u, t) / ∂t = α IT I (u, t) (T ^ (u, t) - T (u, t)) + ∇ (N T (u, t) ∇T (u, t)) + V → T (u, t) ∇T (u, t) + m (T ^ (u, t) - T (u, t)) (T ‿ (u, t) - T (u, t)) - s RT T (u, t) R (u, t) (1) ∂I (u, t) / ∂t = -μ (I (u, t), T (u, t); μ 0 ) - d I (u, t) + ∇ (N I (u, t) ∇ I (u, t)) + V → I (u, t) ∇I (u, t) + Λ (u, t) (2) ∂R (u, t) / ∂t = α TR T (u, t) - d R (u, t) (3) where T (u, t), I (u, t) and R (u, t) are the location- and time-dependent densities of network elements, subscribers and regulatory signals, ∇ (·) the Nabla operator, ∇N T (u, t) ∇T (u, t) a diffusion term, V → T (u, t) ∇T (u, t) a advection term with N T (u, t) as a diffusion coefficient and V → T (u, t) as a vector field denote a directional flux of network element density, - RT T (u, t) R (u, t) the rate at which network elements are turned off, Λ (u, t) the arrival rate of subscribers or data transfer requests, -d I I (u , t) describe a natural reduction of the active participants or data transfer operations and -μ (I (u, t), T (u, t); μ 0 ) finally describes how fast data transfer operations are handled. Verfahren zum Zuschalten und/oder Abschalten von abschaltbaren Netzelementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilnehmerdichte in Abhängigkeit von einem Ort x und einem Zeitpunkt t innerhalb des Mobilfunknetzwerkes aus einer Ankunftsrate von Datentransferanfragen, oder einer Verringerungsrate von Datentransfervorgängen, einer Teilnehmermobilitätsrate und einer Abwicklungsrate von Datentransfervorgängen berechnet wird. Method for connecting and / or disconnecting switchable network elements according to claim 1, characterized in that the subscriber density depending on a location x and a time t within the mobile network from an arrival rate of data transfer requests, or a reduction rate of data transfer operations, a subscriber mobility rate and a settlement rate is calculated by data transfer operations. Verfahren zum Zuschalten und/oder Abschalten von abschaltbaren Netzelementen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwicklungsrate von Datentransfervorgängen in Abhängigkeit von der Teilnehmerdichte, der Netzelementdichte und einer Kapazität der einzelnen Netzelemente (12) ermittelt wird. Method for connecting and / or disconnecting switchable network elements according to claim 3, characterized in that the processing rate of data transfer operations in dependence on the subscriber density, the network element density and a capacity of the individual network elements ( 12 ) is determined. Verfahren zum Zuschalten und/oder Abschalten von abschaltbaren Netzelementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Netzelementdichte das Zuschalten und/oder das Abschalten von benachbarten Netzelementen (12) mittels eines Diffusionsterms und eines Advektionsterms berücksichtigt wird. Method for switching on and / or switching off switchable network elements according to claim 1, characterized in that in the determination of the network element density, the connection and / or the switching off of adjacent network elements ( 12 ) is taken into account by means of a diffusion term and a advection term. Verfahren zum Zuschalten und/oder Abschalten von abschaltbaren Netzelementen nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche und zeitliche Netzelementdichte gleichzeitig ermittelt wird. Method for connecting and / or disconnecting switchable network elements after a of the preceding claims, characterized in that the spatial and temporal network element density is determined simultaneously. Verfahren zum Zuschalten und/oder Abschalten von abschaltbaren Netzelementen nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Berechnung regulatorische Signale, nämlich Datenströme in einem Hintergrundnetz, aufgenommen und genutzt werden. Method for switching on and / or switching off disconnectable network elements according to one of the preceding claims, characterized in that for the calculation of regulatory signals, namely data streams in a background network, recorded and used. Verfahren zum Zuschalten und/oder Abschalten von abschaltbaren Netzelementen nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzelementdichte für jeweils einzelne, räumlich abgegrenzte Regionen in dem Mobilfunknetzwerk berechnet wird, wobei die räumlich abgegrenzte Region mit einer Fläche, die ein Netzelement (12) in dem Mobilfunknetzwerk versorgt, übereinstimmt. Method for connecting and / or disconnecting switchable network elements according to one of the preceding claims, characterized in that the network element density is calculated for each individual spatially delimited regions in the mobile radio network, wherein the spatially delimited region with an area containing a network element ( 12 ) in the mobile radio network matches. Verfahren zum Zuschalten und/oder Abschalten von abschaltbaren Netzelementen nach einem der vorherigen Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein nicht-abschaltbares Netzelement (61) die Datentransferanfragen sammelt und in dem zumindest einen nicht-abschaltbaren Netzelement (61) die Netzelementdichte gemäß dem System aus partiellen Differentialgleichungen berechnet wird. Method for switching on and / or switching off disconnectable network elements according to one of the preceding claims 1 or 2, characterized in that at least one non-disconnectable network element ( 61 ) collects the data transfer requests and in the at least one non-disconnectable network element ( 61 ) the network element density is calculated according to the system of partial differential equations. Verfahren zum Zuschalten und/oder Abschalten von abschaltbaren Netzelementen nach einem der vorherigen Ansprüche 1, 2 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zentralen Recheneinheit (6) die Netzelementdichte gemäß dem System aus partiellen Differentialgleichungen berechnet wird. Method for switching on and / or switching off switchable network elements according to one of the preceding claims 1, 2 or 9, characterized in that in a central processing unit ( 6 ) the network element density is calculated according to the system of partial differential equations. Mobilfunknetzwerk mit zumindest einem nicht-abschaltbaren Netzelement (61) und abschaltbaren Netzelementen (12), wobei das zumindest eine nicht-abschaltbare Netzelement (61) als eine zentrale Recheneinheit (6), sowie eine gesamte zu betrachtende Fläche überdeckend ausgebildet ist und die abschaltbaren Netzelemente durch die zentrale Einheit den Betriebsbereitschaftszustand steuerbar ausgebildet sind und die zentrale Einheit das Verfahren zum Zuschalten und/oder Abschalten der abschaltbaren Netzelemente gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 nutzt. Mobile radio network with at least one non-disconnectable network element ( 61 ) and disconnectable network elements ( 12 ), wherein the at least one non-disconnectable network element ( 61 ) as a central processing unit ( 6 ), as well as an entire surface to be considered covering is formed and the disconnectable network elements are formed by the central unit the operational readiness state controllable and the central unit uses the method for connecting and / or switching off the disconnectable network elements according to claims 1 to 10. Mobilfunknetzwerk mit abschaltbaren Netzelementen (12) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die abschaltbaren Netzelemente (12) eine Netzelementdichte in ihrer jeweiligen Umgebung berechnend ausgebildet sind. Mobile network with disconnectable network elements ( 12 ) for carrying out the method according to one of claims 1 to 10, wherein the disconnectable network elements ( 12 ) a network element density are designed to calculate in their respective environment. Mobilfunknetzwerk mit abschaltbaren Netzelementen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen abschaltbaren Netzelemente (12) über ein Hintergrundnetzwerk miteinander kommunizierend (13) ausgebildet sind. Mobile radio network with disconnectable network elements according to claim 12, characterized in that the individual disconnectable network elements ( 12 ) communicating with each other via a background network ( 13 ) are formed.
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