用于帮助解决通信系统中的边界问题的集群优化的系统和方法.pdf

公开了各种设备和方法以支持通信系统中的集群优化。例如，所述通信系统的多个节点可以被分割成多个集群方案。每个集群方案可以包括该集群方案内不相互重叠的多个集群。一个集群方案的至少一个所述集群与至少一个其它集群方案的至少一个所述集群重叠。每个节点可以是至少一个集群方案的至少一个集群中的非边界节点。或者，所述通信系统的多个节点可以被分割成具有扩展和收缩边界的集群。

权利要求书1.  一种方法，其特征在于，包括：将通信系统的多个节点分割成多个集群方案，每个集群方案包括该集群方案内不相互重叠的多个集群，一个集群方案的至少一个集群与至少一个其它集群方案的至少一个集群重叠；以及将网络资源的不同部分分配给所述不同集群方案。2.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个节点都是至少一个集群方案的至少一种集群中的边界节点并且是至少一个其它集群方案的至少一个其它集群中的非边界节点。3.  根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述一部分网络资源分配给所述集群方案包括：在所述集群方案中划分至少一些所述网络资源，这样每个集群方案具有足够的网络资源来服务该集群方案的所述集群内的所述非边界节点。4.  根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步包括：将另一部分的所述网络资源作为公共网络资源分配给所有所述集群方案。5.  根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述公共网络资源仅用于在所述集群方案的优化期间服务所述集群方案中的非边界用户，每个非边界用户表示不过度干扰其它集群以及不接收来自所述同一集群方案中的其它集群的过度干扰的集群中的用户。6.  根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述节点分割成所述集群方案包括基于所述节点的地理位置和每个节点的无线覆盖区域分割所述节点。7.  根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述节点分割成所述集群方案包括基于所述节点之间的相互干扰分割所述节点。8.  根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将节点添加至公共集 群以增加所述公共集群内的所述节点中的总相互干扰以及最小化所述公共集群和其它集群之间的总干扰。9.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一个集群方案中的两个集群之间的边界在另一集群方案中的集群的中心或中心附近。10.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：为每个集群方案中的每个集群选择集群控制器以为该集群进行优化。11.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：选择集群控制器以为不同集群方案中的邻近集群进行优化。12.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述多个节点分割成所述多个集群方案包括：将所述通信系统的小区分割成每个集群方案的所述非重叠集群，每个集群具有一个中央小区和多个位于所述中央小区周围的周边小区。13.  根据权利要求12所述的方法，其特征在于，一个集群方案的集群中的每个周边小区是另一集群方案的集群中的中央小区。14.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络资源包括以下项中的至少一项：频段、载波、时频块、广播信道、数据信道、控制信道、加密代码、伪随机码、内存存储器，以及天线。15.  一种方法，其特征在于，包括：接收已经选择通信系统中的节点作为所述通信系统中的节点的第一集群的第一集群控制器的指示，所述第一集群包括第一集群方案中的多个非重叠集群中的一个，以及所述第一集群方案包括多个集群方案中的一个；以及使用所述第一集群控制器为所述第一集群方案分配的所述通信系统中的网络资源进行优化。16.  根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括：使用与所述第二集群方案中的第二集群关联的第二集群控制器为第 二集群方案分配的所述通信系统中的网络资源进行优化。17.  根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述集群控制器同时并行进行所述优化。18.  根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述集群控制器在不同时间按序进行所述优化。19.  根据权利要求18所述的方法，其特征在于，一个集群控制器在另一集群控制器实施优化时计算该集群控制器的优化。20.  根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述集群控制器在实施所述优化之前的特定时间量之前进行所述优化。21.  根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述集群控制器优化分配给所述不同集群方案的所述网络资源的不同部分。22.  根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述集群控制器在不同时间优化所述网络资源的公共部分，所述不同时间被分配给所述不同集群方案。23.  根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述通信系统中的指定节点包括所述第一集群方案中的节点；以及所述指定节点确定进行传输的用户在给定资源单元处属于所述第一集群方案以及基于属于同一集群控制器或所述第一集群方案中的其它集群控制器的相邻节点识别的功率电平和预编码中的至少一项确定关联调制编码方案(MCS)级别，其中使用所述指定节点的集群之内和之外的相邻节点的优化算法确定所述用户和MCS级别。24.  根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述通信系统中的指定节点包括所述第一集群方案中的节点；以及所述指定节点确定在属于所述第一集群方案的给定资源单元处进行传输的用户以及基于为属于同一集群控制器或所述第一集群方案中的其它集群控制器的相邻节点提供的干扰级别或规则确定关联调制编码方案 (MCS)级别、预编码值以及功率电平，其中使用所述指定节点的集群之内和之外的相邻节点的优化算法确定所述用户、MCS级别、预编码值以及功率电平。25.  根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述通信系统中的指定节点包括所述第一集群方案中的节点；以及进行所述优化包括为仅与所述第一集群方案中的非边界用户关联的所述第一集群方案分配的所述网络资源进行优化，每个非边界用户表示不过度干扰其它集群并且不接收来自所述第一集群方案中的其它集群的过度干扰的集群中的用户。26.  一种方法，其特征在于，包括：在通信系统中的指定节点接收多条消息，所述消息标识将由所述通信系统中的网络资源的不同部分使用的工作参数；以及使用所述网络资源的所述工作参数操作所述指定节点；其中所述消息接收自与所述通信系统中的节点的不同集群关联的不同集群控制器，所述不同集群与不同集群方案关联；以及将所述网络资源的所述不同部分分配给所述不同集群方案。27.  根据权利要求26所述的方法，其特征在于，操作所述指定节点包括在接收所述多条消息之后的指定时间开始使用所述工作参数。28.  根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述指定节点是至少一个集群方案的至少一种集群中的边界节点并且是至少一个其它集群方案的至少一个其它集群中的非边界节点。29.  根据权利要求26所述的方法，其特征在于，优化所述网络资源的所述不同部分以解决与所述指定节点驻留的所述不同集群关联的边界问题。30.  一种方法，其特征在于，包括：将通信系统的多个节点分割成多个集群以形成第一集群实例，所述第 一集群实例具有关联的集群控制器；修改所述集群的边界以形成第二集群实例，其中至少一个集群实例中的边界节点是至少一个其它集群实例中的非边界节点；以及将网络资源的不同部分分配给所述不同集群实例，所述集群控制器用于优化所述不同集群实例的所述网络资源的所述不同部分。31.  根据权利要求30所述的方法，其特征在于，修改所述集群的所述边界包括：扩展每个集群的至少一个边界以及收缩每个集群的至少一个其它边界。32.  根据权利要求30所述的方法，其特征在于：至少一些所述节点驻留在多个集群实例中；以及分配所述网络的所述不同部分包括在所述集群实例中划分至少一些所述网络资源，这样每个集群实例具有足够的网络资源来服务该集群实例中的所述非边界节点。

说明书用于帮助解决通信系统中的边界问题的集群优化的系统和方法
本发明要求2012年7月12日递交的发明名称为“用于帮助解决通信系统中的边界问题的集群优化的系统和方法(Systems and Methods for Clustering Optimization to Help Resolve Boundary Problems in Communication Systems)”的第13/547920号美国非临时申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。
技术领域
本发明大体涉及通信系统。具体而言，本发明涉及用于帮助解决通信系统中的边界问题的集群优化的系统和方法。
背景技术
已提出各种方法用于提高通信网络的网络容量。一个示例方法包括识别一个或多个全网优化方案。理论而言，可以通过为整个网络执行这些优化来获取高增益。然而，在大型蜂窝或其它网络中，信息共享限制和集中处理限制经常防止单个集中实体识别并实施全网优化。
出于这些和其它原因，网络可以被划分成称为集群的较小非重叠部分，并且可以为每个集群计算优化方案。但是，集群并非总是相互隔离，并且一个集群中的一个节点可以干扰其它集群中的相邻节点。该干扰可以使集群内的局部优化方案远离全局优化方案。因此，局部优化方案通常不与全局优化解决方案接近。鉴于此，与使用全局优化方案所能获取的网络容量相比，总体网络使用局部优化方案时具有的网络容量更小。
发明内容
本发明提供了用于帮助解决通信系统中的边界问题的集群优化的系统和方法。
在第一实施例中，一种方法包括将通信系统的多个节点分割成多个集群方案。每个集群方案包括该集群方案内不相互重叠的多个集群。一个集群方案的至少一个集群与至少一个其它集群方案的至少一个集群重叠。所述方法还包括将网络资源的不同部分分配给所述不同集群方案。
在第二实施例中，一种系统包括用于通过无线方式进行通信的多个节点。所述系统还包括至少一个控制器，用于将所述节点分割成多个集群方案。每个集群方案包括该集群方案内不相互重叠的多个集群。一个集群方案的集群与至少一个其它集群方案的集群重叠。所述至少一个控制器还用于将网络资源的不同部分分配给所述不同集群方案。
在第三实施例中，一种装置包括至少一个存储器，用于存储识别通信系统中的多个节点的信息。所述装置还包括至少一个处理设备，用于将所述节点分割成多个集群方案。每个集群方案包括该集群方案内不相互重叠的多个集群。一个集群方案的集群与至少一个其它集群方案的集群重叠。所述至少一个处理设备还用于将网络资源的不同部分分配给所述不同集群方案。
在第四实施例中，一种非瞬时计算机可读介质包含计算机程序。所述计算机程序包括用于执行所述第一实施例的所述方法的计算机可读程序代码。
在第五实施例中，一种方法包括接收已经选择通信系统中的节点作为 所述通信系统中的节点的第一集群的第一集群控制器的指示。所述第一集群表示第一集群方案中的多个非重叠集群中的一个，以及所述第一集群方案表示多个集群方案中的一个。所述方法还包括使用所述第一集群控制器为所述第一集群方案分配的所述通信系统中的网络资源进行优化。
在第六实施例中，一种通信系统中的装置包括接收器，用于接收已经选择所述装置作为所述通信系统中的节点的第一集群的第一集群控制器的指示。所述第一集群表示第一集群方案中的多个非重叠集群中的一个，以及所述第一集群方案表示多个集群方案中的一个。所述装置还包括至少一个处理设备，用于使用所述第一集群控制器为所述第一集群方案分配的所述通信系统中的网络资源进行优化。
在第七实施例中，一种非瞬时计算机可读介质包含计算机程序。所述计算机程序包括用于执行所述第五实施例的所述方法的计算机可读程序代码。
在第八实施例中，一种方法包括在通信系统中的指定节点接收多条消息。所述消息标识将由所述通信系统中的网络资源的不同部分使用的工作参数。所述方法还包括使用所述网络资源的所述工作参数操作所述指定节点。所述消息接收自与所述通信系统中的节点的不同集群关联的不同集群控制器。所述不同集群与不同集群方案关联。将所述网络资源的所述不同部分分配给所述不同集群方案。
在第九实施例中，一种通信系统中的装置包括用于接收多条消息的接收器。所述消息标识将由所述通信系统中的网络资源的不同部分使用的工作参数。所述装置还包括至少一个处理设备，用于使用所述网络资源的所述工作参数操作所述装置。所述接收器用于从与所述通信系统中的节点的 不同集群关联的不同集群控制器接收所述消息，其中所述不同集群与不同集群方案关联，并且将所述网络资源的所述不同部分分配给所述不同集群方案。
在第十实施例中，一种非瞬时计算机可读介质包含计算机程序。所述计算机程序包括用于执行所述第八实施例的所述方法的计算机可读程序代码。
在第十一实施例中，一种方法包括将通信系统的多个节点分割成多个集群以形成第一集群实例。所述第一集群实例具有关联的集群控制器。所述方法还包括修改所述集群的边界以形成第二集群实例。至少一个集群实例中的边界节点是至少一个其它集群实例中的非边界节点。所述方法还包括将网络资源的不同部分分配给所述不同集群实例。所述集群控制器用于优化所述不同集群实例的所述网络资源的所述不同部分。
在第十二实施例中，一种系统包括用于通过无线方式进行通信的多个节点。所述系统还包括至少一个控制器，用于将所述节点分割成多个集群以形成第一集群实例以及将集群控制器分配给所述第一集群实例。所述至少一个控制器还用于修改所述集群的边界以形成第二集群实例，其中至少一个集群实例中的边界节点是至少一个其它集群实例中的非边界节点。所述至少一个控制器进一步用于将网络资源的不同部分分配给所述不同集群实例，其中所述集群控制器用于优化所述不同集群实例的所述网络资源的所述不同部分。
在第十三实施例中，一种装置包括至少一个存储器，用于存储识别通信系统中的多个节点的信息。所述装置还包括至少一个处理设备，用于将所述节点分割成多个集群以形成第一集群实例以及将集群控制器分配给 所述第一集群实例。所述至少一个处理设备还用于修改所述集群的边界以形成第二集群实例，其中至少一个集群实例中的边界节点是至少一个其它集群实例中的非边界节点。所述至少一个处理设备进一步用于将网络资源的不同部分分配给所述不同集群实例，其中所述集群控制器用于优化所述不同集群实例的所述网络资源的所述不同部分。
在第十四实施例中，一种非瞬时计算机可读介质包含计算机程序。所述计算机程序包括用于执行所述第十实施例的所述方法的计算机可读程序代码。
根据不同类型的技术，集群控制器在集群内进行的优化可以针对不同类型的目标。这可以包括，例如联合功率和调度优化、负载均衡、联合传输和处理方案、协作波束成形、多播和广播、特别内容分发机制，以及联合编码方案。通过以下附图、说明和权利要求书，其它技术特征对本领域技术人员而言是显而易见的。
附图说明
为了更完整地理解本发明，现参考以下结合附图进行的描述，在附图中：
图1示出了根据本发明的支持使用多个重叠集群方案的集群优化的示例通信系统；
图2示出了根据本发明的通信系统中具有多个重叠集群方案的节点的更为详细的示例集群；
图3示出了根据本发明的用于通过使用多个重叠集群方案对通信系统中的节点进行集群的示例方法；
图4至7示出了根据本发明的不同集群方案中的示例按序和并行优化 操作；
图8示出了根据本发明的使用多个重叠集群方案的通信系统中的节点的另一示例集群；
图9示出了根据本发明的不同集群方案中的节点的资源的示例分配；
图10示出了根据本发明的支持使用具有可调边界的集群的集群优化的示例通信系统；
图11示出了根据本发明的用于通过使用具有可调边界的集群对通信系统中的节点进行集群的示例方法；
图12A和12B示出了根据本发明的使用具有可调边界的集群的通信系统中的节点的另一示例集群；
图13和14示出了根据本发明的支持集群优化的示例设备；以及
图15至17示出了根据本发明的用于集群内的局部优化的示例方法。
具体实施方式
下文论述的图1至17，以及用于描述本专利文档中本发明的原理的各种实施例仅为了说明目的且不应该以任何限制本发明的范围方式进行解释。本领域技术人员将明白本发明的原理可以在任意类型的恰当布置的设备或系统中实施。
图1示出了根据本发明的支持使用多个重叠集群方案的集群优化的示例通信系统100。如图1所示，通信系统100包括多个节点102。每个节点102表示与系统100中的至少一个其它节点102进行通信的任意合适的设备或系统。通信系统100中的节点102的类型可以随使用的通信系统的类型而变化。
在无线通信系统100中，节点102可以包括基站和终端用户设备。基 站通常表示用于与指定区域中的多个终端用户设备进行无线通信并为指定区域中的多个终端用户设备提供无线服务。基站通常包括安装在塔或其它结构上的多个收发器。不同类型的基站可以在或可以不在无线通信系统100中使用。例如，不同基站可以具有不同的发射功率能力。作为一个具体示例，一些基站可被归类为全发射功率基站并且可以被称作“宏”基站。其它基站可被归类为低发射功率基站，例如“微微”或“毫微微”基站。
终端用户设备通常表示接收来自通信系统100的一个或多个通信服务的终端用户使用的设备。例如，终端用户设备可以将数据发往系统100中的一个或多个基站和/或接收来自系统100中的一个或多个基站的数据。终端用户设备可以表示任意合适的设备，例如移动电话或智能手机、便携式计算机或其它设备。
在无线通信系统100的特定实施方式中，系统100可以表示符合第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)的通信系统。然而，可以使用其它类型的无线通信系统，例如IEEE 802.16、WiMAX或其它符合标准或不符合标准的无线通信系统。
在有线通信系统100中，节点102可以表示其它类型的设备。例如，节点102可以包括交换机、路由器、集中器以及通过有线通信链路路由数据流量的其它设备。另外，节点102包括终端用户设备，例如台式电脑、笔记本电脑、服务器计算机或有线电话。
一般而言，通信系统100中的每个节点102包括用于将信息传送到系统100中的至少一个其它节点或接收来自系统100中的至少一个其它节点的任意合适结构。节点102还可连接到一个或多个用户终端或与一个或多个用户终端进行通信。上述的示例类型的通信系统100是非限制性的，并 且可以使用任意其它合适类型的通信系统。应注意，有线和无线节点102的组合可以在同一通信系统中使用。
如图1所示，节点102可以被划分为多个非重叠集群104a至104e，这些集群在本示例中用实线边框示出。该上下文中的“非重叠”表示在任意给定时间内任意集群104a至104e中的节点只包含在集群104a至104e中(当然，无线信号可以延伸超出集群边界)。这些非重叠集群构成至少一部分集群方案，集群方案表示非重叠集群的集合。图1中的每个集群104a至104e与集群控制器106关联。每个集群控制器106为基站或与其关联的集群内的其它节点102确定一个或多个工作参数设置。例如，集群控制器106可以在与其关联的集群内确定用于下行功率控制和调度、联合处理以及负载均衡的优化方案。此外，一个集群中的集群控制器106可与一个或多个其它集群中的集群控制器106和/或与至少一个中央控制器108交互并协调操作。作为一个具体示例，一个集群中的集群控制器106可以与相邻集群中的集群控制器106和/或与中央控制器108共享优化方案或其它工作参数设置。
每个集群控制器106包括用于为关联集群或通信系统中的节点的集群执行一个或多个优化操作的任意合适结构。例如当集群控制器106在基站或其它设备中实施时，集群控制器106可以形成节点102的一部分。集群控制器106还可以表示使用有线或无线通信与基站或其它节点通信的独立设备。
每个中央控制器108包括用于为通信系统执行一个或多个集中操作的任意合适结构。中央控制器108可以，例如帮助将系统100划分为集群，协调集群控制器106的操作，协调工作参数设置在集群控制器106中的共享，以及控制集群控制器106何时确定工作参数设置。例如当中央控制器 108在基站或其它设备中实施时，中央控制器108可以形成节点102的一部分。中央控制器108还可以表示使用有线或无线通信与基站或其它节点通信的独立设备。
应注意，集群控制器106和/或中央控制器108的使用是可选的。例如，集群控制器106可以通过一条或多条高速数据链路或其它通信路径连接在一起并且可以在不使用中央控制器108的情况下相互传送相关数据。再例如，一组基站或其它节点102可以负责在不使用集群控制器的情况下确定它们自己的工作参数设置。
如果系统100仅包括一个具有非重叠集群的104a至104e的集群方案，那么系统100可以遭受各种问题。例如，集群104a至104e之间可以发生干扰，尤其在位于两个集群的边界附近的节点102处可以发生干扰。“边界节点”是指位于两个集群之间的边界或边界附近的节点。具体而言，给定集群方案下的边界节点可以被定义为服务至少一个终端用户终端的集群的边界处或边界附近的节点，这样会造成对与属于同一集群方案下的另一集群的节点关联的另一终端的过度干扰或从与属于同一集群方案下的另一集群的节点关联的另一终端接收过度干扰。由于这种干扰，集群104a至104e内的优化可能不接近或者可远离全局最优，并且边界节点102可以在仅针对该集群方案进行的优化下显示出较差的性能。
根据本发明，可以使用多个集群方案来解决使用固定集群的系统所遭受的边界问题。每个集群方案包括一组非重叠集群。然而，不同集群方案中的集群可以重叠。具体而言，定义集群方案使得一个集群方案中的边界节点在另一集群方案的中心或中心附近。在图1所示的示例中，第二集群方案包括集群110a至110c，在该示例中用虚线边框示出。这些集群110a至110c不相互重叠，但是集群110a至110c与其它集群方案的集群104a 至104e重叠。在其它实施例中，可以进行各种更改。例如，一个集群方案中的至少一个但并非所有集群110a至110c与其它集群方案的至少一个但并非所有集群104a至104e重叠。尽管未示出，每个集群110a至110c可以具有自身的集群控制器，该集群控制器为该集群执行优化操作。
在该方法中，沿着一个集群方案中的集群之间的边界的节点102在另一集群方案的集群中更接近中心。因此，每个节点102属于不同集群方案中的不同集群。当节点102属于不同集群方案中的不同集群时，带宽的不同部分或与节点102关联的其它网络资源可以由这些不同的集群控制，或者与节点102关联的相同网络资源可以在不同时间由那些不同的集群控制。通过这种方式，可以优化网络资源的至少一部分来解决系统100中的边界问题，并且可以优化网络资源的至少一部分来解决与其邻居的自身干扰问题。该方法允许每个集群通过使用基于集群的动态优化算法进行操作。然而，不同集群方案控制并优化系统100中的全部资源的合适部分。取决于该实施方式，这样可以在系统100中提供接近全局优化的性能。
应注意图1中的节点102属于两个集群方案中的两个集群，每个节点102可以属于任意数目的集群方案中的任意数目的集群。还应注意，多个集群控制的资源可以表示系统100中的任意合适的处理、通信或其它资源。此外，资源可以由不同集群以任意合适的方式进行控制，例如当不同集群在不同时隙控制相同资源或者当不同集群控制用于通信的不同频率时。此外，应注意，图1中的集群和集群控制器之间的一对一的关系仅用作说明。在其它实施例中，一个集群控制器可以为多个集群执行操作。例如，不同集群方案中的两个邻近集群可以只具有一个集群控制器，该集群控制器单独为每个集群进行优化。
下文提供关于通信系统中的多个集群方案的使用的其它细节。此外， 如上所示，可以通过任意合适的有线或无线通信系统使用该功能。
尽管图1示出了使用多个重叠集群方案的支持集群优化的通信系统100的一个示例，但是可以对图1进行各种更改。例如，通信系统100可以包括任意合适配置下的任意数目的节点102。此外，通信系统100可以包括任意数目的集群方案，用于提供节点102的足够覆盖范围。
图2示出了根据本发明的通信系统200中具有多个重叠集群方案的节点的更为详细的示例集群。如图2所示，通信系统200包括编号为从1到15的15个节点202。
还存在三个不同的集群方案，每个集群方案包含非重叠集群。第一集群方案包括集群204a至204c，在该示例中用实线边框示出。集群204a包括节点1至5，集群204b包括节点6至10，以及集群204c包括节点11至15。第二集群方案包括集群206a至206c，在该示例中用大虚线边框示出。集群206a包括节点3至7，集群206b包括节点8至12，以及集群206c包括节点13至15、1和2。第三集群方案包括集群208a至208c，在该示例中用小虚线边框示出。集群208a包括节点5至9，集群208b包括节点10至14，集群208c包括节点15以及节点1至4。
从图2中可见，每个节点202位于至少一个集群方案中的集群的中心附近或者在至少一个其它集群方案中的集群的边界附近。因此，每个节点202作为至少一个集群方案中的边界节点出现。然而，每个节点202还可以作为至少一个其它集群方案中的非边界节点出现。所以，与传统系统相比，系统200可以更好地管理边界问题。在传统系统中，边界节点不作为任意集群中的非边界节点出现。
尽管图2示出了通信系统200中具有多个重叠集群方案的节点的集群 的更为详细的示例，但是可以对图2进行各种更改。例如，通信系统200可以包括任意合适配置下的任意数目的节点202以及任意数目的集群和集群方案。
图3示出了根据本发明的用于通过使用多个重叠集群方案对通信系统中的节点进行集群的示例方法300。如图3所示，在步骤302中识别通信系统中的节点。这可以包括，例如识别系统100或200中的节点102或202的中央控制器108。作为一个具体示例，这可以包括识别不同基站或无线系统内存在的其它设备的中央控制器108。
在步骤304中，将这些节点划分为第一集群方案中的非重叠集群。这可以包括，例如，执行任意合适的分割算法将节点102或202划分为非重叠集群的中央控制器108。作为一个具体示例，这些节点可以被分割成集群，使得可以在每个集群中获取局部最优方案。在步骤306中，为第一集群方案中的每个集群选择集群控制器。这可以包括，例如选择基站或位于每个集群的中央区域的其它节点102或202作为该集群的集群控制器的中央控制器。可以选择每个集群控制器为该集群中的节点执行优化操作。
在步骤308中，这些节点被划分为第二集群方案中的非重叠集群。这可以包括，例如，执行任意合适的分割算法再次将节点102或202划分为非重叠集群的中央控制器108。该分割可以再次将节点102或202分割成集群，使得可以在每个集群中获取局部最优方案。然而，来自第一集群方案的至少一些边界节点是第二集群方案内的非边界节点。在步骤310中，为第二集群方案中的每个集群选择集群控制器。这可以包括，例如选择基站或位于每个集群的中央区域的其它节点102或202作为该集群的集群控制器的中央控制器108。此外，可以选择每个集群控制器为该集群中的节点执行优化操作。
在步骤312中，确定集群方案是否提供通信系统中的节点的足够覆盖范围。这可以包括，例如，确定每个节点102或202是否位于至少一个集群方案中的集群的中心或中心附近的中央控制器108。这可以通过任意合适的方式进行，例如通过使用节点的实际位置的知识或基于节点间的相互干扰(因为较高的相互干扰指示节点是边界节点)。
如果至少一个节点是所有当前集群方案中的边界节点，那么该过程返回到步骤308以生成额外的集群方案。在方法300期间可以生成任意合适数目的集群方案。
如果每个节点是至少一个集群方案中的非边界节点，那么在步骤314中划分网络资源并将这些网络资源分配给不同的集群方案。这可以包括，例如，基于每个集群中的终端用户设备的数目分配资源的中央或集群控制器。作为一个具体示例，可以基于由该集群方案专门服务的终端用户设备的负载将资源分配给集群方案，其中负载由集群方案中的非边界终端用户设备的数目定义，该集群方案是其它集群方案下的边界终端用户设备。资源百分比为所有集群方案共用也是有可能的。例如，当仅存在几个边界用户时，这是有可能的。在该情况下，仅需要少量资源以供用户使用，并且集群在进行公共资源优化时不考虑边界用户。
此时，已经分配了资源，并且在步骤316中可以对集群方案中的每个集群进行局部优化。这可以包括，例如，每个集群中进行下行功率控制和调度、联合处理和负载均衡优化计算的集群控制器。集群控制器可以相互交换数据以促进优化。集群的优化可以按序或并行进行。在每个集群方案的集群优化期间，分配给其它集群方案的资源可以保持不变。用于进行局部优化的示例技术在发明名称为“用于在通信系统中选择工作参数的系统和方法(System and Method for Selecting Operating Parameters in a  Communications System)”【案号HW 83269625US01】第__/____,___号美国专利申请案中公开，该申请案以引入的方式并入本文本中。
应注意，将节点分割成集群可以基于任意合适的标准。例如，在一些实施例中，基于节点的地理位置和每个节点的无线覆盖范围将节点分割成集群。一个可能实施方式是集群方案中的每个集群具有相等数目(x)的节点，其中该数目是可配置的设计参数。从网络的某点开始，可以选择x个相邻节点并将这些节点标记为集群。可以对接下来的x个邻居重复上述操作，这x个邻居形成另一集群。可以重复该过程直至所有节点均被划分为集群(应注意，由于几何因素，一些集群的节点数目比x少)。一旦节点被分割成第一集群方案的集群，那么识别第一集群方案中的边界节点，以及通过类似方式识别第二集群方案的集群。理想情况下，来自第一集群方案的最大数目的边界节点被包含在第二集群方案中的集群的中心或中心附近。可以创建额外的集群方案直至每个节点均驻留在不是边界节点的集群内。
还可以将节点分割成集群以在每个集群方案下创建分布更为均匀的非边界节点。还可以基于节点之间的物理连接的可用性进一步执行分割。例如，当使用高速链路(例如，光纤)相互连接节点时，可以将这些节点聚在至少一个集群方案中。类似地，流量负载可以用于改变先前的分割。
此外，该分割可以基于每个节点对其它节点造成的相互干扰。相互干扰是一个节点对其它节点造成的总平均干扰。可以使用信号强度测量或系统处于运行时测量的干扰评估相互干扰。在后一种情况下，可以进行测量以优化先前默认的分割或其它分割。当使用相互干扰时，一种技术是将节点进行分组这样每个集群包含由该集群中的节点在该集群内相互引起的总相互干扰和对相邻集群引起的最低干扰的最高总和。在第二种集群方案 中，将先前的集群方案的小区中心节点间的相互干扰设置为零，并且重复集群以实现同一目标(这样每个集群包含由该集群中的节点在该集群内相互引起的总相互干扰和对相邻集群引起的最低干扰的最高总和)。可以重复该过程直至每个节点之间的相互干扰值为零。
从此处可以看出，存在许多可以用于将节点分割成一个或多个集群方案的集群的技术。任意一种此类技术或这些技术的任意组合可以用于在方法300期间分割节点。
尽管图3示出了用于对通信系统中的节点进行集群的方法300的一个示例，但是可以对图3进行各种更改。例如，虽然图3中的各种步骤被示为一系列步骤，但是它们可以重叠、并行发生或发生多次。此外，应注意图3中的每个步骤可以由任意合适的设备执行且并不限于上述的那些设备。
图4至7示出了根据本发明的不同集群方案中的示例按序和并行优化操作。图4和5示出了不同集群方案中的示例按序优化400和500。据说优化是按序进行的，因为通信系统在给定时间内仅实施一个集群方案的优化。此时，假设在图2内发生按序优化，其中存在三个集群方案(CP1至CP3)并且每个集群方案控制45个所有可用资源块中的15个资源块(RB)。图4中的资源块1至15表示分配给集群方案CP1的资源块。图4中的资源块16至30表示分配给集群方案CP2的资源块。图4中的资源块31至45表示分配给集群方案CP3的资源块。
图4中的行402表示不同时间段。第一行402与时间T1关联。后续行402与时间T1+xT关联，其中T表示一个或多个发送时间间隔(TTI)的长度。每个行402被划分为多个段404。
在该示例中，画有阴影线的段404表示集群方案的资源发生优化的时间。从此处可以看出，这些优化是按序进行的，因为一个集群方案的优化不与其它集群方案的优化重叠。在一个时间段内，集群方案CP1中的资源发生优化，但是其它集群方案CP2和CP3中的资源不发生优化。随后，在下一时间段内，由集群方案CP2控制的资源发生优化，但是由其它集群方案CP1和CP3控制的资源不发生优化。随后，在下一时间段内，由集群方案CP3控制的资源发生优化，但是由其它集群方案CP1和CP2控制的资源不发生优化。该过程随后重复。
在图5中，为集群方案CP1至CP3中的节点按序优化下行功率控制。图5中的每个行502表示优化其中一个集群方案中的下行功率的时间段。行502中的“Y”值指示在与行502关联的时间段期间为资源优化下行功率。行502中的下箭头指示使用离线评估或其它计算提前计算下行功率优化，但是在该时间段的优化期间不实施这些结果。
如图5所示，前三行502表示初始的一组优化。在第一行502中，在第一时隙T0期间，通过集群方案CP1的优化初始化系统，以及更新所有资源的功率。在第二行502中，在下一时隙T1期间，实施集群方案CP2的优化，但是集群方案CP1在该时隙内为资源1至15分配的先前功率电平保持不变。应注意，在时隙T0中，集群方案CP1可以为时隙T1和T2提前评估资源1至15的功率电平并通知其它集群方案CP2和CP3。类似地，在时隙T1中，集群方案CP2可以为时隙T2和T3提前评估资源16至30的功率电平并通知其它集群方案CP1和CP3。在第三行502中，在第三时隙T2期间，实施集群方案CP3的优化，但是在集群方案CP1和CP2中在该时隙内为资源1至30分配的先前功率电平保持不变。
一旦初始化时间段结束，系统执行重复的一组优化。仅为从第四行502 开始的每个行502中的一个集群方案中的资源实施优化，并且在每个重复组期间发生一次每个集群方案的优化。也就是说，在CP1行502的时间段期间仅更新资源1至15，在CP2行502的时间段期间仅更新资源16至30，以及在CP3行502的时间段期间仅更新资源31至45。其它资源根据实施的方案使用预分配的功率电平或与先前时隙相同的功率电平。
应注意，在多个集群方案的下行功率或其它特征的按序优化期间，可以存在与集群到集群的消息传递或其它消息传递关联的延迟。例如，在无线通信系统中，存在与无线消息传输准备、传播和接收处理关联的延迟。因此，可以计算优化并随后在某个时间段过去之后实施优化。其中一个示例在图6中示出，其中发生按序优化600，涉及集群方案CP1至CP3中的多个集群控制器(CC)。如图6所示，来自另一集群控制器的信息的接收和下行功率优化方案的实施之间存在一个TTI延迟602。该延迟为在系统中消息传播的发生提供时间。
在图6中，在时隙T1处，集群方案CP1为接下来的十二个时隙评估其资源的一组功率电平(假设传播延迟和处理的延迟为四个时隙)。随后，在时间T1+12T处，集群方案CP1再次为接下来的十二个时隙评估其资源的功率电平(其中T等于一个时隙)。类似地，集群方案CP2在时隙T1+4T处为接下来的十二个时隙进行优化，集群方案CP3在时隙T1+8T处为接下来的十二个时隙进行优化，每个集群方案都重复该过程。
图7示出了用于不同集群方案中的并行优化的示例方法700。如图7所示，在步骤702中，发起下行功率控制的并行优化。在步骤704中，在每个集群方案中的每个集群控制器处执行功率控制优化。这可以包括，例如，识别集群中的节点将使用的最优下行功率的每个集群控制器。在步骤706中，将确定的功率电平从每个集群控制器分发到其集群中的节点。这 可以通过任意合适的方式进行，例如通过使用有线或无线通信。
在步骤708中，每个节点接收多个功率电平。这可以包括每个节点接收识别该节点将使用的功率电平的多条消息。具体而言，如果节点驻留在n个集群方案内，那么该节点接收n个功率电平，其中一个功率电平来自于每个集群方案中的集群控制器。在步骤710中，每个节点开始使用接收到的功率电平。在一些实施例中，所有节点可在大致相同的时间实施新功率电平。例如，假设系统中的消息传递在最坏情况下的延迟为x个TTI，那么所有节点可以在第x+1个TTI实施新功率电平。此外，对于从其中一个集群控制器接收到的每条消息，每个节点可以基于其邻居的功率电平的知识对该集群控制器控制的那些资源执行自身的局部比例公平(PF)调度或任意其它效用(例如，最大-最小优化)。
在步骤712中，节点监控系统的一个或多个特征；在步骤714中，将系统的一个或多个特征报告给集群控制器。这可包括，例如，集群方案中将相互干扰等信息报告给集群控制器的每个节点。该信息可以在方法700的后期迭代期间使用以更新下行功率控制设置。
方法700可以在任意合适的间隔内执行。例如，对于下行功率控制，可以使用与集群关联的所有节点的知识并假设局部PF调度(或任意其它调度)执行调度和调制编码方案(MCS)自适应。在这种情况下，可以在每个TTI处作出决定并且可以在距离这些决定延迟了x个TTI的每个TTI处动态实施这些决定。再例如，可以每隔y个TTI作出决定以降低开销(并且在这期间，可以保持相同功率电平)。作为第三示例，可以通过离线评估，通知节点和其它集群控制器以及通过半静态循环方式实施方案提前为Z个TTI评估功率电平。
尽管图4至7示出了不同集群方案中的按序和并行优化操作的示例，但是可以对图4至7进行各种更改。例如，虽然以上描述了下行功率控制的优化，但是可使用相同或类似的技术来优化集群中的节点的任意其它工作参数。
虽然使用了频率的不同资源块为不同的集群方案实施上述的某些优化，但是其它类型的复用也可以用于集群方案，例如通过使用不同时间或不同载波为不同集群方案实施优化。例如，所有集群方案可以使用所有资源块(或所有频段)用于每个时隙的优化。在下一时隙中，集群方案CP2可以在所有频段上再次执行优化。在下一时隙中，集群方案CP3可以在所有频段上再次执行优化。集群方案执行优化的时间的百分比可以根据如上所述的这些集群方案的相对负载进行分配。
当不同集群方案中的集群控制器在不同载波下工作时，这些集群控制器可以在不优化其它载波资源的情况下优化它们自身载波的资源。可以在与如上所述的其它资源的分配类似的约束下分配每个集群方案中的集群的载波带宽和大小。
除了时间和频率，其它资源分配可以包括例如码分多址(CDMA)系统中的代码分配，或者任意其它或额外的网络资源。因此，本专利文档中使用的术语“资源”包含任意合适类型的网络资源，包括在无线空中接口中使用的频段、载波、时频块、广播信道、加密代码、伪随机码、内存存储器、天线、数据信道或控制信道。
图8示出了根据本发明的使用多个重叠集群方案的通信系统800中的节点的另一示例集群。如图8所示，使用无线网络或其它网络的小区802执行集群。小区802表示将服务提供给终端用户设备的不同地理区域。因 此，小区802提供了一种验证一个小区中的节点位于至少一个集群方案的集群的地理中心的便利方法。
在该示例中，存在所示的两个集群方案。集群方案“A”包括实线定义的集群804，集群方案“B”包括虚线定义的集群806。每个集群804至806包括七个小区802，即一个中央小区和六个周边小区。应注意，每个集群可以包括一个中央小区和中央小区周围的任意其它数目的周边小区。还应注意，此处还可以创建额外的集群方案。总共可以使用七个集群方案，这样可以确保每个小区802位于一个集群方案的集群中心。应注意，如此处所示，集群和小区不需要对称。
可以通过任意合适的方式在集群中分配资源。例如，可以分配资源以反映给定集群方案专门控制的终端用户设备的负载。“专门控制的”终端用户设备包括不位于集群边界的设备。在图8中，这可以包括位于集群方案的集群的中央小区802中的终端用户设备(所以如果该集群与同一集群方案中的相邻集群之间存在干扰，则干扰应当很小)。在图8所示的示例中，假设每个小区的负载相等，小区802中大约1/7的资源可由七个集群方案中的一个专门控制。
尽管图8示出了使用多个重叠集群方案的通信系统800中的节点的集群的另一示例，但是可以对图8进行各种更改。例如，通信系统800可以包括任意合适配置下的任意数目的小区802以及任意数目的集群和集群方案。
图9示出了根据本发明的不同集群方案中的节点的资源的示例分配。在该示例中，存在与不同集群方案关联的两个集群902和904。此处，节点X1(1)至X1(4)是集群方案CP1(在该示例中用虚线边框示出)的集群902 中的中央(非边界)节点，但是它们是集群方案CP2(在该示例中用实线边框示出)的集群904中的边界节点。节点X1(5)和X1(6)也是集群方案CP2的集群904中的边界节点。类似地，节点X2(1)至X2(4)是集群方案CP2的集群904中的中央(非边界)节点，但是它们是集群方案CP1的集群902中的边界节点。节点X2(5)和X2(6)也是集群方案CP1的集群902中的边界节点。
在以下论述中，Pct_X2(i)表示集群方案CP2的第i个节点中的边界用户的负载百分比，其中i是CP2中的边界节点。由于集群方案CP2的边界节点X1(1)至X1(4)专门由集群方案CP1服务，所以分配给集群方案CP1的资源的百分比可以大于Pct_X2(1)、Pct_X2(2)、Pct_X2(3)、Pct_X2(4)、Pct_X2(5)和Pct_X2(6)的最大值。这包括沿着集群方案CP2的其它边界的节点X1(5)和X1(6)，并且如果集群方案CP2(未在图9中示出)的右侧存在边界节点，那么这些节点也包含在该列表中。这样，集群方案CP1可以具有足够的资源服务集群方案CP2的边界节点，这样可以使全局优化变得更为准确。
虽然图9示出了不同集群方案中的节点的资源分配的示例，但是可以对图9进行各种修改。例如，其它技术可以用于给集群方案分配资源。作为一个具体示例，在另一优化方法中，当优化由一个集群方案的一个集群控制器进行时，某些边界节点可以不纳入优化的考虑范围内。例如，如果那些边界节点是另一集群方案的一部分并且其它集群方案可以使用其分配的资源服务那些边界节点，上述情况可以发生。在其它实施例中，所有集群方案共用的资源可以用于服务某些非边界节点。在所有这些情况下，可以由该节点基于自身集群之内和之外的相邻节点的(从其它集群控制器接收到的)功率电平的知识和(由集群控制器的优化算法确定的)其它关联参数本地确定给定节点处的MCS级别。这有助于使得局部MCS自适应 更为准确，因为当邻居节点的发射功率和其它关联参数(例如，预编码)已知时，可以非常准确地评估实际的信号干扰噪声比(SNIR)。
图1至9中所示以及上述描述的技术涉及多个集群方案的使用，其中同一集群方案中的集群不重叠，而不同集群方案中的集群重叠。用于解决集群边界问题的额外相关技术在图10至12B中示出。在该技术中，通信系统内的集群具有可调边界，以及集群的边界可以扩展和收缩以解决集群边界问题。该技术可被称为集群“呼吸”，因为集群的边界可以来回振荡。这种额外的技术涉及上述那些内容，因为集群可以被扩展和收缩以将集群的第一组边界下的边界节点转换为该集群的第二组边界下的非边界节点。此外，网络资源可以与上述类似的方式进行划分和控制以服务位于多个集群中的节点。
图10示出了根据本发明的使用具有可调边界的集群的支持集群优化的示例通信系统1000。如图10所示，通信系统1000包括多个节点1002。节点1002可以被划分为多个集群1004a至1004e。每个集群1004a至1004e可以具有关联的集群控制器1006，并且至少一个中央控制器1008可以存在于系统1000中。节点1002可以与上述的节点102相同或类似。虽然集群控制器1006和中央控制器1008支持不同的集群方案，但是集群控制器1006和中央控制器1008可以与上述的集群控制器106和中央控制器108类似。
在图10的系统1000中，集群1004a至1004e具有可调边界。例如，原先集群1004a至1004e可以被定义为具有非重叠边界，这些非重叠边界在本示例中用实线边框示出(这些边框可被称作“正常”边界)。然而，集群1004a至1004e的边界可以相对于它们的原始位置扩展或收缩。这些新边界的示例在图10中用虚线边框示出。应注意，集群控制器1006可以 在集群1004a至1004e内保持固定，这意味着每次集群扩展或收缩时无需选择不同的集群控制器。在本文档中，集群“实例”指的是具有一组特定边界的集群。因此，多个集群实例可以由同一集群的不同边界定义。
当集群的边界扩展和收缩时，节点1002可能可以驻留在多个集群内。对于这些节点，网络资源可以被不同集群划分并控制。也就是说，多个集群的优化方案可以应用于驻留在多个集群中的节点1002的网络资源的不同部分。这可以通过类似上述参照图1至9描述的方式进行。
集群1004a至1004e的边界可以任意合适的方式进行定义和变化。例如，在一些实施例，可以扩展集群的边界以将至少一个节点1002加入集群或收缩集群的边界以将至少一个节点1002从集群中移除。这可以通过使用任意合适的静态或动态技术来进行。例如，集群1004a至1004e的边界可以变化，这样集群的第一组边界下的边界节点1002变为集群的第二组边界下的非边界节点。可以任意合适的方式识别边界节点，例如接收来自至少一个其它集群的干扰或造成至少一个其它集群中的干扰的任意节点1002。可以例如，使用阈值干扰级别和受到干扰的节点中的用户数目识别过度的干扰。集群边界的扩展和收缩还可以基于分配给集群的网络资源。例如，对于每个集群边界修改，由集群控制或优化的资源可以不同且不重叠。再例如，集群边界修改可以循环方式重复，这样每个集群控制器1006控制每个集群实例中数目大约相同的资源。可使用各种技术来控制系统1000中的每个集群1004a至1004e的相对扩展和收缩。例如，在一些实施例中，当集群在一个方向扩展时，该集群可以在另一方向收缩，从而在集群中保持大约相同的大小或负载。其中一个示例在图10中示出，其中图10中的虚线边界标记为“1”或“2”以表示一起使用的边界。当集群1004a使用“1”边界时，集群1004a通常在顶部扩展并在右侧收缩。当集群1004a使用“2”边界时，集群1004a通常在顶部收缩并在右侧扩 展。图10中的所有集群具有至少一个边界，该边界可以在“1”和“2”位置(以及该边界的正常位置)之间切换。在其它实施例中，在给定边界变化期间，第一集群子集可以扩展，而第二集群子集可以收缩；随后，在下一个边界变化期间，第一集群子集可以收缩，而第二集群子集可以扩展。
在集群呼吸方法中，一个集群实例中沿着集群边界的节点1002在另一集群实例中更接近中心。由于不断变化的边界，当节点1002属于不同集群时，带宽的不同部分或与节点1002关联的其它网络资源可以由这些不同的集群控制，或者与节点1002关联的相同网络资源可以在不同时间由那些不同的集群控制。根据该实施方式，这可以在系统1000中提供接近全局优化的性能。
尽管图10示出了使用具有可调边界的集群的支持集群优化的通信系统1000的一个示例，但是可以对图10作出各种更改。例如，通信系统1000可以包括任意合适配置下的任意数目的节点1002。此外，通信系统1000可以包括具有任意数目的可调边界的任意数目的集群，用于提供节点1002的足够覆盖范围。
图11示出了根据本发明的用于使用具有可调边界的集群对通信系统中的节点进行集群的示例方法1100。如图11所示，在步骤1102中识别通信系统中的节点。这可以包括，例如识别系统1000中的节点1002的中央控制器1008。作为一个具体示例，这可以包括识别不同基站或无线系统中存在的其它设备的中央控制器1008。
在步骤1104中，将节点划分为集群。这可以包括，例如，执行任意合适的分割算法将节点1002划分为集群的中央控制器1008。此处的集群可表示非重叠集群。作为一个具体示例，节点1002可以被分割成集群， 使得可以在每个集群中获取局部最优方案。在步骤1106中，为每个集群选择集群控制器。这可以包括，例如选择基站或位于每个集群的中央区域的其它节点1002作为该集群的集群控制器的中央控制器1008。可以选择每个集群控制器为该集群中的节点执行优化操作。以上参照图3描述的任意一种技术可用于将节点分割成集群。
在步骤1108中，识别集群的边界变化。如上所述，各种技术可用于静态或动态识别集群之间的边界的变化。这可以包括，例如，识别系统1000中的边界节点1002的中央控制器1008或集群控制器1006，其中边界节点1002正受到来自另一集群的干扰或造成另一集群中的干扰。随后例如通过使边界节点变为非边界节点的集群边界调整可以基于识别的边界节点1002确定集群边界的调整。
在步骤1110中，将网络资源划分并分配给不同集群；在步骤1112中，在每个集群中发生局部优化。这可以包括，例如，基于集群的负载将资源分配给集群的中央或集群控制器。可以将不同的资源在不同的时间分配给一个集群，例如根据该集群在特定时间使用的集群边界。实际上，可以给每个集群实例分配合适的网络资源。
作为一个具体示例，可以如下优化下行功率控制。在一种方法中，每个集群实例根据是否使用正常集群边界、修改后的“1”集群边界或修改后的“2”集群边界优化网络资源的不同百分比。例如，当使用正常集群边界时，集群控制器1006可以优化X％的网络资源。例如，当使用修改后的“1”集群边界时，集群控制器1006可以优化Y％的网络资源。当使用修改后的“2”集群边界时，集群控制器1006可以优化Z％的网络资源。X、Y和Z的值可以是全局参数，并且它们可以与每个集群中的负载成比例。因此，针对每个集群，集群扩展或收缩可以大约成比例的方式发生。 应注意，X、Y和Z的值可以为所有集群已知，支持全网分配。该方法通常支持正交资源共享。
在另一种方法中，可以如下优化下行功率控制。在一个时隙中，优化可以通过使用正常的集群边界发生。在另一时隙期间，优化可以通过使用修改后的“1”集群边界发生。在又一时隙期间，优化可以通过使用修改后的“2”集群边界发生。该方法通常支持时分集群。
尽管图11示出了用于对使用具有可调边界的集群的通信系统中的节点进行集群的方法1100的一个示例，但是可以对图11进行各种更改。例如，虽然图11中的各种步骤被示为一系列步骤，但是它们可以重叠、并行发生或发生多次。此外，应注意图11中的每个步骤可以由任意合适的设备执行并不限于上述的那些设备。
图12A和12B示出了根据本发明的使用具有可调边界的集群的通信系统1200中的节点的另一示例集群。如图12A所示，使用无线网络或其它网络的小区1202执行集群。在该示例中，将小区1202组合为集群，其中每个集群具有三个小区1202。每个集群包括集群控制器1204，该集群控制器1204位于这三个小区1202形成的集群的中心附近。应注意，每个集群可以包括任意其它数目的小区，并且集群控制器1204可以具有任意其它合适的位置。
对于图12A中所示的每个集群，存在三个不同的集群边界。为了便于理解，单个集群的集群边界在图12B中示出。正常集群边界使用实线1206表示。第一修改后的集群边界使用虚线1208表示。第二修改后的集群边界使用点线1210表示。应注意，此处还可以定义任意数目的额外集群边界。
可以任意合适的方式定义或修改图12A和12B中所示的不同边界。例如，可以基于任意边界节点的位置定义或修改边界，这样可以影响将集群边界扩展多远以包含边界节点。节点之间的干扰还可以用于识别边界节点以及用于识别哪些节点置于多个集群内，例如通过使用“Aij/Cij”度量。
从图12B中可以清楚地看到，使用虚线1208表示的边界在大约一半的方向扩展集群，并在大约另一半的方向收缩集群。使用点线1210表示的边界在相反方向扩展集群。这些边界变化通常将集群扩展为特定数目的相邻集群。在图12A中，每个集群扩展至6个邻居中的三个邻居中，其中每个邻居具有两个不同的边界变化。应注意可使用其它扩展，例如通过将集群扩展至六个邻居中的两个邻居中，其中每个邻居具有三个不同的边界变化。
如上所述，可以基于集群的节点中的相互干扰确定集群到邻居的的扩展。该扩展还可以基于集群中的各个节点的实际位置。可以通过如下方式进行扩展和收缩：集群每侧的集群边界的数目大致相等，尽管这并非必须。例如，在一种方法中，假设r％(r<50)的节点将由指定集群获取，并假设r％的节点在边界变化中从指定集群交给其相邻集群。较大的r值可提供更好的整体优化性能。从指定集群开始，特定集群的边界可以扩展至一侧以从该侧的每个相邻集群获取大约(r/n)％的节点(其中n是该侧的相邻集群的数目)。此外，(r/n)％的节点从指定集群交给另一侧上的每个相邻集群(其中，m是另一侧上的相邻集群的数目)。随后，可以在接受先前移动的边界的同时为每个相邻集群重复该过程。在另一种方法中，可以识别在边界变化中可以变为非边界节点的边界节点最大百分比。随后，可以修改边界以确保足够的网络资源(大于或等于该百分比)被分配给集群的同时覆盖那些节点。
尽管图12A和12B示出了使用具有可调边界的集群的通信系统1200中的节点的集群的另一示例，但是可对图12A和12B进行各种更改。例如，通信系统1200可包括任意合适配置下的任意数目的小区1202以及任意数目的集群和边界变化。
应注意，虽然某些优化操作在附图中示出并在以上描述(例如，下行功率控制)，但是在图1至12B中集群控制器可以进行任意合适的优化。示例优化包括联合功率控制和调度、具有多点协作处理(CoMP)或波束成形的联合功率控制和调度，以及负载均衡。
还应注意，多个集群方案的使用和集群方案中“呼吸”集群的使用可以在多种系统中找到使用。示例系统包括4G和4G之后的商用蜂窝系统，例如LTE、高级LTE或其它系统。另一示例类型的系统是异构网络或“HetNet”，其中大量紧密耦合的集群小区通常自然存在。此外，上述技术可以在中央控制器、集群控制器、基站或其它基础架构设备，以及蜂窝手机或其它终端用户设备中使用。例如，蜂窝手机可以包括用于测量无线信道以及使用信息来优化自身的功率控制算法的机制。因此，上述技术和方法不限于只在基站中使用。
此外，应注意参照上述一个或多个附图描述的技术或功能可以在上述其它附图中使用。例如，参照图8和9描述的技术或功能可以在图1或2的系统100或200中使用。类似地，参照图12A和12B描述的技术或功能可以在图10的系统1000中使用
图13和14示出了根据本发明的支持集群优化的示例设备。在图13中，设备1300可以用作中央控制器108、1008或用于控制将通信系统划分为集群的其它设备。
如图13所示，设备1300包括至少一个发射器1302和至少一个接收器1304。每个发射器1302用于将数据(例如，集群分配、资源分配、优化调用等等)发送到通信系统中的其它部件。接收器1304用于接收来自通信系统中的其它部件的数据(例如，终端用户设备识别、优化方案等等)。发射器1302包括用于发送数据的任意合适的结构，接收器1304包括用于接收数据的任意合适的结构。发射器1302和接收器1304可以表示有线或无线接口。应注意，发射器和接收器可以共同驻留在公共收发器内。还应注意可以使用多个发射器和接收器(包括有线和无线接口)的组合。一般而言，“通信电路”是指共同或单独的有线或无线发送和/或接收电路。
至少一个存储器1306存储设备1300使用、生成或收集的指令和数据。例如，存储器1306可以存储识别通信系统中的不同节点的信息以及用于将节点分割成不同集群、不同集群实例或不同集群方案的信息。存储器1306还可以存储与集群内的节点的操作关联的信息。存储器1306可以存储任意其它或额外信息。存储器1306包括任何合适的易失性和/或非易失性存储和检索设备。
至少一个处理单元1308实施设备1300的处理操作。在该示例中，处理单元1308包括实施与通信系统中的节点的集群关联的处理操作的各种功能单元1310至1314。例如，分割单元1310可以实施分割算法将通信系统的节点划分为集群。集群控制器选择单元1312可以为每个集群选择集群控制器。此外，资源分配单元1314可以将网络资源划分并分配给不同集群。
每个处理单元1308包括用于执行一个或多个操作的任何合适的处理或计算设备。每个处理单元1308可以，例如，包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列或专用集成电路。此外，可以任意合 适的方式实施每个功能单元1310至1314。在一些实施例中，功能单元1310至1314表示存储在存储器1306中并由处理单元1308执行的软件/固件指令。在其它实施例中，功能单元1310至1314表示硬件模块。
在图14中，设备1400可以用作集群控制器106或1006、基站、终端用户设备，或用于计算或实施优化的其它节点。如图14所示，设备1400包括至少一个发射器1402、至少一个接收器1404、至少一个存储器1406，以及至少一个处理单元1408。这些部件可与图13中的对应部件相同或类似(尽管存储器容量、处理器速度或其它设备特征可以随设备类型而不同)。
在该示例中，处理单元1408包括实施与设备1400关联的处理操作的各种功能单元1410至1412。例如，信息收集单元1410可以收集与一个或多个节点的操作关联的信息。作为一个具体示例，集群控制器106或1006中的信息收集单元1410可以收集关于其集群中的节点的信息，而基站或终端用户设备中的信息收集单元1410可以收集关于其无线信道的信息(例如干扰)。优化单元1412可以为节点或节点的一个或多个集群执行优化操作。例如，集群控制器106或1006中的优化单元1412可以为其集群内的所有节点生成优化方案，而基站或终端用户设备中的优化单元1412可以为该设备生成最优工作参数。可以任意合适的方式，例如通过使用软件/固件指令或硬件模块实施每个功能单元1410至1412。
尽管图13和14示出了支持集群优化的设备1300和1400的示例，但是可以对图13和14进行各种更改。例如，图13和14所示的设备1300和1400可用于实施上述任意一种技术，例如以将网络划分为多个集群方案或呼吸集群，在集群中分配资源，以及为集群进行优化。然而，这些操作可以由任意其它合适的设备或系统执行。
图15至17示出了根据本发明的用于集群内的局部优化的示例方法。如上所述，通信系统中的节点可以驻留在多个集群内。这可以如图1至9所示发生，其中节点驻留在不同集群方案中的不同集群内。还可以如图10至12B所示发生，其中节点可以驻留在不同的集群内，因为那些集群的边界在变化。图15至17所示的方法示出了用于单个集群为其资源进行集群优化，以及实施优化结果用于调度和MCS决策以及在系统被分割成集群之后发送功率决策的示例技术。
在以下论述中，假设每个集群包括多个小区，例如如图8或图12A所示。集群的边界小区是该集群中造成邻近集群中的小区干扰或接收来自邻近集群中的小区的干扰的小区。边界用户是边界小区中对邻近集群中的小区造成干扰或接收来自邻近集群中的小区的干扰的用户。
如图15所示，方法1500用于给定集群方案和关联资源集的下行集群内优化。在步骤1502中，进行局部集群内下行优化。作为该优化的一部分，在步骤1504中确定分配给集群的资源的下行功率电平。这可以包括，例如，执行优化计算以确定下行功率电平的集群的集群控制器。在步骤1506中共享功率电平。这可以包括，例如，将确定的功率电平广播给任意相邻集群或小区的集群控制器。在步骤1508中，在集群的每个小区中进行局部调度和MCS决策。根据在相邻小区(同一集群内以及邻近集群中的相邻小区)中使用的功率电平的知识在每个小区中作出决策。
当集群如步骤1502至1504所示执行下行优化时，可通过各种方式处理来自相邻集群中的小区的干扰。在第一种方法中，在下行优化期间可直接忽略来自相邻集群中的小区的干扰。在第二种方法中，每个集群控制器假设全发射功率用于邻近集群的小区中的资源。在第三种方法中，每个集群控制器使用基本的功率电平，该功率电平低于邻近集群中的边界小区的 正常功率电平。例如，当一些小区拥有的从其它小区获取干扰的用户的百分比更高时可以使用第三种方法。因此，第三种方法可以基于邻近小区中获取来自给定小区的干扰的用户的百分比(通过使用例如，模拟找到阈值百分比)，以及这两种集群均意识到功率约束并且遵循这些功率约束这样在下行优化期间它们不会超过那些功率电平。应注意，所有三种方法在优化之后，当邻近集群的小区的确切功率已知(通过在集群和小区中共享信息)时，那些值用于在每个小区中进行局部调度和MCS自适应决策。
如图16所示，方法1600用于给定集群方案和关联资源集的上行集群内优化。在步骤1602中，进行局部集群内上行优化。作为该优化的一部分，在步骤1604中确定分配给集群的资源的用户和上行功率电平。这可以包括，例如，执行优化计算以确定上行功率电平的集群的集群控制器。在优化计算期间，没有来自边缘小区的用户或来自边缘小区的有限数目的用户可以被包含在优化中。在步骤1606中，优化决策和与相邻小区的干扰级别与集群中的小区共享。这可以包括，例如，广播确定的用户、功率电平和干扰级别的集群控制器。在步骤1608中，在集群的每个小区中进行局部调度和功率决策。这些决策按照集群控制器的决策作出，尽管可能进行MCS或功率调整。
在该方法中，集群控制器的决策应用于调度用户和上行功率。遵循集群控制器的决策时，这可能对相邻集群中的小区造成干扰。因此，理想情况下，可以通过将不会造成干扰(高于某个阈值)的用户包含在邻近集群中的小区内来进行集群内优化。如果集群的小区中满足该标准的用户的比例不足以匹配分配给集群方案的资源的比例(x％)，那么可以增加该集群方案的资源的百分比(如果与其它集群方案不存在冲突)，或者可以(通过改变干扰阈值)选择对其它集群中的小区造成最小干扰的用户的x％。由于邻近集群可干扰该集群，所以靠近集群边界的边缘小区中的用户需要 将他们的MCS级别和功率降低某个余量以允许意外的干扰变化。
如图17所示，另一方法1700用于给定集群方案和关联资源集的上行集群内优化。在步骤1702中，进行局部集群内上行优化。作为该优化的一部分，在步骤1704中确定分配给集群的资源的干扰图和上行功率电平。这可以包括，例如，识别相互干扰和/或不同集群的小区之间的总干扰的集群的集群控制器。在步骤1706中共享功率电平。这可以包括，例如，将确定的功率电平广播给任意相邻集群或小区的集群控制器。在步骤1708中，在集群的每个小区中进行局部调度和MCS决策。通过使用干扰图作出这些决策，这样允许每个小区知晓同一集群的邻近小区中的干扰级别。
在该方法中，每个小区根据干扰图进行局部调度。集群控制器在进行集群优化之后向其集群中的各个小区提供干扰图(这些干扰图识别一个小区对其它小区造成的干扰或类似的所得干扰信息)。每个小区可以本地选择最佳用户，因为它知晓每个小区对其它小区造成的干扰。进行局部调度的另一方法是使用小区所受的总干扰(例如，干扰热噪声比或“IoT”)，而不是使用相互干扰级别。在这种情况下，当选择用户和关联功率电平时，选择用户的小区可保持相邻通信台的目标总干扰的干扰余量。
应注意，本方法并且解决对邻近集群造成意外干扰的边界小区中的用户问题。存在若干解决该问题的技术。在第一种技术中，在优化期间，只选择不对集群之外的小区造成过度干扰的用户。如果此类用户的百分比小于集群方案中的资源百分比(x％)，那么可以在不违反其它集群方案要求的情况下增加集群方案的资源的百分比。如果无法进行上述操作，那么可以选择小区边缘中对其它集群中的小区造成最小干扰的用户的x％。对其它集群造成干扰的用户的百分比可以在优化之前标识给其它集群，这样其它集群可以在优化中使用该信息(在优化中具有除边界小区的集群干扰元 素之外的额外集群干扰元素)。例如，如果此类用户的百分比很大，其它集群中的边界小区可以假设那些资源块的干扰高出y余量。
在另一种技术中，当进行优化时忽略邻近集群中的小区的干扰。之后，当进行局部调度时(由于邻近集群的小区中的干扰级别也是已知)，边界小区中的用户在(不超过邻居的干扰并保持余量的情况下)确定功率和MCS级别时可以考虑邻近集群中的小区中的干扰目标。
在第三种技术中，假设邻近集群中的边界小区的干扰余量比该边界小区中的其它资源的平均干扰高z分贝。平均干扰可以是边界小区的其它资源在过去观察到的干扰(其它资源可以由具有将该边界小区作为中央小区的不同集群方案控制)。这还可以在进行集群内优化时作为约束使用以使优化更加准确。
尽管图15至17示出了用于集群内的局部优化的方法的示例，但是可以对图15至17进行各种更改。例如，可使用其它技术在集群中进行上行或下行优化。例如，虽然每个附图中的各种步骤被视为一系列步骤，但是它们可以重叠、并行发生、以不同顺序发生或发生多次。此外，应注意每个方法可以由任意合适的设备执行并不限于上述的那些设备。
应注意，在以上描述中，假设网络中的每个节点作为至少一个集群中的边界节点以及作为至少一个其它集群中的非边界节点出现。然而，可能存在某些一个或多个节点仅作为边界节点或仅作为非边界节点出现的情况。例如，在网络的远处边缘的外部节点可能仅作为边界节点出现，这么做是为了降低所需集群方案或集群边界的数目。
在一些实施例中，上文所述的各种功能由计算机程序实施或支持，该计算机程序由计算机可读程序代码形成并在计算机可读介质中体现。短语 “计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，包含源代码、目标代码和可执行代码。短语“计算机可读介质”包括能够被计算机访问的任何类型的介质，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘驱动器、光盘(CD)、数字化视频光盘(DVD)或任何其它类型的存储器。“非瞬时”计算机可读介质不包含传送瞬时电信号或其它信号的有线、无线、光或其它通信链路。非瞬时计算机可读介质包括可以永久存储数据的介质和可以存储并覆盖数据的介质，例如可重写光盘或可擦除存储器设备。
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然而本发明已描述某些实施例和相关方法，这些实施例和方法的替代和改变对本领域技术人员而言是显而易见的。相应地，示例实施例的上述描述不能定义或约束本发明。其它变化、替代和改变的示例可以在不脱离本文精神和范围的情况下，由以下权利要求确定。