CN110139285B - 一种电力无线专网站址选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力无线专网站址选择方法，首先在目标区域内设置多个候选基站；根据无线信号路径损耗模型将满足数据传输速率要求的终端加入候选基站的覆盖集合，每个候选基站的覆盖集合作为一个元素，组成总覆盖集合；反复寻找并删除当前终端数量最少且所有终端能被其他基站覆盖的基站覆盖集合，直到当前每个基站覆盖集合中的终端都不能全部被其它基站所覆盖；对于被多个基站重复覆盖的终端，将终端保留在路径损耗最小的候选基站覆盖集合中，同时将该终端从其它候选基站覆盖集合中删除；最后得到总的基站覆盖集合。本发明能有效解决电力无线专网规划中的站址选择问题，对电力无线专网规划具有现实意义和应用价值。

Description

一种电力无线专网站址选择方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种电力无线专网站址选择方法。

背景技术

配电通信接入网是属于配电通信网的底层网络，是整个电力系统的信息来源采集手段，其在智能电网发展过程中处于一个关键发展的地位。智能配电通信网要求实现对配电终端的全覆盖，配电终端主要包括配电开关监控终端、配电变压器监测终端和公用及用户配电所的监控终端等，主要实现配电自动化系统的“三遥”，即遥测、遥信和遥控功能。智能配电通信网是配电网的一个信息基础和组成部分，实时性、可靠性要求较高。

现有配电网通信网络的解决方案是在条件允许的情况下,以光纤通信作为首选,无线通信实现广域覆盖，常用于接入网的搭建。合理的网络规划是无线网络能够更好地为智能配电网络服务的基础,也是多种无线技术有效运用的保障。

现有技术中无线网络基站的选址方法，一种是在给定基站个数的情况下，确定基站的位置分布，但是基站个数的确定具有一定的主观性；还有一种是同时确定基站个数与位置的方法，一般采用遗传算法、粒子群算法、免疫算法或者根据上述算法的改进方法对基站进行选址，但是该类方法运算复杂度高，而且选址方案输出的结果不够理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电力无线专网站址选择方法，用于电力无线专网规划中的站址选择,该方法运算简单，而且选址方案输出的结果比较理想。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种电力无线专网站址选择方法，包括以下步骤：

步骤1：在目标区域内设置多个候选基站，候选基站的数量和位置能够使所有终端都能被基站信号所覆盖；

步骤2：根据无线信号路径损耗模型计算每个终端x到每个候选基站i的数据传输最大速率，若最大传输速率满足终端x的数据传输速率需求，则将终端x加入到候选基站i的覆盖集合Ci中，并将每个候选基站的覆盖集合作为一个元素，组成临时总覆盖集合C，建立一个总覆盖集合

步骤3：寻找总覆盖集合C中终端数目最少的候选基站覆盖集合Ck，判断Ck中的终端是否都已经被C∪C'中的其它候选基站所覆盖，若是，转入步骤4，否则，转入步骤5；

步骤4：删除Ck，返回步骤3；

步骤5：将集合Ck移至总覆盖集合C’中，判断集合C是否为空，若为空，则进入步骤6，否则，返回步骤3；

步骤6：遍历所有终端，判断每个终端是否被多个基站覆盖，若是，则将终端保留在路径损耗最小的候选基站覆盖集合中，同时将该终端从其它候选基站覆盖集合中删除，所得更新后的总覆盖集合C’即为站址选择结果。

上述方案中，步骤(2)中，所述无线信号路径损耗模型为Okumura-Hata模型:

loss＝69.55+26.16lgf-13.82lgh_b-α(h_m)+(44.9-6.55lgh_b)lgd

其中，f表示信号工作频率，h_b表示基站天线有效高度，h_m表示终端天线有效高度，α(h_m)表示终端天线高度因子，d表示基站与终端之间的距离。

上述方案中，步骤(2)中，所述数据传输最大速率的计算公式如下：

R_x＝B×log(1+SINR)

其中，B表示终端x业务所需带宽，SINR表示信噪比。

进一步的，所述信噪比SINR的计算公式如下：

其中，P_i表示第i个基站的发射功率，P_j表示第j个基站的发射功率，σ²表示第i个基站的噪声功率，loss_i表示终端x到第i个基站的路径损耗，loss_j表示终端x到第j个基站的路径损耗。

由上述技术方案可知，本发明应用于电力无线专网中终端位置固定的场景，将终端作为元素加入候选基站的覆盖集合中，利用贪婪策略，反复寻找并删除当前终端数量最少且所有终端能被其他基站覆盖的基站覆盖集合，直到当前每个基站覆盖集合中的终端都不能全部被其它基站所覆盖，即能确定所需无线专网无线基站的数量和位置。本发明与已有站址选择算法相比，具有运算复杂度低、覆盖率高、成本低等优点。本发明能有效解决电力无线专网规划中的站址选择问题。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明终端与初始候选基站分布图；

图3是本发明站址选择结果图；

图4是本发明实施例中对比方法站址选择结果图；

图5是本发明实施例中方法与对比方法性价比对比曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本实施例的电力无线专网站址选择方法，包括以下步骤：

步骤1：在目标区域内设置多个候选基站，候选基站的数量和位置要能确保所有终端都能被基站信号所覆盖。各相邻基站候选点之间的距离间隔相等，将基站候选点与终端按顺序编号，并且将基站候选点与终端的位置转换成二维坐标图。如图2所示，本例中终端设置为150个，候选基站为100个。

步骤2：根据无线信号路径损耗模型计算每个终端x到每个候选基站i的数据传输最大速率，若最大传输速率满足终端x的数据传输速率需求，则将终端x加入到候选基站i的覆盖集合Ci中。将每个候选基站的覆盖集合作为一个元素，组成临时总覆盖集合C，其中C＝{C₁,C₂,...C_i,...C₁₀₀}，C_i＝{x,...}。建立一个总覆盖集合

其中终端x数据传输最大速率的计算公式是R_x＝B×log(1+SINR)，其中B为终端x业务所需带宽，SINR为信噪比，所述信噪比的计算公式是：

其中P_i为第i个基站的发射功率，P_j为第j个基站的发射功率。σ²为第i个基站的噪声功率，loss_i为终端x到第i个基站的路径损耗，loss_j为终端x到第j个基站的路径损耗。

其中路径损耗模型为Okumura-Hata模型为：

loss＝69.55+26.16lgf-13.82lgh_b-α(h_m)+(44.9-6.55lgh_b)lgd，

其中，f表示信号工作频率，本例中取230Mhz；h_b表示基站天线有效高度，本例中取45m；h_m表示终端天线有效高度，本例中取1.5m；α(h_m)表示终端天线高度因子；d通过计算二维坐标图上的终端与基站的位置得到。

步骤3：寻找C中终端数目最少的候选基站覆盖集合Ck，判断Ck中的终端是否都已经被C∪C'中的其它候选基站所覆盖；若是，转入步骤4，若否，转入步骤5；

步骤4：删除Ck，返回步骤3；

步骤5：将集合Ck移至总覆盖集合C’中，判断集合C是否为空，若为空，则进入步骤6，否则，返回步骤3；

步骤6：遍历所有终端，判断每个终端是否被多个基站覆盖，若是，则将终端保留在路径损耗最小的候选基站覆盖集合中，同时将该终端从其它候选基站覆盖集合中删除，所得到更新后的总覆盖集合C’即为站址选择结果。

如图3所示，在二维坐标图中将集合C'中基站表示出来，并画出其覆盖范围。

本发明的有益效果在于，利用本发明提供的基站选址方法与现有技术中采用免疫算法解决基站选址问题的对比结果如图4，图5所示。

初始状态都如图2所示，终端与候选基站位置分布相同，图3为使用本发明方法得到的站址选择结果图，由图可看出，终端被所有基站覆盖，而且重复覆盖终端很少；图4为使用免疫算法得到的站址选择结果图，由图可以看出少量终端没有被覆盖而且重复覆盖的终端很多；图5为本发明方法与对比方法性价比对比曲线图，在这里性价比定义为基站覆盖率与个数比值，图中可以明显看出，本发明方法的基站覆盖率与个数比值始终大于对比方法的性价比；仿真软件运行本发明方法100次，平均每次用时11s，运行对比方法100次，平均每次用时200s。经过对比，发现本发明采用的方法运算复杂度更低，覆盖率更高，成本更低。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种电力无线专网站址选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在目标区域内设置多个候选基站，候选基站的数量和位置能够使所有终端都能被基站信号所覆盖；

步骤2：根据无线信号路径损耗模型计算每个终端x到每个候选基站i的数据传输最大速率，若最大传输速率满足终端x的数据传输速率需求，则将终端x加入到候选基站i的覆盖集合Ci中，并将每个候选基站的覆盖集合作为一个元素，组成临时总覆盖集合C，建立一个总覆盖集合

步骤3：寻找临时总覆盖集合C中终端数目最少的候选基站覆盖集合Ck，判断Ck中的终端是否都已经被C∪C′中的其它候选基站所覆盖，若是，转入步骤4，否则，转入步骤5；

步骤4：删除Ck，返回步骤3；

步骤5：将集合Ck移至总覆盖集合C’中，判断临时总覆盖集合C是否为空，若为空，则进入步骤6，否则，返回步骤3；

步骤6：遍历所有终端，判断每个终端是否被多个基站覆盖，若是，则将终端保留在路径损耗最小的候选基站覆盖集合中，同时将该终端从其它候选基站覆盖集合中删除，所得更新后的总覆盖集合C’即为站址选择结果。

2.根据权利要求1所述的电力无线专网站址选择方法，其特征在于：步骤(2)中，所述无线信号路径损耗模型为Okumura-Hata模型：

loss＝69.55+26.16lg f-13.82lg h_b-a(h_m)+(44.9-6.55lg h_b)lg d

其中，f表示信号工作频率，h_b表示基站天线有效高度，h_m表示终端天线有效高度，a(h_m)表示终端天线高度因子，d表示基站与终端之间的距离。

3.根据权利要求1所述的电力无线专网站址选择方法，其特征在于：步骤(2)中，所述数据传输最大速率的计算公式如下：

R_x＝B×log(1+SINR)

其中，B表示终端x业务所需带宽，SINR表示信噪比。

4.根据权利要求3所述的电力无线专网站址选择方法，其特征在于：所述信噪比SINR的计算公式如下：

其中，P_i表示第i个基站的发射功率，P_j表示第j个基站的发射功率，σ²表示第i个基站的噪声功率，loss_i表示终端x到第i个基站的路径损耗，loss_j表示终端x到第j个基站的路径损耗。

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