CN112652048A - 一种射线跟踪方法、装置、存储介质和服务器 - Google Patents

一种射线跟踪方法、装置、存储介质和服务器 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供的一种射线跟踪的方法、装置、存储介质以及服务器的技术方案中，控制发射端作为发射点，向目标场景发射多条射线，根据所述射线击中的所述目标场景中的几何面确定出可视面元，根据所述可视面元生成所述发射端和所述接收端之间的多个射线路径，计算出接收端的每个所述射线路径对应的场强，根据接收端的每个所述射线路径对应的场强生成所述接收端的接收功率，根据预先获取的所述发射端的发射功率和所述接收功率生成路径损耗，使得在可视面元的检测过程中无需遍历目标场景中的所有几何面，从而降低了内存开销和计算复杂度。

Description

一种射线跟踪方法、装置、存储介质和服务器
【技术领域】
本发明涉及无线技术领域，具体地涉及一种射线跟踪方法、装置、存储介质和服务器。
【背景技术】
第五代移动通信技术(5G)及未来移动通信是国家重大战略，其应用场景不断丰富,更高的通信频率正在逐步启用，sub-6GHz到毫米波频段都将是5G时代数据传输的重要支撑。5G基站的密度较LTE基站将有大幅提升，且大规模多天线、波束赋形等5G关键技术的应用与评估都给5G网络规划优化带来了很大的挑战。无线电波在通信场景中的准确预测是5G及未来网规网优的重要基础，而射线跟踪是实现这一基础的重要方法。
站间距的缩小、多天线波束赋形技术对多径传播预测的精度、粒度和维度都提出了更高的要求，且随着频率的升高，材料表面粗糙度与波长的比值也在增大，散射对接收信号的影响也在增加。因此，无线电波的反、散射都是5G及未来移动通信场景不可忽略的多径效应。
在现有技术中，这两种反射和散射的传播机制中，需要遍历目标场景中的所有几何面，导致计算复杂度均比较高，从而在射线跟踪计算过程中需要占用大量内存去计算复杂度，导致内存开销过大的问题。
【发明内容】
有鉴于此，本发明提供一种射线跟踪方法、装置、存储介质和网络设备，能够在可视面元的检测过程中无需遍历目标场景中的所有几何面，从而降低了内存开销和计算复杂度。
一方面，本发明实施例提供了一种射线跟踪方法，包括：
控制发射端作为发射点，向目标场景发射多条射线；
根据所述射线击中的所述目标场景中的几何面确定出可视面元；
根据所述可视面元生成所述发射端和所述接收端之间的多个射线路径；
计算出接收端的每个所述射线路径对应的场强；
根据接收端的每个所述射线路径对应的场强生成所述接收端的接收功率；
根据预先获取的所述发射端的发射功率和所述接收功率生成路径损耗。
另一方面，本发明实施例提供了一种射线跟踪装置，所述装置包括：
控制模块，用于控制发射端作为发射点，向目标场景发射多条射线；
确定模块，用于根据所述射线击中的所述目标场景中的几何面确定出可视面元；
计算模块，用于计算出接收端的每个所述射线路径对应的场强；
生成模块，用于根据所述可视面元生成所述发射端和所述接收端之间的多个射线路径；根据接收端的每个所述射线路径对应的场强生成所述接收端的接收功率；根据预先获取的所述发射端的发射功率和所述接收功率生成路径损耗。
另一方面，本发明实施例提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述的射线跟踪方法。
另一方面，本发明实施例提供了一种网络设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储包括程序指令的信息，所述处理器用于控制程序指令的执行，所述程序指令被处理器加载并执行上述的射线跟踪方法的步骤。
本发明实施例提供的技术方案中，控制发射端作为发射点，向目标场景发射多条射线，根据所述射线击中的所述目标场景中的几何面确定出可视面元，根据所述可视面元生成所述发射端和所述接收端之间的多个射线路径，计算出接收端的每个所述射线路径对应的场强，根据接收端的每个所述射线路径对应的场强生成所述接收端的接收功率，根据预先获取的所述发射端的发射功率和所述接收功率生成路径损耗，使得在可视面元的检测过程中无需遍历目标场景中的所有几何面，从而降低了内存开销和计算复杂度。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明一实施例所提供的一种射线跟踪方法的流程图；
图2是本发明又一实施例所提供的一种射线跟踪方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种确定当前阶可视面元方法的示意图；
图4是本发明实施例提供的一种虚拟源树的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种虚拟源树追溯反射路径的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种反射面的有效区域的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种漏检几何面的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的一种拆分漏检几何面的结构实体图；
图9是本发明实施例提供的一种检测漏检可视面元的结构流程图；
图10是本发明又一实施例所提供的一种射线跟踪方法的流程图；
图11是本发明实施例提供的一种计算可视面元的远场条件的结构示意图；
图12是本发明实施例提供的一种满足远场条件的三角形面元的结构示意图；
图13是本发明一实施例所提供的一种射线跟踪装置的结构示意图；
图14为本发明实施例提供的一种服务器的示意图。
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，甲和/或乙，可以表示：单独存在甲，同时存在甲和乙，单独存在乙这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
图1为本发明一实施例提供的一种射线跟踪方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
步骤101、控制发射端作为发射点，向目标场景发射多条射线。
步骤102、根据射线击中的目标场景中的几何面确定出可视面元。
步骤103、根据可视面元生成发射端和接收端之间的多个射线路径。
步骤104、计算出接收端的每个射线路径对应的场强。
步骤105、根据接收端的每个所述射线路径对应的场强生成接收端的接收功率。
步骤106、根据预先获取的发射端的发射功率和接收功率生成路径损耗。
本发明实施例提供的技术方案中，控制发射端作为发射点，向目标场景发射多条射线，根据所述射线击中的所述目标场景中的几何面确定出可视面元，根据所述可视面元生成所述发射端和所述接收端之间的多个射线路径，计算出接收端的每个所述射线路径对应的场强，根据接收端的每个所述射线路径对应的场强生成所述接收端的接收功率，根据预先获取的所述发射端的发射功率和所述接收功率生成路径损耗，使得在可视面元的检测过程中无需遍历目标场景中的所有几何面，从而降低了内存开销和计算复杂度。
图2为本发明又一实施例提供的一种射线跟踪方法的流程图，如图2所示，该方法包括：
步骤201、根据三维电子地图、通信参数、发射端位置以及接收端位置建立目标场景。
本发明实施例中，各步骤由服务器执行。本发明实施例中的射线跟踪方法适用于反射射线跟踪。
本发明实施例中，三维电子地图以文件形式导入服务器，或者通过在服务器中绘制得到。其中，三维电子地图包括结构体的三维几何信息、地形信息及结构体的地物标识。该结构体的三维几何信息包括多个几何面的信息。例如某一结构体为写字楼，该写字楼的三维几何信息包括写字楼的多个几何面。例如写字楼为立方体结构，该结构具有多个几何面。另外，该结构体的地物标识为写字楼，结构体的地形信息为写字楼所在的位置信息。
本发明实施例中，通信参数包括发射端的发射功率、发射端的发射频率、天线方向图、天线水平角以及天线下倾角。
本发明实施例中，发射端位置包括发射端的经纬度信息和发射端的高度信息，接收端位置包括接收端的经纬度信息和接收端的高度信息。其中，发射端可以为基站或者用户终端，接收端可以为用户终端或者基站。
步骤202、控制发射端作为发射点，向目标场景发射多条射线。
本发明实施例中，如图7、图8所示，发射点A可以向四周发射多条射线。
步骤203、将发射端发射的射线击中的几何面确定为当前阶可视面元。
本发明实施例中，可视面元包括三角形面元。
本发明实施例中，将发射端发射的射线首次击中的几何面确定为一阶可视面元，该射线经过一阶可视面元反射后第二次击中的几何面确定为二阶可视面元，以此类推。例如，图3所示，发射点A发射的射线1击中了几何面B1，因此将几何面B1确定为一阶可视面元。射线1经过一阶可视面元反射后，击中几何面C1，因此将几何面C1确定为二阶可视面元。
步骤204、计算出当前阶可视面元的当前镜像点。
本发明实施例中，镜像点为发射点在可视面元中镜面成像形成的点。例如，图3所示，发射点A发射的射线1击中了一阶可视面元B1，当前阶可视面元为B1，因此发射点A在当前阶可视面元B1的镜像点为b1。
步骤205、判断当前镜像点反射的射线是否能够击中可视面元，若是，则执行步骤206，若否，则执行步骤207。
本发明实施例中，判断当前镜像点反射的射线是否能够击中可视面元，若判断出当前镜像点反射的射线能够击中可视面元，表明可能存在下一阶可视面元，并继续判断下一阶可视面元的镜像点反射的射线是否能够击中可视面元。若判断出当前镜像点反射的射线未能击中可视面元，表明当前镜像点反射的射线已经击中了接收端，继续执行步骤207。例如，当前镜像点为一阶镜像点，若此时一阶镜像点反射的射线击中了二阶可视面元，则继续计算一阶镜像点在二阶可视面元的二阶镜像点，并继续判断二阶镜像点反射的射线是否能够击中三阶可视面元，以此类推；若此时一阶镜像点反射的射线击中了接收端，则表明发射端与接收端之间已经形成几何路径，可以继续执行步骤207。
本发明实施例中，可选地，步骤205还可以为：判断当前阶可视面元的阶数是否大于或者等于预设阶数阈值，若是，执行步骤207；若否，则执行步骤206’。
本发明实施例中，步骤206’、将当前镜像点反射的射线击中的可视面元确定为下一阶可视面元，计算出下一阶可视面元的当前镜像点，并继续执行判断当前阶可视面元的阶数是否大于或者等于预设阶数阈值的步骤。本发明实施例中，例如，目标场景为商区、街道、展览馆等城市环境时，预设阶数阈值可以为2阶；目标场景为隧道环境时，预设阶数阈值可以为10阶。本发明实施例中，若当前阶可视面元的阶数大于或者等于预设阶数阈值，表明此时已经能够检测出的可视面元数量已满足需求，无需再遍历目标场景中的所有几何面，造成反射计算复杂度的增加。若当前阶可视面元的阶数小于预设阶数阈值，表明此时所检测出的可视面元数量还未满足需要量，需要继续检测可视面元。
步骤206、将当前镜像点反射的射线击中的可视面元确定为下一阶可视面元，计算出下一阶可视面元的当前镜像点，并继续执行步骤205。本发明实施例中，例如，图3所示，发射点A发射的射线1击中了一阶可视面元B1，当前阶可视面元为B1，因此发射点A在当前阶可视面元B1的镜像点为b1。经过当前镜像点b1反射的射线1经过一阶可视面元B1后击中几何面C1，此时，将几何面C1确定为下一阶可视面元，即二阶可视面元。因此可计算出当前镜像点b1在二阶可视面元C1的当前镜像点为c1，并继续把计算后的当前镜像点c1作为发射点，继续判断当前镜像点反射的射线是否能够击中可视面元，以次循环，直至当前镜像点反射的射线未能够击中可视面元时，执行步骤207。
步骤207、根据发射端和计算出的多个当前镜像点形成虚拟源树，虚拟源树包括多条几何路径。
在本发明实施例中，该虚拟源树如图4所示，发射端作为发射点A向目标场景发射4条射线，4条射线在目标场景中分别在首次击中一阶可视面元B1、B2、B3、B4，分别计算出一阶可视面元B1的一阶镜像点为b1，一阶可视面元B2的一阶镜像点为b2，一阶可视面元B3的一阶镜像点为b3，一阶可视面元B4的一阶镜像点为b4。此时，一阶可视面元B1的一阶镜像点b1经过反射继续击中二阶可视面元C1和C2，并计算出一阶镜像点b1在二阶可视面元C1上的二阶镜像点为c1，一阶镜像点b1在二阶可视面元C2上的二阶镜像点为c2。一阶可视面元B2的一阶镜像点b2经过反射继续击中二阶可视面元C3，得到二阶镜像点c3。一阶可视面元B3的一阶镜像点b3经过反射继续击中二阶可视面元C4、C5和C6，得到二阶镜像点c4、c5和c6。一阶可视面元B4的一阶镜像点b4经过反射继续击中二阶可视面元C7，得到二阶镜像点c7。此时，图4中，发射端经过一阶镜像面的反射，共产生7条几何路径。例如，A-b1-c1为一条几何路径。
步骤208、从接收端出发，在虚拟源树中的多条几何路径中追溯出反射路径。
本发明实施例中，若射线从发射端经过反射到达接收端形成路径为射线路径，若射线无法到达接收端的路径，则视为无效路径，不作为反射路径。例如，图5所示，从接收端D出发，从接收端D出发，在7条几何路径中，追溯出几何路径：D-b2-A，能够从接收端D到达发射点A。因此几何路径：D-b2-A确定为反射路径。
步骤209、将未被几何面遮挡且反射路径的反射点位于该反射点所在的反射面的有效区域中的反射路径确定为射线路径。
本发明实施例中，判断反射路径是否被几何面遮挡且反射路径的反射点位于该反射点所在的反射面的有效区域中，若反射路径上被几何面遮挡且反射路径的反射点不位于该反射点的所在反射面的有效区域中，则表明该反射路径确定为无效路径。例如，反射路径：D-b2-A在追溯过程中，被其他几何面遮挡，则将该反射路径视为无效路径，不再使用。若反射路径上未被几何面遮挡且反射路径的反射点位于该反射点的所在反射面的有效区域中，则表明该反射路径是有效路径，可以进行后续步骤210的计算。
本发明实施例中，在图6中，发射点A在可视面元B1上的镜像点为b1，将b1连接可视面元的最长边的两个端点，形成的三角形区域S为有效区域。
本发明实施例中，进一步地，在将反射路径确定为射线路径确定射线路径之后，还包括：
通过公式一：C1＝K*nray 2和公式二：
Figure BDA0002228750310000081
得到射线路径的计算复杂度，其中，C1表示射线路径的计算复杂度，K表示接收端的个数，nray表示射线数目，S表示有效区域，△S表示角度间隔。
本发明实施例中，例如图6所示，有效区域S的中心角为50度，则△S为小于50度的角，例如△S为5度。因此可计算出nray＝10。本发明实施例的技术方案中，能够无需遍历目标场景中的所有几何面，有效的检测出可视面元和射线路径，降低了射线跟踪的内存开销和计算复杂度。
步骤210、计算出接收端的每个射线路径对应的场强。
本发明实施例中，例如，可通过菲涅尔公式：
Figure BDA0002228750310000091
计算出接收端的每个射线路径对应的场强Ez，其中，Ei表示入射场强，ri表示发射端到反射点距离，rr表示反射点到接收端距离，反射系数U可分解为垂直(TE)分量UTE和平行(TM)分量UTM，反射系数
Figure BDA0002228750310000092
Figure BDA0002228750310000093
n1为入射波所在介质的折射率，n2为反射面介质的折射率，β为驻波系数，j为复相位指示。本发明实施例中采用的公式，均为举例说明对此不作限定。
步骤211、根据接收端的每个射线路径对应的场强生成接收端的接收功率。
本发明实施例中，例如，可通过公式三：
Figure BDA0002228750310000094
计算出接收端的接收功率，其中Ez为接收端每个射线路径对应的场强，z为正整数。步骤211中的每个Ez均可采用步骤210中的Ez公式计算得出。
步骤212、根据预先获取的发射端的发射功率和接收功率生成路径损耗。
本发明实施例中，例如，通过公式四：
Figure BDA0002228750310000095
计算出路径损耗，其中P发射为发射端的发射功率，P接收为接收端的接收功率。
本发明实施例中，进一步地，还包括：将路径损耗与通信参数结合，得到电波传播预测结果。在实际应用场景中，根据得到的电波传播预测结构进行无线网络的规划和优化。例如，计算出的路径损耗值为20，在无线网络规划中，预设的接收端的接收值为100，因此需要设置发射端的发射值为120，使得电波传播过程中，经过路径损耗之后，到达接收端的接收值符合无线网络规划要求。
图9是本发明实施例提供的一种检测漏检可视面的结构流程图，本发明实施例，进一步地，还包括：
步骤301、筛选出击中目标场景中的不同几何面的两条相邻射线。
本发明实施例中，判断两条相邻射线击中目标场景中的几何面是否相同，若判断出两条相邻射线击中目标场景中的几何面相同，表面两条相邻射线之间不存在漏检几何面，若判断出两条相邻射线击中目标场景中的几何面不相同，则表明两条相邻射线之间存在漏检几何面。如图7所示，发射端A向目标场景发射了多条射线，其中，筛选出射线1和射线2为两条相邻射线，并且射线1直接击中的几何面为可视面元B1，射线2直接击中的几何面为可视面元B2，射线1和射线2所击中的几何面不相同，则表明在射线1和射线2之间存在漏检几何面。
步骤302、遍历两条相邻射线形成的区域内的漏检几何面。
本发明实施例中，如图6所示，在可视面元B1与可视面元B2之间形成漏检区域S2，在漏检区域S2中存在漏检几何面B4。
步骤303、将漏检几何面拆分成预设面元面积的几何面元。
本发明实施例中，例如，预设阈值为7个。如图8所示，将漏检几何面B4拆分成7个预设面积相同的三角形面元。优选地，预设面元面积为相同面积的集合面元。
步骤304、将每个几何面元的中心点与发射端进行连接，得到连接线段。
本发明实施例中，如图7所示，将漏检几何面B4拆分的7个三角形面元之后，分别将7个三角形面元的中心点与发射端进行连接，得到连接线段3、连接线段4、连接线段5、连接线段6、连接线段7、连接线段8以及连接线段9。其中，连接线段5、连接线段6、连接线段7、连接线段8以及连接线段9在图中未示出，可参见连接线段3和连接线段4的连接方法得到。
步骤305、将未被几何面遮挡的漏检几何面确定为可视面元。
本发明实施例中，判断连接线段是否被几何面遮挡，若判断出连接线段被几何面遮挡，则表明漏检几何面不是可视面元，若判断出连接线段未被几何面遮挡，则表明漏检几何面为可视面元。如图7所示，漏检几何面B4中的7个三角形面元，其中，将两个三角形面元的中心点X和Y与发射端A连接之后，得到的连接线段3和连接线段4未被几何面遮挡，表明漏检几何面B4也具有可视性，因此将漏检几何面B4确定为可视面元。
本发明实施例提供的技术方案中，通过遍历两条相邻射线形成的区域内的漏检几何面之后，再将漏检几何面进行拆分进行可视性检测，不需要预先拆分，并且无需遍历目标场景中所有几何面，降低了射线跟踪的内存开销和计算复杂度，同时也避免存在漏检的情况。
本发明实施例提供的技术方案中，控制发射端作为发射点，向目标场景发射多条射线，根据所述射线击中的所述目标场景中的几何面确定出可视面元，根据所述可视面元生成所述发射端和所述接收端之间的多个射线路径，计算出接收端的每个所述射线路径对应的场强，根据接收端的每个所述射线路径对应的场强生成所述接收端的接收功率，根据预先获取的所述发射端的发射功率和所述接收功率生成路径损耗，使得在可视面元的检测过程中无需遍历目标场景中的所有几何面，从而降低了内存开销和计算复杂度。
图10为本发明又一实施例提供的一种射线跟踪方法的流程图，如图10所示，该方法包括：
步骤401、根据三维电子地图、通信参数、发射端位置以及接收端位置建立目标场景。
本发明实施例中，的射线跟踪方法适用于散射射线跟踪。本步骤可参见上述实施例的步骤201。
步骤402、控制发射端作为发射点，向目标场景发射多条射线。
本发明实施例中，本步骤可参见上述实施例的步骤202。
步骤403、将所述射线击中的几何面确定为可视面元。
本发明实施例中，本步骤可参数上述实施例的步骤203。
步骤404、计算可视面元的中心与发射端之间的距离、可视面元的中心与接收端之间的距离以及可视面元的散射面积。
本发明实施例中，如图11所示，通过获取可视面元B1的中心b1与发射端A之间的距离d发射端、可视面元B1的中心b1与接收端之间的距离d接收端以及可视面元B1的散射面积D2，进行远程条件的判断。
步骤405、判断可视面元的中心与发射端之间的距离、当前可视面元的中心与接收端之间的距离以及当前可视面元的散射面积是否满足远场条件公式，若否，执行步骤406；若是，执行步骤407。
本发明实施例中，远场条件公式
Figure BDA0002228750310000121
其中，d发射端为可视面元的中心与发射端的距离,d接收端为可视面元的中心与接收端的距离，D2为可视面元的散射面积，λ为射线的波长。
本发明实施例中，若可视面元的中心与发射端之间的距离、当前可视面元的中心与接收端之间的距离以及当前可视面元的散射面积满足远场条件公式，则表明发射端、可视面元、接收端之间能够形成散射路径。若可视面元的中心与发射端之间的距离、当前可视面元的中心与接收端之间的距离以及当前可视面元的散射面积不满足远场条件公式，则表明发射端、可视面元、接收端之间不能够形成散射路径，需要将可视面元进行划分。
步骤406、将可视面元划分为多个可视面元，并继续执行步骤404。
本发明实施例中，可视面元包括三角形面元。相对于现有技术中以四边形划分可视面元，本发明实施例通过以三角面元的形式划分可视面元更为灵活，并且如果以四边形拆分三角形，必然导致三角形边角被裁剪或划分复杂度增加的问题。而本发明实施例中利用三角形边长与面积的关系，高效且无遗漏的将可视面元拆分成符合远场条件的多个三角形面元。
本发明实施例中，例如，当该可视面元不满足远场条件公式时，将可视面元划分为面积相等的两个可视面元。
本发明实施例中，将可视面元划分为面积相等的两个可视面元具体包括：将可视面元的最长边的中点连接可视面元最长边对应的顶点及中点，得到面积相等的两个可视面元。
本发明实施例中，若划分的两个可视面元仍不满足远场条件公式，则继续将可视面元划分为面积相等的三个可视面元，以此类推，直至所有划分的可视面元均满足远场条件公式则停止划分可视面元。如图12所示，本发明实施例中，将可视面元B1划分为3个三角形面元X、Y、Z之后，继续执行步骤404，分别计算三角形面元X的中心x与发射端A之间的距离d1发射端、三角形面元X的中心x与接收端D之间的距离d1接收端以及三角形面元X的散射面积D12；三角形面元Y的中心y与发射端A之间的距离d2发射端、三角形面元Y的中心y与接收端D之间的距离d2接收端以及三角形面元Y的散射面积D22；三角形面元Z的中心z与发射端A之间的距离d3发射端、三角形面元Z的中心z与接收端D之间的距离d3接收端以及三角形面元Z的散射面积D32。并通过远场条件公式分别判断上述三角形面元X、Y、Z是否满足远场条件，若满足远场条件，则停止划分三角形面元X、Y、Z，执行步骤407。若不满足远场条件，则将不满足远场条件的三角形面元继续划分为多个三角形面元，并重复执行上述步骤。本发明实施例中，对d1接收端、d1接收端等参数未标注，可参见图11的结构示意图的方式得到d1接收端、d1接收端等参数的位置。
本发明实施例的技术方案，通过将可视面元划分为多个可视面元，直至划分到所有可视面元均满足远场条件，而并非均匀的划分远场面元。传统方法统一的基于满足远场条件的最小的面积拆分面元。而大型结构体表面与收发信机的距离并非处处相等，符合远场条件的面元面积也并非处处相等。统一划分面元将导致小面元数量多于本发明实施例，因此，本发明实施例的技术方案能有效降低散射的计算复杂度。
步骤407、连接发射端、可视面元的中心点以及接收端，形成散射路径。
本发明实施例中，例如图12所示，将发射端A、三角形面元X的中心点x、接收端D连接；将发射端A、三角形面元Y的中心点y、接收端D连接；将发射端A、三角形面元Z的中心点z、接收端D连接，形成三条散射路径。
步骤408、将未被几何面遮挡的散射路径确定为射线路径。
本发明实施例中，若判断出散射路径被几何面遮挡，将散射路径确定为无效路径，不再使用；若判断出散射路径未被几何面遮挡，则表明散射路径是有效路径，可以进行后续步骤的计算。
本发明实施例中，进一步地，在将未被几何面遮挡的散射路径确定为射线路径之后，还包括：
通过公式五：C2＝K*a*nray 2，计算出散射的计算复杂度，其中，C2表示散线路径的计算复杂度，K表示接收端的个数，nray表示射线数目，a表示可视面元数目。
本发明实施例采用的技术方案中，将可视面元拆分成面积更小的可视面元。当通信频率升高，波长减小，远场条件越难满足，远场面元的面积越小，则面元数目越多。因此，散射的计算复杂度还与可视面元数目a有关,本申请采用的技术方案能够降低面元数目，从而降低计算复杂度。
步骤409、计算出接收端的每个射线路径对应的场强。
本发明实施例中，例如，可通过公式六表示的方向性散射模型求散射径的强度：
Figure BDA0002228750310000141
计算出每个射线路径达到接收端的场强Ez，其中，ψR为散射径和反射径方向的夹角，
Figure BDA0002228750310000142
ES0为反射方向上的散射场强，其中，
Figure BDA0002228750310000151
ri表示发射端到散射点的距离，rs表示散射点到接收端的距离，θi为入射角，S为散射系数、K为与发射端天线、功率有关的参数，αR为与材料表面粗糙度相关的电磁系数，U是反射系数，dS为可视面元的面积，j和w均为0以及大于0的整数。
步骤410、根据接收端的每个射线路径对应的场强生成接收端的接收功率。
本发明实施例中，例如，可通过公式三：
Figure BDA0002228750310000152
计算出接收端的接收功率，其中Ez为接收端每个射线路径对应的场强，z为正整数。步骤409中的每个Ez均可采用步骤409中的Ez公式计算得出。
步骤411、根据预先获取的发射端的发射功率和接收功率生成路径损耗。
本发明实施例中，例如，通过公式四：
Figure BDA0002228750310000153
计算出路径损耗，其中P发射为发射端的发射功率，P接收为接收端的接收功率。
本发明实施例中，进一步地，还包括：将路径损耗与通信参数结合，得到电波传播预测结果。在实际应用场景中，根据得到的电波传播预测结构进行无线网络的规划和优化。例如，计算出的路径损耗值为20，在无线网络规划中，预设的接收端的接收值为100，因此需要设置发射端的发射值为120，使得电波传播过程中，经过路径损耗之后，到达接收端的接收值符合无线网络规划要求。
进一步地，还包括：
步骤501、筛选出击中目标场景中的几何面不相同的两条相邻射线。
步骤502、遍历两条相邻射线形成的区域内的漏检几何面。
步骤503、将漏检几何面拆分成预设面元面积的几何面元。
步骤504、将每个几何面元的中心点与发射端进行连接，得到连接线段。
步骤505、将未被几何面遮挡的漏检几何面确定为可视面元。
本发明实施例提供的技术方案中，可参见上述实施例中的步骤301-305。通过遍历两条相邻射线形成的区域内的漏检几何面之后，再将漏检几何面进行拆分进行检测可视性，不需要预先拆分，并且无需遍历目标场景中所有几何面，降低了射线跟踪的内存开销和计算复杂度，同时也避免存在漏检的情况。
本发明实施例提供的技术方案中，控制发射端作为发射点，向目标场景发射多条射线，根据所述射线击中的所述目标场景中的几何面确定出可视面元，根据所述可视面元生成所述发射端和所述接收端之间的多个射线路径，计算出接收端的每个所述射线路径对应的场强，根据接收端的每个所述射线路径对应的场强生成所述接收端的接收功率，根据预先获取的所述发射端的发射功率和所述接收功率生成路径损耗，使得在可视面元的检测过程中无需遍历目标场景中的所有几何面，从而降低了内存开销和计算复杂度。
图13是本发明一实施例所提供的一种射线追踪装置的结构示意图，如图13所示，该装置包括：控制模块11、确定模块12、计算模块13以及生成模块14。
控制模块11用于控制发射端作为发射点，向目标场景发射多条射线。
确定模块12用于根据射线击中的目标场景中的几何面确定出可视面元。
计算模块13用于计算出接收端的每个射线路径对应的场强。
生成模块14用于根据可视面元生成发射端和接收端之间的多个射线路径；根据接收端的每个射线路径对应的场强生成接收端的接收功率；根据预先获取的发射端的发射功率和接收功率生成路径损耗。
本发明实施例中，该装置的确定模块12具体包括：第一确定子模块121、计算子模块122以及判断子模块123。
第一确定子模块121用于将所述发射端发射的射线击中的几何面确定为当前阶可视面元。
计算子模块122用于计算出所述当前阶可视面元的当前镜像点。
判断子模块123用于判断所述当前镜像点反射的射线是否能够击中可视面元。
计算子模块122还用于若判断子模块123判断出所述当前镜像点反射的射线能够击中可视面元，计算出下一阶可视面元的当前镜像点。
第一确定子模块121还用于若判断子模块123判断出所述当前镜像点反射的射线能够击中可视面元，将所述当前镜像点反射的射线击中的可视面元确定为下一阶可视面元，并继续执行所述判断模块123的步骤。
生成模块14还用于若判断子模块123判断出所述当前镜像点反射的射线未击中可视面元，执行所述生成模块14的步骤。
本发明实施例中，该装置的确定模块12具体还包括：
第一确定子模块121还用于将所述发射端发射的射线击中的几何面确定为当前阶可视面元。
计算子模块122还用于计算出所述当前阶可视面元的当前镜像点。
判断子模块123还用于判断当前阶可视面元的阶数是否大于或者等于预设阶数阈值。
生成模块14还用于若判断子模块123判断出当前阶可视面元的阶数大于或者等于预设阶数阈值，执行所述生成模块14的步骤。
计算子模块122还用于若判断子模块123判断出所述当前镜像点反射的射线能够击中可视面元，计算出下一阶可视面元的当前镜像点。
第一确定子模块121还用于若判断子模块123判断出所述当前镜像点反射的射线能够击中可视面元，将所述当前镜像点反射的射线击中的可视面元确定为下一阶可视面元，并继续执行所述判断模块123的步骤。
本发明实施例中，该装置的生成模块14具体包括：形成子模块141、追溯模块142以及第二确定子模块143。
形成子模块141用于根据发射端和计算出的多个当前镜像点形成虚拟源树，所述虚拟源树包括多条几何路径。
追溯子模块142用于从接收端出发，在所述虚拟源树中的多条几何路径中追溯出反射路径。
第二确定子模块143用于将未被几何面遮挡且所述反射路径的反射点位于该反射点所在的反射面的有效区域中的反射路径确定为所述射线路径。
本发明实施例中，该装置的确定模块12具体还包括：划分子模块124。
第一确定子模块121还用于将所述射线击中的几何面确定为可视面元。
计算子模块122还用于计算所述可视面元的中心与发射端之间的距离、所述可视面元的中心与接收端之间的距离以及所述可视面元的散射面积。
判断子模块123还用于判断所述可视面元的中心与发射端之间的距离、所述当前可视面元的中心与接收端之间的距离以及所述当前可视面元的散射面积是否满足远场条件公式。
生成模块14还用于若判断子模块123判断出所述可视面元的中心与发射端之间的距离、所述可视面元的中心与接收端之间的距离以及所述可视面元的面积满足所述远场条件公式，则继续执行所述生成模块14的步骤。
划分子模块124还用于若判断子模块123判断出所述可视面元的中心与发射端之间的距离、所述可视面元的中心与接收端之间的距离以及所述可视面元的面积不满足所述远场条件公式，将所述可视面元划分为多个可视面元。
计算子模块122还用于若判断子模块123判断出所述可视面元的中心与发射端之间的距离、所述可视面元的中心与接收端之间的距离以及所述可视面元的面积不满足所述远场条件公式，继续执行计算子模块122的步骤。
本发明实施例中，该装置还包括：筛选模块15、遍历模块16、拆分模块17以及连接模块18。
筛选模块15用于筛选出击中目标场景中的不同几何面的两条相邻射线。
遍历模块16用于遍历两条相邻射线形成的区域内的漏检几何面。
拆分模块17用于将所述漏检几何面拆分成预设面元面积的几何面元。
连接模块18用于将每个几何面元的中心点与发射端进行连接，得到连接线段。
确定模块12还用于将未被几何面遮挡的漏检几何面确定为可视面元。
本发明实施例提供的一种射线追踪装置的技术方案中，控制发射端作为发射点，向目标场景发射多条射线，根据所述射线击中的所述目标场景中的几何面确定出可视面元，根据所述可视面元生成所述发射端和所述接收端之间的多个射线路径，计算出接收端的每个所述射线路径对应的场强，根据接收端的每个所述射线路径对应的场强生成所述接收端的接收功率，根据预先获取的所述发射端的发射功率和所述接收功率生成路径损耗，使得在可视面元的检测过程中无需遍历目标场景中的所有几何面，从而降低了内存开销和计算复杂度。
本发明实施例提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述射线追踪方法的实施例的各步骤，具体描述可按照上述射线追踪方法的实施例。
本发明实施例提供了一种网络设备，包括存储器和处理器，存储器用于存储包括程序指令的信息，处理器用于控制程序指令的执行，程序指令被处理器加载并执行时实现上述射线追踪方法的步骤。具体描述可案件上述射线追踪方法的实施例。
图14为本发明实施例提供的一种网络设备的示意图。如图14所示，该实施例的服务器3包括：处理器21、存储器22以及存储在存储22中并可在处理器21上运行的计算机程序23，该计算机程序23被处理器21执行时实现实施例中的应用于射线追踪方法，为避免重复，此处不一一赘述。或者，该计算机程序被处理器21执行时实现实施例中应用于射线追踪装置中各模型/单元的功能，为避免重复，此处不一一赘述。
服务器3包括，但不仅限于，处理器21、存储器22。本领域技术人员可以理解，图14仅仅是服务器3的示例，并不构成对服务器3的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如服务器3还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器21可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器22可以是服务器3的内部存储单元，例如服务器3的硬盘或内存。存储器22也可以是服务器3的外部存储设备，例如服务器3上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器22还可以既包括服务器3的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器22用于存储计算机程序以及服务器3所需的其他程序和数据。存储器22还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或处理器(Processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种射线跟踪方法，其特征在于，所述方法包括：
控制发射端作为发射点，向目标场景发射多条射线；
根据所述射线击中的所述目标场景中的几何面确定出可视面元；
根据所述可视面元生成所述发射端和所述接收端之间的多个射线路径；
计算出接收端的每个所述射线路径对应的场强；
根据接收端的每个所述射线路径对应的场强生成所述接收端的接收功率；
根据预先获取的所述发射端的发射功率和所述接收功率生成路径损耗。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述射线击中的所述目标场景中的几何面确定出可视面元包括：
将所述发射端发射的射线击中的几何面确定为当前阶可视面元；
计算出所述当前阶可视面元的当前镜像点；
判断所述当前镜像点反射的射线是否能够击中可视面元；
若判断出所述当前镜像点反射的射线能够击中可视面元，将所述当前镜像点反射的射线击中的可视面元确定为下一阶可视面元，计算出下一阶可视面元的当前镜像点，并继续执行所述判断所述当前镜像点反射的射线是否能够击中可视面元的步骤；
若判断出所述当前镜像点反射的射线未击中可视面元，执行所述根据所述可视面元生成所述发射端和所述接收端之间的多个射线路径的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述射线击中的所述目标场景中的几何面确定出可视面元包括：
将所述发射端发射的射线击中的几何面确定为当前阶可视面元；
计算出所述当前阶可视面元的当前镜像点；
判断当前阶可视面元的阶数是否大于或者等于预设阶数阈值；
若判断出当前阶可视面元的阶数大于或者等于预设阶数阈值，执行所述根据所述可视面元生成所述发射端和所述接收端之间的多个射线路径的步骤；
若判断出当前阶可视面元的阶数小于预设阶数阈值，则继续执行将所述当前镜像点反射的射线击中的可视面元确定为下一阶可视面元，计算出下一阶可视面元的当前镜像点，并继续执行所述判断当前阶可视面元的阶数是否大于或者等于预设阶数阈值的步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述可视面元生成所述发射端和所述接收端之间的多个射线路径包括：
根据发射端和计算出的多个当前镜像点形成虚拟源树，所述虚拟源树包括多条几何路径；
从接收端出发，在所述虚拟源树中的多条几何路径中追溯出反射路径；
将未被几何面遮挡且所述反射路径的反射点位于该反射点所在的反射面的有效区域中的反射路径确定为所述射线路径。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述射线击中的所述目标场景中的几何面确定出可视面元包括：
将所述射线击中的几何面确定为可视面元；
计算所述可视面元的中心与发射端之间的距离、所述可视面元的中心与接收端之间的距离以及所述可视面元的散射面积；
判断所述可视面元的中心与发射端之间的距离、所述当前可视面元的中心与接收端之间的距离以及所述当前可视面元的散射面积是否满足远场条件公式
Figure FDA0002228750300000021
其中，d发射端为可视面元的中心与发射端的距离,d接收端为可视面元的中心与接收端的距离，D2为可视面元的散射面积，λ为所述射线的波长；
若判断出所述可视面元的中心与发射端之间的距离、所述可视面元的中心与接收端之间的距离以及所述可视面元的面积满足所述远场条件公式，继续执行所述根据所述可视面元生成所述发射端和所述接收端之间的多个射线路径的步骤；
若判断出所述可视面元的中心与发射端之间的距离、所述可视面元的中心与接收端之间的距离以及所述可视面元的面积不满足所述远场条件公式，将所述可视面元划分为多个可视面元，并继续执行所述计算所述可视面元的中心与发射端之间的距离、所述可视面元的中心与接收端之间的距离以及所述可视面元的散射面积的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述可视面元包括三角形面元。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
筛选出击中目标场景中的不同几何面的两条相邻射线；
遍历两条相邻射线形成的区域内的漏检几何面；
将所述漏检几何面拆分成预设面元面积的几何面元；
将每个几何面元的中心点与发射端进行连接，得到连接线段；
将未被几何面遮挡的漏检几何面确定为可视面元。
8.一种射线跟踪装置，其特征在于，所述装置包括：
控制模块，用于控制发射端作为发射点，向目标场景发射多条射线；
确定模块，用于根据所述射线击中的所述目标场景中的几何面确定出可视面元；
计算模块，用于计算出接收端的每个所述射线路径对应的场强；
生成模块，用于根据所述可视面元生成所述发射端和所述接收端之间的多个射线路径；根据接收端的每个所述射线路径对应的场强生成所述接收端的接收功率；根据预先获取的所述发射端的发射功率和所述接收功率生成路径损耗。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至7中任意一项所述的射线跟踪方法。
10.一种服务器，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储包括程序指令的信息，所述处理器用于控制程序指令的执行，其特征在于，所述程序指令被处理器加载并执行时实现权利要求1至7任意一项所述的射线跟踪方法的步骤。
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