CN113038598A - 基于子带划分的定位网络资源分配方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域,涉及一种定位网络资源分配方法,具体涉及一种基于子带划分的定位网络子载波分配方法,可用于定位网络的目标节点定位。
背景技术
定位网络包括位置信息已知的锚节点,位置信息未知的目标节点和资源,在应急救灾场景中,定位网络通过向锚节点分配资源,实现目标节点定位。定位网络的定位精度受到锚节点上资源分配的影响。目前定位网络资源分配方法主要有功率分配和子载波分配,其中功率分配方法为网络中的锚节点分配功率,子载波分配方法为网络中的锚节点分配子载波。定位网络分配资源方法性能的衡量指标主要有定位精度和资源分配效率。相比于功率分配方法,子载波分配方法定位精度更好,因而得到了更为广泛的研究。子载波分配方法中,子载波的个数决定分配过程的计算复杂度,影响资源分配效率。
为了更合理地进行子载波分配以提高定位精度,研发人员提出了许多解决方案,例如,授权公告号为CN106714301B,名称为“一种无线定位网络中的载波优化方法”的中国专利,公开一种定位网络的子载波分配方法,该方法通过向锚节点上分配子载波,构建子载波分配矩阵,以目标节点的定位误差的和为目标函数,通过提出一种混合整数规划方法可以得到最优的子载波分配矩阵,实现高定位精度定位。但是该方法的不足之处在于,锚节点上的最小分配单位为子载波,子载波分配矩阵维度高,计算复杂度高,导致资源分配的效率较低。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足,提出一种基于子带划分的定位网络子载波分配方法,旨在保证网络定位精度的前提下,通过对子载波划分成子带,向锚节点上分配子带,构建矩阵维度更低的子带分配矩阵,降低计算复杂度,从而提高资源分配效率。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案包括如下步骤:
(1)初始化定位网络模型:
初始化包括目标节点集合A={a1,a2,...,an,...,aN}、锚节点集合B={b1,b2,...,bm,...,bM}和子载波集合的定位网络,其中,N表示目标节点的个数,N≥2,an表示第n个目标节点,M表示锚节点的个数,M≥3,bm表示第m个锚节点,NC表示子载波的个数,NC≥M,sd表示第d个子载波;
(2)对子载波集合S进行子载波块划分:
按照频率由小到大的顺序对子载波集合S所包含的NC个子载波进行排序,并对排序后的子载波集合进行等子载波数划分,得到子载波块集合其中,RBi表示第i个子载波块,Nrb表示子载波块的个数,Nrb=NC/L,L表示RBi包含的子载波的个数,L≥1;
(3)对子载波块集合RB进行子带划分:
(3e)将QB中每个二进制数(qB)k中的Nrb-1个数字按照从左到右的顺序依次填入RB'的Nrb-1个横线中,得到子带集合其中,横线上填入0表示相邻的两个子载波块分配到一个子带中,填入1表示相邻的两个子载波块分配到不同的子带中,subk表示第k种子带划分集合, 表示第j个子带;
计算子带集合SUB中每个子带划分集合subk中每个子带分配给锚节点集合B中每个锚节点bm时对目标节点an产生的定位误差并以所有的子带分配给每个锚节点bm时产生的定位误差为行,每个子带分配给所有的锚节点时产生的定位误差为列,构建目标节点集合A中每个目标节点an的定位误差度量矩阵得到定位误差度量矩阵集合TP,其中,TPk表示子带划分集合subk下的定位误差集合, 表示目标节点an的定位误差度量矩阵,其表达式为:
基于匈牙利算法将定位误差度量矩阵集合TP中的每个定位误差度量矩阵中的定位误差变换为0或1,得到子带分配矩阵集合X,其中,Xk表示子带划分集合subk下的子带分配集合, 表示对应的子带分配矩阵,其表达式为:
将目标节点集合A中每个目标节点an的定位误差度量矩阵中的每个阵元与子带分配矩阵中对应位置的阵元相乘,构建每个目标节点an的定位误差矩阵得到定位误差集合R,其中,Rk表示子带划分集合subk下的定位误差矩阵集合, 表示每个目标节点an的定位误差矩阵,其表达式为:
(7)构建最小定位误差度量矩阵E:
(7b)以所有的子带划分集合分配给每个目标节点an时的最小定位误差为行,每个子带划分集合subk分配给所有的目标节点时的最小定位误差为列,构建最小定位误差度量矩阵E:
(8)获取定位网络中的最优子带分配矩阵:
以最小定位误差度量矩阵E中的最小值所在位置的列标k',寻找子带分配矩阵集合X中第k'个元素,得到子带划分集合subk'下的子带分配矩阵集合Xk',并以最小定位误差度量矩阵E中的最小值所在位置的行标n',寻找子带分配矩阵集合Xk'中第n'个元素,得到最优子带分配矩阵
本发明与现有技术相比,具有以下优点:
本发明通过对定位网络中的子载波进行子带划分,在锚节点上以子带为最小分配单位,构建子带分配矩阵,避免了现有技术中以子载波作为锚节点上的最小分配单位导致的子载波分配矩阵维度较高的缺陷,降低了计算复杂度,从而提升了资源分配效率。
附图说明
图1为本发明的实现流程图;
图2为本发明实施例中对子载波集合S和子载波块集合RB进行划分的实现流程图;
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例,对本发明作进一步详细描述:
参照图1,本发明包括如下步骤:
步骤1)初始化定位网络模型:
初始化包括目标节点集合A={a1,a2,...,an,...,aN}、锚节点集合B={b1,b2,...,bm,...,bM}和子载波集合的定位网络,其中,N表示目标节点的个数,N≥2,an表示第n个目标节点,M表示锚节点的个数,M≥3,bm表示第m个锚节点,NC表示子载波的个数,NC≥M,sd表示第d个子载波,本实施例中,N=6,M=3,NC=48;
步骤2)对子载波集合S进行子载波块划分:
按照频率由小到大的顺序对子载波集合S所包含的NC个子载波进行排序,并对排序后的子载波集合进行等子载波数划分,得到子载波块集合其中,RBi表示第i个子载波块,Nrb表示子载波块的个数,Nrb=NC/L,L表示RBi包含的子载波的个数,L≥1;
本实施例中,子载波集合S={s1,s2,…,s48},L=12,对子载波集合S进行等子载波数划分后,得到子载波块集合RB,RB={RB1,RB2,RB3,RB4},其实现过程如图2所示。
步骤3)对子载波块集合RB进行子带划分:
(3e)将QB中每个二进制数(qB)k中的Nrb-1个数字按照从左到右的顺序依次填入RB'的Nrb-1个横线中,得到子带集合其中,横线上填入0表示相邻的两个子载波块分配到一个子带中,填入1表示相邻的两个子载波块分配到不同的子带中,subk表示第k种子带划分集合, 表示第j个子带;
本实施例中,Nrb=4,常数集合G={20,21,22},对G中的每2个常数进行组合相加,十进制数集合QD={3,5,6},二进制数集合QB={011,101,110},将QB中每个二进制数的数字按照从左到右的顺序依次填入RB'的3个横线中,得到子带集合SUB={sub1,sub2,sub3},其实现过程如图2所示,其中,
以所有的子带分配给每个锚节点bm时产生的定位误差为行,每个子带分配给所有的锚节点时产生的定位误差为列,构建目标节点集合A中每个目标节点an的定位误差度量矩阵得到定位误差度量矩阵集合TP,其中,TPk表示子带划分集合subk下的定位误差集合, 表示目标节点an的定位误差度量矩阵,其表达式为:
基于匈牙利算法将定位误差度量矩阵集合TP中的每个定位误差度量矩阵中的定位误差变换为0或1,得到子带分配矩阵集合X,其中,Xk表示子带划分集合subk下的子带分配集合, 表示对应的子带分配矩阵,其表达式为:
在本实例中,对子载波进行子带划分后,在锚节点上以子带为最小分配单位,构建子带分配矩阵的维度为M×M,现有技术中,在锚节点上以子载波为最小分配单位,构建子载波分配矩阵的维度为M×Nc,由于Nc≥M,子带分配矩阵的维度小于子载波分配矩阵的维度子载波分配矩阵的维度,可以减少计算复杂度,从而提升资源分配效率。
(5d)判断中不同行且不同列中圈记的0的个数是否等于M,若是,令中不同行且不同列中圈记的0所在位置对应的子带分配矩阵中子带分配矩阵中其余位置得到目标节点an的定位误差度量矩阵对应的子带分配矩阵否则,执行步骤(5e);
将目标节点集合A中每个目标节点an的定位误差度量矩阵中的每个阵元与子带分配矩阵中对应位置的阵元相乘,构建每个目标节点an的定位误差矩阵得到定位误差集合R,其中,Rk表示子带划分集合subk下的定位误差矩阵集合, 表示每个目标节点an的定位误差矩阵,其表达式为:
步骤7)构建最小定位误差度量矩阵E:
(7b)以所有的子带划分集合分配给每个目标节点an时的最小定位误差为行,每个子带划分集合subk分配给所有的目标节点时的最小定位误差为列,构建最小定位误差度量矩阵E:
步骤8)获取定位网络中的最优子带分配矩阵:
Claims (3)
1.一种基于子带划分的定位网络资源分配方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)初始化定位网络模型:
初始化包括目标节点集合A={a1,a2,...,an,...,aN}、锚节点集合B={b1,b2,...,bm,...,bM}和子载波集合的定位网络,其中,N表示目标节点的个数,N≥2,an表示第n个目标节点,M表示锚节点的个数,M≥3,bm表示第m个锚节点,NC表示子载波的个数,NC≥M,sd表示第d个子载波;
(2)对子载波集合S进行子载波块划分:
按照频率由小到大的顺序对子载波集合S所包含的NC个子载波进行排序,并对排序后的子载波集合进行等子载波数划分,得到子载波块集合其中,RBi表示第i个子载波块,Nrb表示子载波块的个数,Nrb=NC/L,L表示RBi包含的子载波的个数,L≥1;
(3)对子载波块集合RB进行子带划分:
(3e)将QB中每个二进制数(qB)k中的Nrb-1个数字按照从左到右的顺序依次填入RB'的Nrb-1个横线中,得到子带集合其中,横线上填入0表示相邻的两个子载波块分配到一个子带中,填入1表示相邻的两个子载波块分配到不同的子带中,subk表示第k种子带划分集合, 表示第j个子带;
计算子带集合SUB中每个子带划分集合subk中每个子带分配给锚节点集合B中每个锚节点bm时对目标节点an产生的定位误差并以所有的子带分配给每个锚节点bm时产生的定位误差为行,每个子带分配给所有的锚节点时产生的定位误差为列,构建目标节点集合A中每个目标节点an的定位误差度量矩阵得到定位误差度量矩阵集合TP,其中,TPk表示子带划分集合subk下的定位误差集合, 表示目标节点an的定位误差度量矩阵,其表达式为:
基于匈牙利算法将定位误差度量矩阵集合TP中的每个定位误差度量矩阵中的定位误差变换为0或1,得到子带分配矩阵集合X,其中,Xk表示子带划分集合subk下的子带分配集合, 表示对应的子带分配矩阵,其表达式为:
将目标节点集合A中每个目标节点an的定位误差度量矩阵中的每个阵元与子带分配矩阵中对应位置的阵元相乘,构建每个目标节点an的定位误差矩阵得到定位误差集合R,其中,Rk表示子带划分集合subk下的定位误差矩阵集合, 表示每个目标节点an的定位误差矩阵,其表达式为:
(7)构建最小定位误差度量矩阵E:
(7b)以所有的子带划分集合分配给每个目标节点an时的最小定位误差为行,每个子带划分集合subk分配给所有的目标节点时的最小定位误差为列,构建最小定位误差度量矩阵E:
(8)获取定位网络中的最优子带分配矩阵:
3.根据权利要求1所述的基于子带划分的定位网络资源分配方法,其特征在于,步骤(5)中所述的基于匈牙利算法将子带划分集合subk下的定位误差度量矩阵集合TPk中的每个定位误差度量矩阵中的定位误差变换为0或1,实现步骤为:
(5d)判断中不同行且不同列中圈记的0的个数是否等于M,若是,令中不同行且不同列中圈记的0所在位置对应的子带分配矩阵中子带分配矩阵中其余位置得到目标节点an的定位误差度量矩阵对应的子带分配矩阵否则,执行步骤(5e);
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