CN114363906B - 一种海量节点接入资源分配方法、装置、终端及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海量节点接入资源分配方法、装置、终端及存储介质，方法包括：获取各终端节点的上行信号，并根据各终端节点的上行信号及参考点的距离估算误差计算各终端节点的修正距离；根据各终端节点的上行信号计算对应的莱斯K因子；根据各终端节点的修正距离及对应的莱斯K因子，对各终端节点进行分组，并根据分组后的组序对各终端节点进行通信资源分配。本发明通过各终端节点发送的上行信号对各终端节点的距离进行预估，并根据上行信号计算对应的莱斯K因子，可根据各终端节点的位置分布特性以及信道特性进行相关性计算，从而可以快速地对各终端节点进行分组和资源分配，在海量节点同时接入的情况下，实现了通信资源快速且合理的分配过程。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及的是一种海量节点接入资源分配方法、装置、终端及存储介质。
背景技术
基于无线传感器网络实现海洋态势感知是一种新兴的现代化海洋环境监测技术，近年来受到各海洋大国的高度重视和充分利用，是一种集网络化、智能化、模块化于一体的海洋环境监测和信息发布系统，实现对海洋环境信息的远程、实时，常态化监测，可将海洋环境信息应用于沿海气象预警、渔业生产、海洋科学研究等领域。针对海洋环境具有自然环境恶劣、监测范围广、基础设施差等特点，需要满足系统稳定运行，实现低功耗，长距离传输，成本低廉，功能完善等需求。
随着海量无线接入点的连接，基于自组网网络需要在低功耗条件下实现指定海域内的广域覆盖；因此，在网络覆盖区域会出现两个主要问题：第一，如此大范围的覆盖区域，可能会有海量的终端节点需同时接入到网络；第二，在覆盖海洋区域，大量的终端节点处于位置移动的状态，节点的无线信道环境，信号质量都在时刻发生变化，基于静态的资源分配不能满足稳定通信的要求。
为了解决以上出现的两个问题，必须要对网络中的网络资源进行规划，以及解决海洋场景下终端节点的能耗问题；虽然，LoRa技术展现出许多优点，但是，面对物联网发展带来的海量节点接入场景还是显得力不从心。由于，MAC层中缺乏对资源合理的分配，同一资源利用率不高，并且节点设备使用随机接入方式，在海量设备接入情况下由于不合理的网络规划(比如，直接基于竞争上报的网络规划方式，网关收到多个节点的数据后，选取功率最高的节点数据进行解调，这先然对于远距离的节点或者信道条件不好的节点是不公平的)，频谱资源不能得到充分利用，网络整体吞吐量和数据包达到率较理论值会出现较为严重的恶化现象。
因此，现有技术还有待改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术缺陷，本发明提供一种海量节点接入资源分配方法、装置、终端及存储介质，以解决现有的海量连接无线通信技术中资源分配效率低的技术问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种海量节点接入资源分配方法，海量节点接入资源分配方法包括以下步骤：
获取各终端节点的上行信号，并根据各终端节点的上行信号及参考点的距离估算误差计算各终端节点的修正距离；
根据各终端节点的上行信号计算对应的莱斯K因子；
根据各终端节点的修正距离及对应的莱斯K因子，对各终端节点进行分组，并根据分组后的组序对各终端节点进行通信资源分配。
在一种实现方式中，所述获取各终端节点的上行信号，之前包括：
获取所述参考点发送的上行信号，并根据所述参考点的上行信号估算得到所述参考点的估算距离；
根据所述参考点的估算距离和所述参考点的实际距离，计算所述参考点的距离估算误差。
在一种实现方式中，所述获取各终端节点的上行信号，并根据各终端节点的上行信号及参考点的距离估算误差计算各终端节点的修正距离，包括：
获取各终端节点的上行信号；
根据各终端节点的上行信号计算对应的RSSI值，并根据计算的RSSI值估算得到各终端节点的估算距离；
根据各终端节点的估算距离和所述参考点的距离估算误差进行距离修正，得到各终端节点的修正距离。
在一种实现方式中，所述根据各终端节点的上行信号计算对应的莱斯K因子，包括：
根据各终端节点的上行信号确定对应的信号幅度、功率一阶矩以及功率二阶矩；
根据确定的信号幅度、功率一阶矩以及功率二阶矩，计算各终端节点对应的莱斯K因子。
在一种实现方式中，所述根据各终端节点的修正距离及对应的莱斯K因子，对各终端节点进行分组，包括：
根据各终端节点的修正距离和莱斯K因子确定对应的特征值；
根据各终端节点的特征值，计算各终端节点与其他终端节点之间的两点距离；
确定当前已分组终端节点的组数和待分组终端节点的数据集，并对所述组数进行初始化处理；
从所述数据集中提取待分组的终端节点，并根据被提取终端节点与其他待分组终端节点或其他已分组终端节点的距离值，将所述被提取终端节点分配到对应的分组中。
在一种实现方式中，所述根据各终端节点的特征值，计算各终端节点与其他终端节点之间的两点距离，包括：
确定各终端节点之间的距离定义；
根据各终端节点的特征值和对应的距离定义，计算各终端节点的两点之间的距离，得到包含所有距离的对角矩阵。
在一种实现方式中，所述根据被提取终端节点与其他待分组终端节点或其他已分组终端节点的距离值，将所述被提取终端节点分配到对应的分组中，包括：
获取所述被提取终端节点与其他待分组终端节点的距离，并取得其中最小距离值，得到第一距离值；
获取所述被提取终端节点与各分组中所有终端节点的距离均值，并取得其中最小距离均值，得到第二距离值；
判断所述第一距离值是否小于所述第二距离值；
若所述第一距离值小于所述第二距离值，则新增分组，并将所述被提取终端节点与所述第一距离值对应的待分组终端节点分配到所述新增分组中；
若所述第一距离值大于或等于所述第二距离值，则将所述被提取终端节点分配到所述第二距离值对应的分组中。
在一种实现方式中，所述将被提取终端节点与所述第一距离值对应的待分组终端节点分配到所述新增分组中，之后还包括：
判断当前已分组的组数是否等于预设组数；
若当前已分组的组数等于所述预设组数，则停止新增分组。
在一种实现方式中，所述根据被提取终端节点与其他待分组终端节点或其他已分组终端节点的距离值，将所述被提取终端节点分配到对应的分组中，还包括：
判断当前已分组的组数是否大于或等于预设组数；
若所述当前已分组的组数大于或等于所述预设组数，则从所述数据集中提取待分组的终端节点；
获取所述被提取终端节点与各分组中所有终端节点的距离均值，并取得其中最小距离均值，得到第三距离值；
将所述被提取终端节点分配到所述第三距离值对应的分组中。
在一种实现方式中，所述根据分组后的组序对各终端节点进行通信资源分配，包括：
根据分组后的终端节点集合，计算各分组的平均莱斯因子；
对计算的各分组的平均莱斯因子进行降序排序，并根据排序后的序列依次向对应的分组分配对应的扩频因子，以对各分组中的所有终端节点进行通信资源分配。
第二方面，本发明提供一种海量节点接入资源分配装置，所述海量节点接入资源分配装置包括：
距离估算模块，用于获取各终端节点的上行信号，并根据各终端节点的上行信号及参考点的距离估算误差计算各终端节点的修正距离；
因子计算模块，根据各终端节点的上行信号计算对应的莱斯K因子；
资源分配模块，根据各终端节点的修正距离及对应的莱斯K因子，对各终端节点进行分组，并根据分组后的组序对各终端节点进行通信资源分配。
第三方面，本发明提供一种终端，包括：处理器以及存储器，所述存储器存储有海量节点接入资源分配程序，所述海量节点接入资源分配程序被所述处理器执行时用于实现如第一方面所述的海量节点接入资源分配方法。
第四方面，本发明提供一种存储介质，所述存储介质存储有海量节点接入资源分配程序，所述海量节点接入资源分配程序被处理器执行时用于实现如第一方面所述的海量节点接入资源分配方法。
本发明采用上述技术方案具有以下效果：
本发明通过各终端节点发送的上行信号对各终端节点的距离进行预估，并根据上行信号计算对应的莱斯K因子，可根据各终端节点的位置分布特性以及信道特性进行相关性计算，从而可以快速地对各终端节点进行分组和资源分配，在海量节点同时接入的情况下，实现了通信资源快速且合理的分配过程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明的一种实现方式中海量节点接入资源分配方法的流程图。
图2是本发明的一种实现方式中海洋态势感知动态组网系统的结构示意图。
图3是本发明的一种实现方式中海量节点接入资源分配示意图。
图4是本发明的一种实现方式中终端的功能原理图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
示例性方法
如图1所示，本发明实施例提供一种海量节点接入资源分配方法，海量节点接入资源分配方法包括以下步骤：
步骤S100，获取各终端节点的上行信号，并根据各终端节点的上行信号及参考点的距离估算误差计算各终端节点的修正距离。
在本实施例中，所述海量节点接入资源分配方法应用于终端中，所述终端包括但不限于：计算机等网络通信处理设备。
在本实施例中，所述海量节点接入资源分配方法应用于海洋物联网场景中，特别是涉及到海洋物联网处于海量节点连接的无线通信情景中。海洋物联网作为一个新兴的无线传感网络，其中的无线信道传输模型如图2中所示；通过将网关(即网络服务器)的天线进行架高，此时，网关与海面终端节点之间的传输模型可视为莱斯信道，而莱斯信道的无线信道衰减模型可以定义为以下公式：
L(d)＝A+10nlog10(d)；
其中，L为传播损耗，单位为dBm；
A为常数，n为路径损耗指数；
在上述公式中，可以利用最小均方误差曲线拟合技术从实测数据中提取路径损耗指数n和参数A。
在本实施例中，所述海量节点接入资源分配方法通过海量节点接入资源分配系统实现，所述海量节点接入资源分配系统包括：海基节点、网关节点设备以及边缘计算设备(MEC)；在一定的海域内，根据能力的高低程度，所述海基节点可以划分为高能力海基(位置固定，可提供网络回传的数量极少)和低能力海基(位置不固定)；通过高能力节点部署网关节点设备(即网关)以及高运算能力的边缘计算设备(MEC，Mobile Edge Computing)，对整个网络进行管理，对采集数据进行整合并通过回传网络传输到陆地应用中心，实现整个网络的自主化动态自适应管理；通过所述低能力海基部署大量的传感器，以用于海面大范围海量数据采集。如图2所示，图2为所述海量节点接入资源分配系统的网络拓扑结构，单个网关海域范围内可以覆盖上万个终端节点。
此外，如图3所示，本实施例在进行资源分配的过程中，根据数据处理的即时性可分为：实时处理模块和非实时处理模块；其中，所述实时处理模块包括：信号收发与调度模块；所述非实时处理模块包括：参数估计处理模块和分组模块；其中，所述非实时处理模块中的参数估计处理模块可以实时读取网关发送的RSSI信息(Received Signal StrengthIndicator，即接收信号的强度指示)，以及用于估计信道相关参数(估计节点距离和莱斯因子)；所述非实时处理模块中的分组模块可以实时读取信道相关参数，并进行分组算法和资源分配算法；最后，网关根据MEC处理结果进行用户调度和下行信号发送。
在本实施例中，针对海洋场景低能力海基节点能源不足的情况，每个终端节点不能频繁地进行数据上报，这些终端节点大部分时间处于休眠状态，因此，网关设备缺少足够的样本对终端节点的RSSI进行平均计算，以降低噪声的影响；所以，需要在整个网络中部署一个信标节点，作为参考点(如图2所示)；其中，所述参考点部署在相对位置不变的低能力海基或者其他高能力海基上。
具体地，在本实施例的一种实现方式中，步骤S100之前包括以下步骤：
步骤S001，获取所述参考点发送的上行信号，并根据所述参考点的上行信号估算得到所述参考点的估算距离。
在本实施例中，在估算所述参考点的距离时，所述参考点可以周期性地向网关发送上行信号，即所述上行信号为所述参考点发送的周期性信号；所述网关在接收到所述上行信号后，即可基于RSSI公式对所述参考点的距离进行估计。
所述RSSI公式表示如下：
RSSIref＝PTref-L(d)；
其中，PTref为发射功率，L(d)＝A+10nlog10(d)。
然后，所述网关可以通过累计接收N包上行信号，并根据累计的N包上行信号得出平均的RSSI值，以降低噪声的干扰。
所述平均的RSSI值的计算方式如下：
最后，所述网关通过上述RSSI值的计算公式，就可以估计得到所述网关和所述参考点的估算距离；所述估算距离的计算方式如下：
其中，F(RSSIref_avg)为RSSI值的计算函数；
即通过将RSSI平均值代入以下两个公式中，可以计算得到所述参考点的估算距离。
RSSIref＝PTref-L(d)；
L(d)＝A+10nlog10(d)；
由于，上述计算得到所述参考点的估算距离具有一定的误差；因此，还需要对所述参考点的误差值进行计算。
具体地，在本实施例的一种实现方式中，步骤S100之前还包括以下步骤：
步骤S002，根据所述参考点的估算距离和所述参考点的实际距离，计算所述参考点的距离估算误差。
在本实施例中，在得到所述参考点的估算距离后，可通过测量或者查表的方式获取所述参考点的实际坐标，并根据所述参考点的实际坐标确定所述参考点与所述网关的实际距离；进而，根据所述参考点的估算距离和所述参考点的实际距离，计算所述参考点的距离估算误差。
所述参考点的距离估算误差的计算方式如下：
其中，为估算距离；dref为实际距离。
在本实施例中，通过设置所述参考点，并计算所述参考点的距离估算误差，可将所述参考点作为一定海域内所有终端节点的距离修正数据参考点，从而根据所述参考点的数据对各终端节点的距离进行修正。
具体地，在本实施例的一种实现方式中，步骤S100包括以下步骤：
步骤S101，获取各终端节点的上行信号。
在本实施例中，所述网关可以获取一定海域内的任意终端节点发送的上行信号；其中，所述一定海域即为包含所述参考点的海域。
步骤S102，根据各终端节点的上行信号计算对应的RSSI值，并根据计算的RSSI值估算得到各终端节点的估算距离。
在本实施例中，在获取各终端节点的上行信号后，对接收的上行信号计算对应的RSSI值；其中，RSSI值参考上述RSSI公式进行计算。
然后，根据计算的RSSI值估算得到各终端节点的估算距离：
其中，各终端节点的估算距离可参考上述参考点估算距离的计算方式得到。
步骤S103，根据各终端节点的估算距离和所述参考点的距离估算误差进行距离修正，得到各终端节点的修正距离。
在本实施例中，在得到各终端节点的估算距离后，使用所述参考点的距离估算误差即可对各终端节点的估算距离进行修正，即将各终端节点的估算距离减去所述参考点的距离估算误差，得到修正后的距离，即得到各终端节点的修正距离；其中，修正距离为精准计算得到的距离，该修正距离无限趋向于各终端节点的实测距离。
在本实施例中，修正后的距离值为：
本实施例通过计算各终端节点的RSSI值，可根据计算的RSSI值对各终端节点与网关的距离进行估算，从而根据参考点的距离估算误差对各终端节点的估算距离进行修正，以精准地计算得到处于移动状态下的各终端节点的实时距离。
如图1所示，在本发明实施例的一种实现方式中，海量节点接入资源分配方法还包括以下步骤：
步骤S200，根据各终端节点的上行信号计算对应的莱斯K因子。
在本实施例中，在获取各终端节点的上行信号后，除了对各终端节点的估算距离进行修正外，还需要根据各终端节点的上行信号计算得到对应的莱斯K因子。
具体地，在本实施例的一种实现方式中，步骤S200包括以下步骤：
步骤S201，根据各终端节点的上行信号确定对应的信号幅度、功率一阶矩以及功率二阶矩。
在本实施例中，在海洋无线信道场景，LOS(Line-Of-Sight，视距)信号的功率占主要的分量，因此，海洋无线信道是典型的莱斯衰落信道。莱斯信道可以使用莱斯K因子描述LOS功率分量与多径功率分量的比值。使用终端节点上行探测信号进行莱斯因子估计的方法如下所示：
首先，假设接收探测信号的幅度表示为：常复数(V)和由多径信号(v(t))产生的零均值随机时变变量组成，该幅度可以表示为：
g(t)＝V+v(t)；
其中上行信号的信号功率表示为：G＝|(g(t))2|；
根据上述公式，G的功率一阶矩表示为：
Ga＝|V|2+σ2；
G的功率二阶矩表示为：
由于，v(t)为零均值，则G的功率二阶矩可以进一步表示为：
其中，Ga和Gv可以从测量的上行信号的数据中获得。
步骤S202，根据确定的信号幅度、功率一阶矩以及功率二阶矩，计算各终端节点对应的莱斯K因子。
在本实施例中，通过上述幅度表示公式、功率一阶矩表示公式以及功率二阶矩表示公式可以计算得到|V|2和σ2。
则莱斯K因子可以通过以下公式计算得到：
其中，计算得到的莱斯K因子可以表示各终端节点对应的通信信道的特性，以此表示各终端节点处的信道优劣。
本实施例通过对各终端节点的莱斯K因子进行计算，可根据各终端节点的距离分布特征和信道特性对各终端节点进行快速分组，从而快速地对分组后的各终端节点进行资源分配。
如图1所示，在本发明实施例的一种实现方式中，海量节点接入资源分配方法还包括以下步骤：
步骤S300，根据各终端节点的修正距离及对应的莱斯K因子，对各终端节点进行分组，并根据分组后的组序对各终端节点进行通信资源分配。
在本实施例中，在得到各终端节点的修正距离及对应的莱斯K因子后，即可根据各终端节点的修正距离和莱斯K因子确定对应的特征值，进而根据各终端节点的特征值进行分组。
具体地，在本实施例的一种实现方式中，对各终端节点(待分组的终端节点)进行分组时，包括以下步骤：
步骤S311，根据各终端节点的修正距离和莱斯K因子确定对应的特征值。
在本实施例中，将计算得到的修正距离和莱斯K因子表示为对应的终端节点的特征值。
具体地，假设当前有U个终端节点需要进行分组，总共的分组数为G，则这些终端节点的距离和莱斯因子的特征值估计为：
其中，表示体现终端节点到网关的距离以及无线信道质量(即莱斯K因子)。
步骤S312，根据各终端节点的特征值，计算各终端节点与其他终端节点之间的两点距离。
在本实施例中，可以采用提前计算的方式，计算所有终端节点之间的相关性，并存储在一个内存中，进而在进行终端节点分组的时候，直接通过查表的方式查询得到相关性。通过查表法避免了多次反复的两点距离计算，降低了分组算法的复杂度。
具体地，在计算所述两点距离，包括以下步骤：
步骤S312a，确定各终端节点之间的距离定义；
步骤S312b，根据各终端节点的特征值和对应的距离定义，计算各终端节点的两点之间的距离，得到包含所有距离的对角矩阵。
其中，在定义两点之间的距离时，终端节点u1和终端节点u2的两点之间的距离定义为：
通过上述两点之间的定义，计算所有待分组终端节点的两点之间的距离，并存储在一个对角矩阵Dbuff中，该对角矩阵的大小为U×U，该对角矩阵的表示如下：
其中，在计算Dbuff的时候，只需要计算该对角矩阵的上三角元素。
通过计算所述对角矩阵的上三角元素，可以根据计算得到值制作对应的节点关系表，进而在需要查询各终端节点之间的相关性时，可以通过该节点关系表中的数据来确定终端节点u1和终端节点u2之间的距离，以及对应的位置关系。
步骤S313，确定当前已分组终端节点的组数和待分组终端节点的数据集，并对所述组数进行初始化处理。
在本实施例中，在计算所有待分组终端节点的两点之间的距离后，需要对当前已经分组数据和待分组数据进行初始化处理；具体为：
初始化已分组数G'＝1，以分组集合G1＝{1}，待分组终端节点数为L←L-1，待分组终端节点集合Ψ←Ψ-1进行表示；其中，Ψ←Ψ-1表示将集合Ψ中索引为1的终端节点进行删除。L←L-1表示将待分组终端节点的数量进行减1。
步骤S314，从所述数据集中提取待分组的终端节点，并根据被提取终端节点与其他待分组终端节点或其他已分组终端节点的距离值，将所述被提取终端节点分配到对应的分组中。
在本实施例中，根据初始化后的分组数，执行不同的分组策略；在对所有待分组的终端节点进行分组时，可设置一个分组限值G，根据当前已分组数与所述分组限值的对比情况，从所述数据集中提取待分组的终端节点，并根据被提取终端节点与其他待分组终端节点或其他已分组终端节点的距离值，将所述被提取终端节点分配到对应的分组中。
具体地，在本实施例的一种实现方式中，步骤S314包括以下步骤：
步骤S314a，获取所述被提取终端节点与其他待分组终端节点的距离，并取得其中最小距离值，得到第一距离值；
步骤S314b，获取所述被提取终端节点与各分组中所有终端节点的距离均值，并取得其中最小距离均值，得到第二距离值；
步骤S314c，判断所述第一距离值是否小于所述第二距离值；
步骤S314d，若所述第一距离值小于所述第二距离值，则新增分组，并将所述被提取终端节点与所述第一距离值对应的待分组终端节点分配到所述新增分组中；
步骤S314e，若所述第一距离值大于或等于所述第二距离值，则将所述被提取终端节点分配到所述第二距离值对应的分组中。
在本实施例中，通过对比已分组组数与分组限值(即预设分组)的大小，即判断G'<G是否成立，若满足该条件，则循环执行以下分组操作：
首先，从待分组终端节点集合中提取终端节点u，Ψ←Ψ-u；
其次，对于待分组终端节点u，通过查表法得到它与其他待分组终端节点uk(k∈Ψ)的距离Dbuff(u,uk)，即通过查询节点关系表得到该终端节点与其他待分组终端节点的距离，并取得所有距离中的最小值：
然后，对于待分组终端节点u，通过查表计算它与所有已分组的终端节点的距离，并按照已分组的组别，对每一组中所有终端节点的距离进行平均，求得该分组对应的距离均值；然后，通过对比所有分组的距离均值，并取得所有距离均值中的最小值：
将上述计算得到的d1和d2进行对比，如果d1<d2，则表示待分组终端节点u与待分组终端节点uk(k∈Ψ)在天线平面上映射点的距离更小，因此将他们分为一组。
即新增分组，此时分组数加1；
G'＝G'+1，GG'＝GG'∪u∪uk；
此时，待分组终端节点减少两个为L←L-2，待分组终端节点集合删除已分组的终端节点uk，Ψ←Ψ-uk。
如果d1≥d2，则表示待分组终端节点u，与分组g上的所有终端节点在天线平面上映射点的平均距离更小；
因此，将待分组终端节点u添加到分组g中；
即L←L-1；
Gg＝Gg∪u。
通过重复执行以上步骤，直到G'＝G，或者待分组终端节点数为零。
最后，输出已分组终端节点组集合：
Gg,g＝1,...,G。
即在步骤S314d之后，还包括以下步骤：
步骤S314f，判断当前已分组的组数是否等于预设组数；
步骤S314g，若当前已分组的组数等于所述预设组数，则停止新增分组。
在本实施例的另一种实现方式中，通过对比已分组组数与分组限值(即预设分组)的大小，即判断G'≥G是否成立，若满足该条件，则执行以下分组策略。
具体地，在本实施例的一种实现方式中，步骤S314还包括以下步骤：
步骤S315a，判断当前已分组的组数是否大于或等于预设组数；
步骤S315b，若所述当前已分组的组数大于或等于所述预设组数，则从所述数据集中提取待分组的终端节点；
步骤S315c，获取所述被提取终端节点与各分组中所有终端节点的距离均值，并取得其中最小距离均值，得到第三距离值；
步骤S315d，将所述被提取终端节点分配到所述第三距离值对应的分组中。
在本实施例中，当已分组的组数G'≥G时，则循环执行以下分组操作：
首先，从待分组终端节点集合中提取终端节点u，Ψ←Ψ-u；
对于待分组终端节点u，通过查表计算它与所有已分组的终端节点的距离，并按照已分组的组别，对每一组中所有终端节点的距离进行平均，求得该分组对应的距离均值；然后，通过对比所有分组的距离均值，并取得所有距离均值中的最小值：
将待分组终端节点u添加到分组g中；
即L←L-1；
Gg＝Gg∪u。
通过重复执行上述操作，待分组终端节点数为零。
最后，输出已分组终端节点组集合：
Gg,g＝1,...,G。
在本实施例的一种实现方式中，根据分组后的组序对各终端节点进行通信资源分配时，具体包括以下步骤：
步骤S321，根据分组后的终端节点集合，计算各分组的平均莱斯因子；
步骤S322，对计算的各分组的平均莱斯因子进行降序排序，并根据排序后的序列依次向对应的分组分配对应的扩频因子，以对各分组中的所有终端节点进行通信资源分配。
在本实施例中，根据已分组终端节点组集合，计算每一组平均的莱斯因子：
然后，根据计算的每组平均莱斯因子的大小进行降序排序，并根据以下映射关系对应的分配扩频因子SF：
Kg,avg,max,...,Kg,avg,min→SFmin,...,SFmax。
在上述映射关系中，先根据每组平均莱斯因子的大小进行降序排序，然后，根据排列的顺序，对分配的扩频因子SF进行升序排序；这样一来，针对平均莱斯因子最大的分组，分配最小的扩频因子SF，而针对平均莱斯因子最小的分组，分配最小的扩频因子SF，通过分配扩频因子SF即可完成所有待分组终端节点的资源分配过程，从而针对海量节点接入的情景，根据各终端节点的位置特性和信道特性(莱斯K因子大小)进行通信资源的合理化分配，从而缓解海洋无线通信环境的海量节点接入压力。
本实施例利用海洋场景覆盖中无线信道的特性，以及海洋场景海基节点的特性，使用统计信道特性和用户分布特性原理对终端节点进行快速分组，然后基于占用资源时间最短和容量最大来进行资源分配，达到有效性和可靠性要求；在进行用户分组的算法中，考虑到需要重复的计算终端节点之间点相关性，因此采用查表法，降低了运算的复杂度；在海洋场景中，服务海量终端节点场景下可以快速的进行用户分组，从而实现快速资源分配。
综上所述，本实施例通过各终端节点发送的上行信号对各终端节点的距离进行预估，并根据上行信号计算对应的莱斯K因子，可根据各终端节点的位置分布特性以及信道特性进行相关性计算，从而可以快速地对各终端节点进行分组和资源分配，在海量节点同时接入的情况下，实现了通信资源快速且合理的分配过程。
示例性装置
基于上述实施例，本发明还提供一种海量节点接入资源分配装置，所述海量节点接入资源分配装置包括：
距离估算模块，用于获取各终端节点的上行信号，并根据各终端节点的上行信号及参考点的距离估算误差计算各终端节点的修正距离；
因子计算模块，根据各终端节点的上行信号计算对应的莱斯K因子；
资源分配模块，根据各终端节点的修正距离及对应的莱斯K因子，对各终端节点进行分组，并根据分组后的组序对各终端节点进行通信资源分配；具体如上所述。
示例性设备
基于上述实施例，本发明还提供一种终端，其原理框图可以如图4所示。
该终端包括：通过系统总线连接的处理器、存储器、接口、显示屏以及通讯模块；其中，该终端的处理器用于提供计算和控制能力；该终端的存储器包括存储介质以及内存储器；该存储介质存储有操作系统和计算机程序；该内存储器为存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境；该接口用于连接外部终端设备，例如，移动终端以及计算机等设备；该显示屏用于显示相应的海量节点接入资源分配信息；该通讯模块用于与云端服务器或移动终端进行通讯。
该计算机程序被处理器执行时用以实现一种海量节点接入资源分配方法。
本领域技术人员可以理解的是，图4中示出的原理框图，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的终端的限定，具体的终端可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种终端，其中，包括：处理器和存储器，存储器存储有海量节点接入资源分配程序，海量节点接入资源分配程序被处理器执行时用于实现如上的海量节点接入资源分配方法。
在一个实施例中，提供了一种存储介质，其中，存储介质存储有海量节点接入资源分配程序，海量节点接入资源分配程序被处理器执行时用于实现如上的海量节点接入资源分配方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一非易失性存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。
综上，本发明提供了一种海量节点接入资源分配方法、装置、终端及存储介质，其中，方法包括：获取各终端节点的上行信号，并根据各终端节点的上行信号及参考点的距离估算误差计算各终端节点的修正距离；根据各终端节点的上行信号计算对应的莱斯K因子；根据各终端节点的修正距离及对应的莱斯K因子，对各终端节点进行分组，并根据分组后的组序对各终端节点进行通信资源分配。本发明通过各终端节点发送的上行信号对各终端节点的距离进行预估，并根据上行信号计算对应的莱斯K因子，可根据各终端节点的位置分布特性以及信道特性进行相关性计算，从而可以快速地对各终端节点进行分组和资源分配，在海量节点同时接入的情况下，实现了通信资源快速且合理的分配过程。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (11)
1.一种海量节点接入资源分配方法，其特征在于，所述海量节点接入资源分配方法包括：
获取各终端节点的上行信号，并根据各终端节点的上行信号及参考点的距离估算误差计算各终端节点的修正距离；
根据各终端节点的上行信号计算对应的莱斯K因子；
根据各终端节点的修正距离及对应的莱斯K因子，对各终端节点进行分组，并根据分组后的组序对各终端节点进行通信资源分配；
所述获取各终端节点的上行信号，并根据各终端节点的上行信号及参考点的距离估算误差计算各终端节点的修正距离，包括：
获取各终端节点的上行信号；
根据各终端节点的上行信号计算对应的RSSI值，并根据计算的RSSI值估算得到各终端节点的估算距离；
根据各终端节点的估算距离和所述参考点的距离估算误差进行距离修正，得到各终端节点的修正距离；
所述根据各终端节点的上行信号计算对应的莱斯K因子，包括：
根据各终端节点的上行信号确定对应的信号幅度、功率一阶矩以及功率二阶矩；
根据确定的信号幅度、功率一阶矩以及功率二阶矩，计算各终端节点对应的莱斯K因子。
2.根据权利要求1所述的海量节点接入资源分配方法，其特征在于，所述获取各终端节点的上行信号，之前包括：
获取所述参考点发送的上行信号，并根据所述参考点的上行信号估算得到所述参考点的估算距离；
根据所述参考点的估算距离和所述参考点的实际距离，计算所述参考点的距离估算误差。
3.根据权利要求1所述的海量节点接入资源分配方法，其特征在于，所述根据各终端节点的修正距离及对应的莱斯K因子，对各终端节点进行分组，包括：
根据各终端节点的修正距离和莱斯K因子确定对应的特征值；
根据各终端节点的特征值，计算各终端节点与其他终端节点之间的两点距离；
确定当前已分组终端节点的组数和待分组终端节点的数据集，并对所述组数进行初始化处理；
从所述数据集中提取待分组的终端节点，并根据被提取终端节点与其他待分组终端节点或其他已分组终端节点的距离值，将所述被提取终端节点分配到对应的分组中。
4.根据权利要求3所述的海量节点接入资源分配方法，其特征在于，所述根据各终端节点的特征值，计算各终端节点与其他终端节点之间的两点距离，包括：
确定各终端节点之间的距离定义；
根据各终端节点的特征值和对应的距离定义，计算各终端节点的两点之间的距离，得到包含所有距离的对角矩阵。
5.根据权利要求3所述的海量节点接入资源分配方法，其特征在于，所述根据被提取终端节点与其他待分组终端节点或其他已分组终端节点的距离值，将所述被提取终端节点分配到对应的分组中，包括：
获取所述被提取终端节点与其他待分组终端节点的距离，并取得其中最小距离值，得到第一距离值；
获取所述被提取终端节点与各分组中所有终端节点的距离均值，并取得其中最小距离均值，得到第二距离值；
判断所述第一距离值是否小于所述第二距离值；
若所述第一距离值小于所述第二距离值，则新增分组，并将所述被提取终端节点与所述第一距离值对应的待分组终端节点分配到所述新增分组中；
若所述第一距离值大于或等于所述第二距离值，则将所述被提取终端节点分配到所述第二距离值对应的分组中。
6.根据权利要求5所述的海量节点接入资源分配方法，其特征在于，所述将被提取终端节点与所述第一距离值对应的待分组终端节点分配到所述新增分组中，之后还包括：
判断当前已分组的组数是否等于预设组数；
若当前已分组的组数等于所述预设组数，则停止新增分组。
7.根据权利要求3所述的海量节点接入资源分配方法，其特征在于，所述根据被提取终端节点与其他待分组终端节点或其他已分组终端节点的距离值，将所述被提取终端节点分配到对应的分组中，还包括：
判断当前已分组的组数是否大于或等于预设组数；
若所述当前已分组的组数大于或等于所述预设组数，则从所述数据集中提取待分组的终端节点；
获取所述被提取终端节点与各分组中所有终端节点的距离均值，并取得其中最小距离均值，得到第三距离值；
将所述被提取终端节点分配到所述第三距离值对应的分组中。
8.根据权利要求1所述的海量节点接入资源分配方法，其特征在于，所述根据分组后的组序对各终端节点进行通信资源分配，包括：
根据分组后的终端节点集合，计算各分组的平均莱斯因子；
对计算的各分组的平均莱斯因子进行降序排序，并根据排序后的序列依次向对应的分组分配对应的扩频因子，以对各分组中的所有终端节点进行通信资源分配。
9.一种海量节点接入资源分配装置，其特征在于，所述海量节点接入资源分配装置包括：
距离估算模块，用于获取各终端节点的上行信号，并根据各终端节点的上行信号及参考点的距离估算误差计算各终端节点的修正距离；
因子计算模块，根据各终端节点的上行信号计算对应的莱斯K因子；
资源分配模块，根据各终端节点的修正距离及对应的莱斯K因子，对各终端节点进行分组，并根据分组后的组序对各终端节点进行通信资源分配；
所述获取各终端节点的上行信号，并根据各终端节点的上行信号及参考点的距离估算误差计算各终端节点的修正距离，包括：
获取各终端节点的上行信号；
根据各终端节点的上行信号计算对应的RSSI值，并根据计算的RSSI值估算得到各终端节点的估算距离；
根据各终端节点的估算距离和所述参考点的距离估算误差进行距离修正，得到各终端节点的修正距离；
所述根据各终端节点的上行信号计算对应的莱斯K因子，包括：
根据各终端节点的上行信号确定对应的信号幅度、功率一阶矩以及功率二阶矩；
根据确定的信号幅度、功率一阶矩以及功率二阶矩，计算各终端节点对应的莱斯K因子。
10.一种终端，其特征在于，包括：处理器以及存储器，所述存储器存储有海量节点接入资源分配程序，所述海量节点接入资源分配程序被所述处理器执行时用于实现如权利要求1-8中任意一项所述的海量节点接入资源分配方法。
11.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有海量节点接入资源分配程序，所述海量节点接入资源分配程序被处理器执行时用于实现如权利要求1-8中任意一项所述的海量节点接入资源分配方法。
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