本發(fā)明屬于無(wú)線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種配電終端通信接入網(wǎng)無(wú)線基站規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化進(jìn)程的不斷加速，配電終端通信接入網(wǎng)的業(yè)務(wù)流量需求持續(xù)快速增加。為了克服光纖通信接入網(wǎng)規(guī)劃鋪設(shè)慢、實(shí)施工期長(zhǎng)的缺點(diǎn)，需要規(guī)劃部署分層異構(gòu)無(wú)線通信網(wǎng)來(lái)滿足業(yè)務(wù)快速增長(zhǎng)的特點(diǎn)。分層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)不僅能夠快速規(guī)劃和部署在配電通信區(qū)域，而且由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在基站種類上存在著宏基站、微基站、pico基站和femto基站之分，合理的基站規(guī)劃能夠在減少能耗、提升吞吐量、保證用戶傳輸?shù)确矫嬗兄錾谋憩F(xiàn)。

目前，關(guān)于配電終端通信接入網(wǎng)的無(wú)線基站規(guī)劃主要會(huì)考慮基站承載業(yè)務(wù)的能力、基站數(shù)量和站址的規(guī)劃、基站建設(shè)成本和基站能耗問(wèn)題等因素。但是由于傳統(tǒng)無(wú)線基站規(guī)劃手段只著重考慮某一個(gè)單獨(dú)的指標(biāo)，因此會(huì)使得規(guī)劃結(jié)果存在偏差，不適用于配電終端通信接入網(wǎng)的規(guī)劃要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決傳統(tǒng)無(wú)線基站規(guī)劃過(guò)程中，由于只著重考慮某一單獨(dú)優(yōu)化目標(biāo)而導(dǎo)致規(guī)劃結(jié)果沒(méi)有達(dá)到配電終端通信接入網(wǎng)各方面需求的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種配電終端通信接入網(wǎng)無(wú)線基站規(guī)劃方法，包括如下步驟：

S1：建立分層異構(gòu)基站站址選擇矩陣和業(yè)務(wù)接入矩陣；

S2：分析異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基站規(guī)劃因素，建立優(yōu)化模型；

S3：求解模型最優(yōu)解，得到規(guī)劃結(jié)果。

優(yōu)選的，步驟S1中，所述分層異構(gòu)基站站址選擇矩陣建立方法具體為：

對(duì)于存在M個(gè)候選基站地址的配電網(wǎng)區(qū)域，部署K層異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；根據(jù)所述M個(gè)候選基站地址和所述K層異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建立分層異構(gòu)基站選擇矩陣。

優(yōu)選的，步驟S1中，所述業(yè)務(wù)接入矩陣建立方法具體為：

根據(jù)區(qū)域內(nèi)的配電網(wǎng)業(yè)務(wù)定義業(yè)務(wù)接入基站的指示函數(shù)；

根據(jù)所述業(yè)務(wù)接入基站的指示函數(shù)和所述分層異構(gòu)基站站址選擇矩陣構(gòu)建業(yè)務(wù)接入矩陣。

優(yōu)選的，步驟S2中，所述分析異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基站規(guī)劃因素具體為：

根據(jù)規(guī)劃因素對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的影響，將網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃影響因素分為正相關(guān)因素和負(fù)相關(guān)因素；

所述正相關(guān)因素為隨著因素的數(shù)值增加而帶來(lái)性能提高的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃因素，

所述負(fù)相關(guān)因素為隨著因素的數(shù)值增加而帶來(lái)額外負(fù)擔(dān)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃因素。

優(yōu)選的，所述正相關(guān)因素具體為：網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載量、網(wǎng)絡(luò)覆蓋率；所述負(fù)相關(guān)因素具體為：基站總體能耗、成本。

優(yōu)選的，步驟S2中，建立優(yōu)化模型具體為：

從所述正相關(guān)因素和所述負(fù)相關(guān)因素中各選取一個(gè)因素作為主要規(guī)劃因素，將所述主要規(guī)劃因素作為優(yōu)化模型的兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，將其他因素根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃要求設(shè)定限制條件，由此組成完整的優(yōu)化模型。

優(yōu)選的，所述優(yōu)化模型為以下任意一種：

模型①：選取正相關(guān)因素中的負(fù)載量和負(fù)相關(guān)因素中的基站總能耗作為優(yōu)化模型的優(yōu)化目標(biāo)，將成本、覆蓋率和網(wǎng)絡(luò)速率則作為限制條件，得到優(yōu)化模型；

模型②：選取正相關(guān)因素中的覆蓋率和負(fù)相關(guān)因素中的基站總能耗作為優(yōu)化模型的優(yōu)化目標(biāo)，將成本、負(fù)載量和網(wǎng)絡(luò)速率則作為限制條件，得到優(yōu)化模型；

模型③：選取正相關(guān)因素中的覆蓋率和負(fù)相關(guān)因素中的基站成本作為優(yōu)化模型的優(yōu)化目標(biāo)，將成本、負(fù)載量和網(wǎng)絡(luò)速率則作為限制條件，得到優(yōu)化模型；

模型④：選取正相關(guān)因素中的負(fù)載量和負(fù)相關(guān)因素中的基站成本作為優(yōu)化模型的優(yōu)化目標(biāo)，將成本、負(fù)載量和網(wǎng)絡(luò)速率則作為限制條件，得到優(yōu)化模型。

優(yōu)選的，其特征在于，所述步驟3具體為：

采用多目標(biāo)遺傳算法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到最優(yōu)解集；

通過(guò)優(yōu)選模型對(duì)于解集中的解進(jìn)行排序，選擇效用值最小的解作為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的最優(yōu)解。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明所述的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃充分利用了分層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的特性，建立分層異構(gòu)基站站址選擇矩陣和業(yè)務(wù)接入矩陣，使得業(yè)務(wù)能夠選擇接入多層網(wǎng)絡(luò)中，從而使得分層異構(gòu)基站的站址規(guī)劃能夠滿足配電終端通信接入網(wǎng)業(yè)務(wù)自由切換的要求。

本發(fā)明所述的規(guī)劃策略將規(guī)劃因素劃分為正相關(guān)因素和負(fù)相關(guān)因素，并從不同類別的規(guī)劃因素中各選取一個(gè)作為主要優(yōu)化目標(biāo)，將剩余規(guī)劃因素作為優(yōu)化模型的限制條件，從而得出優(yōu)化模型，使得規(guī)劃具有一定的靈活可變性，滿足配電通信網(wǎng)復(fù)雜的規(guī)劃要求。

本發(fā)明所述的規(guī)劃策略將通過(guò)多目標(biāo)遺傳算法求解優(yōu)化模型，為了避免多目標(biāo)模型的解的非唯一性，通過(guò)優(yōu)選模型篩選多目標(biāo)最優(yōu)解集，從而得出唯一結(jié)果。并利用計(jì)算機(jī)仿真方法來(lái)佐證本發(fā)明所述網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃策略的可行性。

附圖說(shuō)明

圖1是某城市配電終端以及基站候選地址分布情況場(chǎng)景示意圖。

圖2-圖5分別是模型①-④的規(guī)劃結(jié)果。

圖6-圖7是文獻(xiàn)1和文獻(xiàn)2的規(guī)劃結(jié)果。

圖8是本發(fā)明的模型①-④的規(guī)劃結(jié)果和文獻(xiàn)1、文獻(xiàn)2中的規(guī)劃結(jié)果的覆蓋概率的對(duì)比。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明公開(kāi)的分層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃應(yīng)用于配電終端通信接入網(wǎng)通信場(chǎng)景中，在本實(shí)施示例中，采用的仿真區(qū)域范圍和候選基站地址如附圖1所示。

本發(fā)明提出的規(guī)劃策略具體步驟如下：

步驟1：根據(jù)無(wú)線通信研究理論，建立分層異構(gòu)基站站址選擇矩陣和業(yè)務(wù)接入矩陣。

對(duì)于存在M個(gè)候選基站地址的配電網(wǎng)區(qū)域，部署K層異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，則，每個(gè)基站站址的基站都有K種選擇，則可得分層異構(gòu)基站選擇矩陣。

其中，a_km表示基站選擇部署的情況，“1”表示在位置m處部署k層的基站，“0”表示在位置m處不部署k層基站。由于基站站址部署基站擁有唯一性，因此存在

對(duì)于區(qū)域內(nèi)的配電網(wǎng)業(yè)務(wù)，定義業(yè)務(wù)接入基站的指示函數(shù)為

其中，R_min,n表示滿足該配電業(yè)務(wù)n所需的最小速率。R_n,k,m表示業(yè)務(wù)n在接入位置m處的k層基站時(shí)所能達(dá)到的業(yè)務(wù)速率，計(jì)算公式為：

R_n,k,m＝BD_n×log(1+SINR_n,k,m)

其中，業(yè)務(wù)n所需帶寬為BD_n，信噪干擾比為SINR_n,k,m。

業(yè)務(wù)n的SINR_n,k,m計(jì)算公式為：

其中，P_out,m為基站m的發(fā)射功率。σ²為噪聲功率。Loss_n,m為基站m到業(yè)務(wù)n終端的路徑損耗(x_n,y_n)為業(yè)務(wù)n終端坐標(biāo)，(x_m,y_m)為基站m坐標(biāo)，α是路徑損耗系數(shù)，一般取大于2的數(shù)。I_n,m為業(yè)務(wù)n終端受到其他基站的干擾

由業(yè)務(wù)接入基站的指示函數(shù)和基站站址選擇矩陣可得業(yè)務(wù)接入矩陣。

步驟2：分析異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基站規(guī)劃因素，建立優(yōu)化模型。

根據(jù)規(guī)劃因素對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的影響將網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃影響因素分為正相關(guān)因素和負(fù)相關(guān)因素。正相關(guān)因素主要指隨著規(guī)劃基站數(shù)量的增加而帶來(lái)性能提高的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃因素，如網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載量、網(wǎng)絡(luò)覆蓋率等。負(fù)相關(guān)因素則反之，在基站數(shù)量增加的同時(shí)會(huì)帶來(lái)額外的負(fù)擔(dān)，如基站總體能耗和成本等。

正相關(guān)因素如下：

①負(fù)載量：

②覆蓋率：

負(fù)相關(guān)因素如下：

③能耗：

④成本：

其中，P_th,m為基站m部署時(shí)應(yīng)達(dá)到的阻塞門限，用于限制基站接入終端數(shù)量：當(dāng)實(shí)際終端接入比例大于門限P_th,m時(shí)，負(fù)載限制因素能夠起到降低基站負(fù)載量值的作用。基站能耗主要由基站固定功率部分和動(dòng)態(tài)發(fā)射功率部分組成，對(duì)于k層基站則對(duì)應(yīng)的固定功率和動(dòng)態(tài)功率分別為P_0,k和Δp_k·P_out,k，P_out,k為k層基站的發(fā)射功率，Δp_k為基站負(fù)載相關(guān)的能耗斜率，c_k為k層基站的建設(shè)成本。

從正相關(guān)因素和負(fù)相關(guān)因素中各選取一個(gè)因素作為主要規(guī)劃因素，作為優(yōu)化模型的兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，將其他因素根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃要求設(shè)定限制條件，組成完整的優(yōu)化模型?？偣部山?種優(yōu)化模型。

模型①：選取正相關(guān)因素中的負(fù)載量和負(fù)相關(guān)因素中的基站總能耗作為優(yōu)化模型的優(yōu)化目標(biāo)，而成本、覆蓋率和網(wǎng)絡(luò)速率則作為限制條件，得到優(yōu)化模型。

max O_max(A)＝f₁(A)

min O_min(A)＝f₃(A)

st1:f₄(A)≤T_cost

st2:f₂(A)≥T_cov

st3:

模型②：選取正相關(guān)因素中的覆蓋率和負(fù)相關(guān)因素中的基站總能耗作為優(yōu)化模型的優(yōu)化目標(biāo)，而成本、負(fù)載量和網(wǎng)絡(luò)速率則作為限制條件，得到優(yōu)化模型。

max O_max(A)＝f₂(A)

min O_min(A)＝f₃(A)

st1:f₄(A)≤T_cost

st2:f₁(A)≥T_load

st3:

模型③：選取正相關(guān)因素中的覆蓋率和負(fù)相關(guān)因素中的基站成本作為優(yōu)化模型的優(yōu)化目標(biāo)，而成本、負(fù)載量和網(wǎng)絡(luò)速率則作為限制條件，得到優(yōu)化模型。

max O_max(A)＝f₂(A)

min O_min(A)＝f₄(A)

st1:f₃(A)≤T_power

st2:f₁(A)≥T_load

st3:

模型④：選取正相關(guān)因素中的負(fù)載量和負(fù)相關(guān)因素中的基站成本作為優(yōu)化模型的優(yōu)化目標(biāo)，而成本、負(fù)載量和網(wǎng)絡(luò)速率則作為限制條件，得到優(yōu)化模型。

max O_max(A)＝f₁(A)

min O_min(A)＝f₄(A)

st1:f₃(A)≤T_power

st2:f₂(A)≥T_cov

st3:

其中，T_load為負(fù)載量門限。T_power表示網(wǎng)絡(luò)總能耗門限。T_power表示最低覆蓋門限。T_cost為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的總規(guī)劃成本門限。max O_max(A)為正相關(guān)因素優(yōu)化目標(biāo)，min O_min(A)為負(fù)相關(guān)因素優(yōu)化目標(biāo)，st1和st2分別為負(fù)相關(guān)因素限制條件和正相關(guān)因素限制條件，st3固定為網(wǎng)絡(luò)速率限制條件，R_max,k,m為m處部署k層基站所能達(dá)到的最大服務(wù)速率。

實(shí)際規(guī)劃過(guò)程中，往往根據(jù)實(shí)際規(guī)劃需求選取一個(gè)優(yōu)化模型即可。

步驟3：在建立了優(yōu)化模型后，采用多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行求解，得到最優(yōu)非支配Pareto解集通過(guò)優(yōu)選模型對(duì)于解集中的解進(jìn)行排序，選擇效用值最小的解作為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的最優(yōu)解。優(yōu)選模型如下：

其中J是Pareto最優(yōu)解集的個(gè)數(shù)，O_min是Pareto最優(yōu)解集中的最小負(fù)相關(guān)因素值，即O_max是Pareto最優(yōu)解集中的最大正相關(guān)因素值，即

最終結(jié)果A^*即為本發(fā)明配電終端通信接入網(wǎng)無(wú)線基站規(guī)劃策略的規(guī)劃結(jié)果。

圖2-圖7是在同一仿真場(chǎng)景下，根據(jù)本發(fā)明所述的4種不同優(yōu)化模型和文獻(xiàn)1(Elias Yaacoub等人在《A generic simulation-based dimensioning approach for planning heterogeneous LTE cellular networks》中提出的一種方法)與文獻(xiàn)2(Wentao Zhao等人在《Cell planning for heterogeneous networks:An approximation algorithm》中提出的一種方法)的模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的結(jié)果。其中，圖2-5所示為四個(gè)模型的規(guī)劃結(jié)果。圖6-圖7是文獻(xiàn)1和文獻(xiàn)2的規(guī)劃結(jié)果。圖8是各規(guī)劃結(jié)果的覆蓋概率對(duì)比。

此實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。