一种广域三维环境下一体化智能基站自动部署方法技术

本发明专利技术提供了一种广域三维环境下一体化智能基站自动部署方法，首先结合生态环境监测网络建设中遇到的实际问题，基于广域三维山区环境，提炼出数学模型，然后运用mesh网络和启发式搜索算法的思想，在满足最小建设成本，最大覆盖率以及最优网络连通性三个限制条件综合最优的前提下，求出了一种骨干网节点智能基站的规划部署方案，最后将本方法成功运用到了生态环境检测系统中。本发明专利技术适用于各类大范围的三维环境下的骨干网节点部署设计，可以根据不同的应用场景，调整相关输入参数，求出一个最优化的智能基站部署方案，推动了智能基站自动部署在广域三维场景中的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种广域三维环境下一体化智能基站自动部署方法
本专利技术属于一体化智能基站自动部署方法
，尤其涉及一种广域三维环境下一体化智能基站自动部署方法。
技术介绍
随着无线通信技术的发展，无线mesh网络以其独特的优势正迅速崛起为最为理想的无线网络解决方案。在过去的WLAN中节点路由器必须通过有线链路连接到网络基础设施,无线mesh网络是一个具有网状拓扑结构的自配置网络，它即可使各个节点之间独立通信，又能建立起对等的通信网络，使节点间的通信不局限与一条路径，在无线mesh网络中，每个节点在辐射范围内都可以跟一个或者多个节点通信，因此使得网络通信距离得以增加。当两个节点之间的链路破坏，导致失效后，网络会自动查找经由一个或多个别的路由节点替代路径，这就是mesh网络的思想。设四边形ABCD的四个角A、B、C、D为四个基站，组成了一个mesh骨干网。假如A、B之间的连接被迫中断了，那么A、B之间会快速切换路线通过A-C-D-B的顺序再次实现连接。应用于野外环境中，mesh覆盖网还可以实现天和地的三维覆盖，通过连接地面的无人驾驶车辆，空中的无人机等，可以将无人机无人车等设备搜集到的信息实时传输回检测站，从而实现了自主无人的检测系统。然而在无线mesh网络中，由于网络的通信可以经过一跳或者多跳的方式无线连接到其他的网络节点，这样就使得无线mesh网络具有简单快速部署、无布线成本、自动配置、组网灵活和可靠性高等独特性优势，因此在各个领域都有比较大的发展前途。在前期对网络做设计和规划时期，能否对骨干网进行有效部署对于网络建设成本有着重要的影响，并且有效的骨干网节点部署能够形成一个合理的无线网络拓扑结构，进而能够影响到整个网络的性能。与此同时，随着物联网领域的快速发展，人们对计算机的智能化要求越来越高，希望计算机能够自主地完成更多的任务，因此，找到一个合理有效的自动化节点部署方案是网络建设的重要前提。广域环境中的节点部署问题属于NP-hard问题，NP-hard问题是数图论中最著名的问题之一，为了解决这一问题不少的学者在构造相应的数学模型后采用一些启发式搜索算法来对问题进行求解。启发式搜索算法，就是在状态空间中的搜索对每一个搜索的位置进行评估，得到最好的位置，再从这个位置进行搜索直到目标。常见的启发式搜索算法有蚁群算法，遗传算法、模拟退火算法等。本专利技术采用的禁忌搜索算法也是启发式搜索算法的一类，是对局部邻域搜索的一种扩展，是一种以全局迭代逐步寻优算法，是对人类智力过程的一种模拟算法。禁忌搜索算法不仅与以往的局域搜索算法不同，它能够在算法的求解过程中接受局部劣解以避免或者降低局部最优的可能性，可以说该算法是一种对人类智力过程的模拟。
技术实现思路
目前mesh网络在智慧城市中的应用已经比较成熟，但很少应用于广域三维环境中，本专利技术为了解决我国在广域三维环境下的一体化智能基站的自动部署方法的空缺，实现智能化基站的mesh组网在三维环境下的智能化部署，本专利技术提供一种广域三维环境下一体化智能基站自动部署方法，包括了以下步骤：S1：根据实际地理信息，获取一定比例的点云坐标进行地形建模；S2：对地形建模后，根据实际使用的智能基站设备的性能和实际场景的需求，设置基站节点与通信半径相关的参数；S3：根据已知数据计算出节点间的通信链路集合和节点部署数量m的上下限，m的波动范围是根据实际需求来设置的；S4：从m的下限开始，利用启发式搜索算法思想，依次计算当前m值对应的最优解并保存；S5：到m的上限值为止，不断重复S4步骤，最后根据评价函数从所有结果中搜索找出本次的全局最优解。S6：将所求的全局最优解的结果在三维渲染平台中进行仿真展示。优选的，所述智能基站设备为具有mesh自组网技术的远距离无线通信设备，在模型中将每个智能基站设备作为一个自组网节点，当网络中两节点间的通信线路发生故障中断后，网络会自动为这两个节点重新切换当前的最短通信路径，从而保证网络的通畅。优选的，所述启发式搜索算法思想是解决商旅问题的常用思想，在状态空间中对每一个搜索的位置进行评估，得到最好的位置，再从这个位置进行搜索直到找到全局最优目标，此思想是目前用于求解广域智能化基站部署问题的常用方法，由于节点部署数量为未知数，所以可以根据实际需求按照一定的比例设置其波动范围进行计算，从而实现算法的自动化求解。优选的，所述根据评价函数从所有结果中搜索找出本次全局最优解，其中评价函数指的是当前解对应的网络覆盖率、网络连通性和建设成本三个指标组成的综合评价函数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术将启发式搜索算法思想和实际问题相结合，对禁忌搜索算法进行了改进，优化了初始解的选取和评价函数，将算法应用于三维场景中，本专利技术是一体化智能基站的自动部署在广域三维环境下的一次突破性应用。2.本专利技术适用于各类大范围的三维环境下的骨干网节点部署设计问题，可以根据不同的应用场景，调整相关输入参数，求出一个最优化的智能基站部署方案，推动了智能基站自动部署在三维场景中的应用，具有广泛适用性。附图说明图1是本专利技术的整体流程图；图2是本专利技术的结构示意图；图3是本专利技术的截面示意图；图4是本专利技术的改进的禁忌搜索算法详细流程图；图5是本专利技术的改进算法求出的搜索结果折线图；图6是本专利技术的改进算法求出的搜索结果的局部放大图；图7是本专利技术的最优化站址部署仿真的结果图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。以下对本专利技术做进一步描述：一种广域三维环境下一体化智能基站自动部署方法，本专利技术实例按照如附图1所示步骤进行求解，本方法的实例示意图如附图2所示，其截面示意图如附图3所示。本实例具体步骤如下：(1)建立数学模型首先根据实际地理信息，获取一定比例的点云坐标进行地形建模，根据实际使用的智能基站设备的性能和实际场景需求，设置基站节点的通信半径相关的参数。已知条件为地理环境信息、设备通信半径(r_max)、节点的覆盖半径为R和节点间的最大跳数(H)。设网络中一共有n个候选节点的部署位置，选取其中m个部署mesh节点，节点的最大跳数为H，候选站址的节点集合为V,vi代表网络中第i个候选节点，(xi,yi.zi)代表每个备选节点的坐标信息。V＝[v1,v2,…,vn],vi＝(xi,yi,zi),i＝1,2,…n(2)设置评价函数设定三个求解目标：覆盖率最大(f1)、网络整体服务质量最优(f2)和节点部署个数最少(f3)，约束条件是保证整个网络的连通性，对于求解多目标规划问题，在满足约束条件的前提下，我们给每个目标函数赋予相应的权值，从而求使整体最优的解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种广域三维环境下一体化智能基站自动部署方法，其特征在于，包括了以下步骤：/nS1：根据实际地理信息，获取一定比例的点云坐标进行地形建模；/nS2：对地形建模后，根据实际使用的智能基站设备的性能和实际场景的需求，设置基站节点与通信半径相关的参数；/nS3：根据已知数据计算出节点间的通信链路集合和节点部署数量m的上下限，m的波动范围是根据实际需求来设置的；/nS4：从m的下限开始，利用启发式搜索算法思想，依次计算当前m值对应的最优解并保存；/nS5：到m的上限值为止，不断重复S4步骤，最后根据评价函数从所有结果中搜索找出本次的全局最优解。/nS6：将所求的全局最优解的结果在三维渲染平台中进行仿真展示。/n

【技术特征摘要】
1.一种广域三维环境下一体化智能基站自动部署方法，其特征在于，包括了以下步骤：
S1：根据实际地理信息，获取一定比例的点云坐标进行地形建模；
S2：对地形建模后，根据实际使用的智能基站设备的性能和实际场景的需求，设置基站节点与通信半径相关的参数；
S3：根据已知数据计算出节点间的通信链路集合和节点部署数量m的上下限，m的波动范围是根据实际需求来设置的；
S4：从m的下限开始，利用启发式搜索算法思想，依次计算当前m值对应的最优解并保存；
S5：到m的上限值为止，不断重复S4步骤，最后根据评价函数从所有结果中搜索找出本次的全局最优解。
S6：将所求的全局最优解的结果在三维渲染平台中进行仿真展示。


2.根据权利要求1所述的一种广域三维环境下一体化智能基站自动部署方法，其特征在于，所述智能基站设备为具有mesh自组网技术的远距离无线通信设备，在模型中将...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鸿鹏，王前，何明，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12