面向工业网络无线回传的动态自适应路径规划方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种面向工业网络无线回传的动态自适应路径规划方法和系统，方法包括如下步骤：获取所有路边站和接入站的地理位置，设置约束条件，根据路边站和接入站的地理位置，在满足约束条件的前提下，根据最小准则进行连接，随机生成初始的无线回传拓扑模型，降低初始的无线回传拓扑模型在全局回传中的路径损耗和成本，得到最终的无线回传拓扑模型；每隔时间

【技术实现步骤摘要】
面向工业网络无线回传的动态自适应路径规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及无线通信
，尤其是涉及一种面向工业网络无线回传的动态自适应路径规划方法及系统
。

技术介绍

[0002]Relay
系统包含宿主基站
DeNB
和中继站
RN
两个逻辑节点，其基本原理是宿主基站将信号发给用户
UE
，或者发送给一个中继节点
RN
，再由
RN
转发给
UE
；在
Relay
方案中，采用多跳结构，即每个宿主基站可以接入一定数量的子站，子站与子站之间可以级联，良好的无线回传拓扑结构将会大大降低成本
、
减小微波的回传路径损耗
。
[0003]现有技术大多只关注基站和中继站的部署拓扑规划，例如专利申请号为
CN201910187173.1
的专利技术专利，公开了
《
一种面向无线回传问题的动态协同拓扑规划方法及系统
》
，该专利根据基站大规模候选站点间的违反约束条件程度
、
建设成本和路径损耗建立无线回传拓扑规划问题数学模型；然后对通信基站大规模站点进行分组求解，得到局部最优部署站点方案，局部最优部署站点方案包括候选站点的类型以及候选站点间的连接关系；根据局部最优部署站点方案得到各组站点的连接关系和各组站点间的距离，再对分组结果进行调整，得到最优无线回传拓扑规划部署方案，该专利能够将大规模站点动态分组而且同时优化，提供的规划方法更加可靠
、
有效，但该专利的无线回传拓扑规划一旦确定，则无法根据环境和设备的状态进行适时调整
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的无法根据环境和设备的状态进行适时调整的缺陷而提供一种面向工业网络无线回传的动态自适应路径规划方法及系统，该专利技术能够根据环境和设备状态自适应调整低成本且满足回传路径损耗约束情况的无线回传方案
。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供一种面向工业网络无线回传的动态自适应路径规划方法，包括如下步骤：
[0007]获取所有路边站和接入站的地理位置，设置约束条件，根据路边站和接入站的地理位置，在满足约束条件的前提下，根据最小准则进行连接，随机生成初始的无线回传拓扑模型；
[0008]采用优化算法，降低初始的无线回传拓扑模型在全局回传中的路径损耗和成本，得到最终的无线回传拓扑模型；
[0009]每隔时间
T
反馈当前无线回传拓扑模型的网络状态，网络状态包括负载状态，各站点的运行状态和各站点的电量状态，并根据网络状态调整无线回传拓扑模型
。
[0010]优选地，描述约束条件的公式具体为：
[0011][0012]若
C
level(i)
＝
‑1且
0≤C
level(j)
＜
H,
则
:
[0013][0014]C
d
≤L1，
C
t
≤N
[0015]式中，
A(i,j)
为
i
站点和
j
站点之间的连接情况，
D
ball
(i,j)i
站点和
j
站点之间的球面距离，
C
record
(i,j)
为
i
站点和
j
站点之间的连接级别，
C
level
，
C
d
为当前路边站可以接入的下一级路边站的数目，
C
t
为所属的接入站当前可以接入的路边站的数目，每个路边站最多有
L1条无线回传连接，
H
为通路包含的最大跳数，
N
为每个接入站接入路边站的最大数
。
[0016]优选地，采用自由空间传播模型估计各站点之间的路径损耗，描述该路径损耗的公式为：
[0017]PL
＝
32.5+20lg(L)+20lg(F)
[0018]式中，
PL
为路径损耗，
L
为所有路边站回传路径的总和，单位为
km
，
F
为发射频率，单位为
MHz。
[0019]优选地，在反馈当前无线回传拓扑模型的网络状态的过程中，若存在站点发生故障，则重新确定无线回传拓扑模型
。
[0020]优选地，在反馈当前无线回传拓扑模型的网络状态的过程中，在反馈当前无线回传拓扑模型的网络状态的过程中，若存在站点的电量保持一段时间连续降低，且低于设定阈值，则根据该站点的电量提升该站点的成本
。
[0021]优选地，在反馈当前无线回传拓扑模型的网络状态的过程中，若存在站点的负载较大，则通过增加回传连接通路
、
增加通路包含条数和
/
或扩大接入站服务的路边站数调整无线回传拓扑模型
。
[0022]根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提供一种实现如上任一所述的面向工业网络无线回传的动态自适应路径规划方法的动态自适应路径规划系统，包括：
[0023]站点信息获取模块：用以获取所有路边站和车联网中心接入站的地理位置，各站点的成本系数，各站点的路径损耗，各站点的约束条件；
[0024]初始模型建立模块：用以根据各站点的地理位置和约束条件，建立各站点之间的初始连接关系，进而建立初始的无线回传拓扑模型；
[0025]优化求解模块：用以根据各站点的成本系数和路径损耗，对初始的无线回传拓扑模型进行优化，以降低初始的无线回传拓扑模型在全局回传中的路径损耗和成本，得到最终的无线回传拓扑模型；
[0026]网络状态反馈接收模块：用以接收各站点的网络状态，网络状态包括电量状态
、
运行状态以及负载程度，并根据网络状态向初始模型建立模块发送参数，调整无线回传拓扑模型
。
[0027]优选地，当站点发生故障时，网络状态反馈接收模块向初始模型建立模块发送重新建立信息，初始模型建立模块重新接收站点信息获取模块的信息，重新建立无线回传拓扑模型
。
[0028]优选地，当站点的电量保持一段时间连续降低，网络状态反馈接收模块根据电量
的大小确定该站点的成本，并将修改后的成本发送至初始模型建立模块，调整无线回传拓扑模型
。
[0029]优选地，当负载较大时，网络状态反馈接收模块根据负载情况确定是否增加回传连接通路
、
增加条数和扩大接入站服务的路边站的数目，并将信息发送至初始模型建立模块，调整无线回传拓扑模型
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种面向工业网络无线回传的动态自适应路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：获取所有路边站和接入站的地理位置，设置约束条件，根据路边站和接入站的地理位置，在满足约束条件的前提下，根据最小准则进行连接，随机生成初始的无线回传拓扑模型；采用优化算法，降低初始的无线回传拓扑模型在全局回传中的路径损耗和成本，得到最终的无线回传拓扑模型；每隔时间
T
反馈当前无线回传拓扑模型的网络状态，网络状态包括负载状态，各站点的运行状态和各站点的电量状态，并根据网络状态调整无线回传拓扑模型
。2.
根据权利要求1所述的一种面向工业网络无线回传的动态自适应路径规划方法，其特征在于，描述约束条件的公式具体为：若
C
level(i)
＝
‑1且
0≤C
level(j)
＜
H,
则
:A(i,j)
＝1⇒
C
d
(j)≥1
且
C
t
(j)≥1C
d
≤L1，
C
t
≤N
式中，
A(i,j)
为
i
站点和
j
站点之间的连接情况，
D
ball
(i,j)
为
i
站点和
j
站点之间的球面距离，
C
record
(i,j)
为
i
站点和
j
站点之间的连接级别，
C
level
为站点的连接级别，
C
d
为当前路边站可以接入的下一级路边站的数目，
C
t
为路边站所属的接入站当前可以接入的路边站的数目，每个路边站最多有
L1条无线回传连接，
H
为通路包含的最大跳数，
N
为每个接入站接入路边站的最大数
。3.
根据权利要求1所述的一种面向工业网络无线回传的动态自适应路径规划方法，其特征在于，采用自由空间传播模型估计各站点之间的路径损耗，描述该路径损耗的公式为：
PL
＝
32.5+20lg(L)+20lg(F)
式中，
PL
为路径损耗，
L
为所有路边站回传路径的总和，单位为

【专利技术属性】
技术研发人员：夏斌，殷承良，罗新来，王宇，陈智勇，吴越鹏，秦文刚，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：