一種基于2.5g無線網(wǎng)絡中定向天線的靈敏度優(yōu)化算法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于2.5G無線網(wǎng)絡中定向天線的靈敏度優(yōu)化算法，包括以下步驟：S1、節(jié)點設置初始發(fā)射功率，設置定向天線帶有若干個空扇區(qū)；S2、節(jié)點u逐漸增大發(fā)射功率并向定向天線的某一扇區(qū)發(fā)送消息，同時接收來自其他節(jié)點的回復信息，判斷回復信號是否被記錄；S3、如果沒有被記錄，則將節(jié)點v存入節(jié)點u的鄰節(jié)點集，執(zhí)行步驟S5；S4、如果被記錄，執(zhí)行步驟S5；S5、判斷節(jié)點u的鄰節(jié)點集是否等于設定值或發(fā)射功率是否等于最大值；S6、如果都不等于，轉換定向天線扇區(qū)，重復步驟S2；S7、如果有一個等于，算法結束；S8、確定鄰節(jié)點集中的最遠鄰居節(jié)點，并根據(jù)最遠鄰居節(jié)點調整節(jié)點u的發(fā)射半徑。本發(fā)明優(yōu)化了定向天線在2.5G無線網(wǎng)絡中的靈敏度。
【專利說明】
一種基于2.5G無線網(wǎng)絡中定向天線的靈敏度優(yōu)化算法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡領域，具體涉及一種基于2.5G無線網(wǎng)絡中定向天線的靈敏度 優(yōu)化算法。
【背景技術】
[0002] 2.5G無線寬帶通信網(wǎng)絡系統(tǒng)無線通信基站是高度一體化、可用于室外任何環(huán)境中 的設備。在此之前，無線寬帶通信網(wǎng)絡系統(tǒng)一直采用定向天線連接自主網(wǎng)的算法，但該算法 并不適用于2.5G無線網(wǎng)絡，運用在2.5G網(wǎng)絡中定向天線的靈敏度并沒有發(fā)揮到最大的優(yōu) 勢。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于2.5G無線網(wǎng)絡中定向天線 的靈敏度優(yōu)化算法，該優(yōu)化算法可以很好地改善通用算法中對2.5G網(wǎng)絡造成的靈敏度不高 的問題。
[0004] 為達到上述要求，本發(fā)明采取的技術方案是:提供一種基于2.5G無線網(wǎng)絡中定向 天線的靈敏度優(yōu)化算法，包括以下步驟：
[0005] S1、節(jié)點設置初始發(fā)射功率，并設置定向天線帶有若干個空扇區(qū)；
[0006] S2、節(jié)點u逐漸增大發(fā)射功率并隨機向定向天線的某一扇區(qū)發(fā)送消息，同時接收來 自其他節(jié)點的回復信息，判斷所述回復信號是否被記錄；
[0007] S3、如果沒有被記錄，則將所述未被記錄的回復信號所對應的節(jié)點v存入節(jié)點u的 鄰節(jié)點集，并將節(jié)點u定向天線中覆蓋節(jié)點v的扇區(qū)標記為非空扇區(qū)，執(zhí)行步驟S5;
[0008] S4、如果被記錄，執(zhí)行步驟S5;
[0009] S5、判斷節(jié)點u的鄰節(jié)點集是否等于設定值或發(fā)射功率是否等于最大值；
[0010] S6、如果鄰節(jié)點集不等于設定值且發(fā)射功率不等于最大值，轉換定向天線扇區(qū)，重 復步驟S2;
[0011] S7、如果鄰節(jié)點集等于設定值或發(fā)射功率等于最大值，算法結束；
[0012] S8、確定鄰節(jié)點集中的最遠鄰居節(jié)點，并根據(jù)所述最遠鄰居節(jié)點調整節(jié)點u的發(fā)射 半徑。
[0013] 該基于2.5G無線網(wǎng)絡中定向天線的靈敏度優(yōu)化算法具有的優(yōu)點如下：本申請將 DRNG算法和K-DRNG算法運用到2.5G網(wǎng)絡中，在發(fā)射功率一定的情況下，通過調節(jié)接收功率 的數(shù)值和扇區(qū)覆蓋的概率值來優(yōu)化定向天線在2.5G無線網(wǎng)絡中的靈敏度，提高了定向天線 在2.5G無線網(wǎng)絡中的性能。
【附圖說明】
[0014] 此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，在這 些附圖中使用相同的參考標號來表示相同或相似的部分，本申請的示意性實施例及其說明 用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中：
[0015]圖1為本申請的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 為使本申請的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，以下結合附圖及具體實施例，對本 申請作進一步地詳細說明。
[0017] 在以下描述中，對"一個實施例"、"實施例"、"一個示例"、"示例"等等的引用表明 如此描述的實施例或示例可以包括特定特征、結構、特性、性質、元素或限度，但并非每個實 施例或示例都必然包括特定特征、結構、特性、性質、元素或限度。另外，重復使用短語"根據(jù) 本申請的一個實施例"雖然有可能是指代相同實施例，但并非必然指代相同的實施例。
[0018] 為簡單起見，以下描述中省略了本領域技術人員公知的某些技術特征。
[0019] 根據(jù)本申請的一個實施例，提供一種基于2.5G無線網(wǎng)絡中定向天線的靈敏度優(yōu)化 算法，如圖1所示，包括以下步驟：
[0020] S1、首先假設節(jié)點分布在一個二維平面中，任意節(jié)點u都配有一個帶有N個空扇區(qū) 的定向天線;節(jié)點設置初始發(fā)射功率W(u)，滿足2w 5發(fā)射功率f 5w，發(fā)射功率W(u)可以在最 小和最大之間連續(xù)調節(jié)；
[0021] 即2.5G無線信號的功率按照發(fā)送天線和接收天線間距離的β次方衰減。當β = 2,發(fā) 送功率Wt與接收功率Wr的關系為：
[0022]
[0023]其中，Gt為發(fā)送天線的增益;λ是波長;d為發(fā)送天線與接收天線之間的距離;L為節(jié) 點位置信息。
[0024]當β = 4時，發(fā)送功率Wt與接收功率Wr的關系為：
[0025]
[0026] 其中，Gt、Gr分別是發(fā)送天線和接收天線的增益;ht和hr分別為發(fā)射天線和接收天 線的高度;d為發(fā)送天線與接收天線之間的距離。
[0027] S2、節(jié)點u逐漸增大發(fā)射功率并隨機向定向天線的某一扇區(qū)發(fā)送"HELLO"消息，同 時接收來自其他節(jié)點的"ACK"回復信息，判斷該回復信號是否被記錄；
[0028] S3、如果沒有被記錄，則認為發(fā)現(xiàn)新節(jié)點V，將未被記錄的回復信號所對應的節(jié)點v 存入節(jié)點u的鄰節(jié)點集Ne(u)中，并將節(jié)點u定向天線中覆蓋節(jié)點v的扇區(qū)標記為非空扇區(qū)， 然后停止在該扇區(qū)內繼續(xù)搜索，執(zhí)行步驟S5;
[0029] S4、如果被記錄，執(zhí)行步驟S5;
[0030] S5、判斷節(jié)點u的鄰節(jié)點集隊(u)是否等于設定值K或發(fā)射功率W(u)是否等于最大 值W(u)max，即是否滿足W(u)=5;
[0031] 其中，算法中K值采用樣方統(tǒng)計法來確定，在一定大小的面積上測量個體數(shù)量，通 過統(tǒng)計方法確定觀測對象個體的密度或者組成。假設節(jié)點是均勻分布的，基于這種統(tǒng)計模 型，位于樣方區(qū)域A中的點數(shù)服從參數(shù)為λ| |A| |的泊松分布，其中| |A| |表示區(qū)域A的面積，λ 表示單位面積內隨機時間發(fā)生的平均概率?；谶@個模型，設多波束轉換天線網(wǎng)絡中η個節(jié) 點均勻分布在一個很大的區(qū)域Μ中，節(jié)點密度= n/| |M| I，令節(jié)點的有效區(qū)域B作為樣方，那 么B中的節(jié)點個數(shù)服從均值為ps的泊松分布，有效區(qū)域B中的節(jié)點數(shù)目的概率密度函數(shù)：
[0032]
[0033]其中，k為節(jié)點u天線覆蓋的實際節(jié)點數(shù)量;ps為節(jié)點u天線覆蓋的平均節(jié)點數(shù)量;P s表示單位面積內隨機事件的平均發(fā)生率。
[0034] 由上式可得到節(jié)點u的天線沒有覆蓋一個節(jié)點的概率：
[0035] Y(k = 〇)=e-ps (4)
[0036] 利用隨機幾何學中關于點覆蓋問題的概念，一個節(jié)點不被其他節(jié)點天線有效區(qū)域 覆蓋的概率為Y(k=o) = (i-| |s| |/| |m| | )n，當| |m| |趨向無窮大時，節(jié)點u不被其他節(jié)點天 線覆蓋的概率為：
[0037]
[0038] 其中，| |s| |表示天線有效區(qū)域的面積，| |M| |表示節(jié)點平均分布的面積。
[0039] 由以上公式可以得到節(jié)點u的覆蓋節(jié)點數(shù)大于0的概率：
[0040] Y(d(u)>0) = l-e-2ps (6)
[0041] 其中，d(u)為節(jié)點u的覆蓋節(jié)點數(shù)量。
[0042]假設統(tǒng)計方法滿足獨立無關性，那么在一個很大的區(qū)域Μ中均勻分布η個點，沒有 孤立節(jié)點的概率：
[0043]
[0044] 當η>>1時，圖連通的概率近似等于圖沒有孤立節(jié)點的概率。利用推導式7可以得出 結論1，求得多波束轉換天線的網(wǎng)絡，連通概率至少為Y的節(jié)點臨界覆蓋區(qū)域的下限。
[0045] 結論1:設η(η>>1)個節(jié)點均勾分布在一個很大的區(qū)域Μ中，節(jié)點密度為P，隨機選擇 打開天線的一個扇區(qū)，該天線的有效區(qū)域為Β，如果要保證網(wǎng)絡連通概率至少為Υ，那么節(jié)點 傳輸功率必須使得節(jié)點的有效區(qū)域Α滿足下面的公式：
[0046]
[0047] 由式8,令節(jié)點天線有效區(qū)域A等于連通概率為Y的臨界覆蓋范圍，利用式3可以得 到結論2,求得節(jié)點最大覆蓋節(jié)點數(shù)的概率分布。
[0048] 結論2:設η(η>>1)個節(jié)點均勻分布在一個很大的區(qū)域Μ中，節(jié)點密度為P，有效區(qū)域 為Α，那么所有節(jié)點的最大覆蓋節(jié)點數(shù)K(G)小于等于Κο的概率滿足：
[0049]
[0050] S6、如果鄰節(jié)點集Nju)不等于設定值Κ且發(fā)射功率W(u)不等于最大值5,轉換定向 天線扇區(qū)，重復步驟S2;
[0051] S7、如果鄰節(jié)點集Ne(u)=K或W(u) = 5,算法結束；
[0052] S8、確定鄰節(jié)點集中的最遠鄰居節(jié)點，并根據(jù)最遠鄰居節(jié)點調整節(jié)點u的發(fā)射半 徑。
[0053]功率調整策略，當u的鄰居節(jié)點集Ne(u)$K時開啟對應扇區(qū)的天線，以達到節(jié)點v 的最小發(fā)射功率建立連接的目的。
[0054] 其中，確定最遠鄰居節(jié)點的方法為：計算節(jié)點u與鄰節(jié)點集中每個節(jié)點的鏈路權 重，并根據(jù)所述鏈路權重和節(jié)點u與鄰節(jié)點集中每個節(jié)點的距離確定最遠鄰居節(jié)點。其中， 鏈路權重的計算公式為：
[0055] w(u, v) =td(u, ν)β
[0056] 其中w(u, ν)表示節(jié)點u與節(jié)點ν的鏈路權重；td(u, v)e表示經(jīng)過距離d進行成功通 訊所需的最小功率值。
[0057] 以上所述實施例僅表示本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不 能理解為對本發(fā)明范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離 本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明保護范圍。因此本發(fā) 明的保護范圍應該以所述權利要求為準。
【主權項】
1. 一種基于2.5G無線網(wǎng)絡中定向天線的靈敏度優(yōu)化算法，其特征在于，包括以下步驟： S1、節(jié)點設置初始發(fā)射功率，并設置定向天線帶有若干個空扇區(qū)； S 2、節(jié)點u逐漸增大發(fā)射功率并隨機向定向天線的某一扇區(qū)發(fā)送消息，同時接收來自其 他節(jié)點的回復信息，判斷所述回復信號是否被記錄； 53、 如果沒有被記錄，則將所述未被記錄的回復信號所對應的節(jié)點V存入節(jié)點u的鄰節(jié) 點集，并將節(jié)點U定向天線中覆蓋節(jié)點V的扇區(qū)標記為非空扇區(qū)，執(zhí)行步驟S5; 54、 如果被記錄，執(zhí)行步驟S5; 55、 判斷節(jié)點u的鄰節(jié)點集是否等于設定值或發(fā)射功率是否等于最大值； 56、 如果鄰節(jié)點集不等于設定值且發(fā)射功率不等于最大值，轉換定向天線扇區(qū)，重復步 驟S2; 57、 如果鄰節(jié)點集等于設定值或發(fā)射功率等于最大值，算法結束； 58、 確定鄰節(jié)點集中的最遠鄰居節(jié)點，并根據(jù)所述最遠鄰居節(jié)點調整節(jié)點u的發(fā)射半 徑。2. 根據(jù)權利要求1所述的基于2.5G無線網(wǎng)絡中定向天線的靈敏度優(yōu)化算法，其特征在 于，所述步驟S8中確定最遠鄰居節(jié)點的方法為： 計算節(jié)點u與鄰節(jié)點集中每個節(jié)點的鏈路權重，并根據(jù)所述鏈路權重和節(jié)點u與鄰節(jié)點 集中每個節(jié)點的距離確定最遠鄰居節(jié)點。3. 根據(jù)權利要求1所述的基于2.5G無線網(wǎng)絡中定向天線的靈敏度優(yōu)化算法，其特征在 于，所述節(jié)點發(fā)射功率滿足2w 5發(fā)射功率f 5w。4. 根據(jù)權利要求2所述的基于2.5G無線網(wǎng)絡中定向天線的靈敏度優(yōu)化算法，其特征在 于，所述鏈路權重的計算公式為： w(u,v) = td(u,v)e 其中w(u,v)表示節(jié)點u與節(jié)點V的鏈路權重;td(u,v)e表示經(jīng)過距離d進行成功通訊所需 的最小功率值。5. 根據(jù)權利要求1所述的基于2.5G無線網(wǎng)絡中定向天線的靈敏度優(yōu)化算法，其特征在 于，所述步驟S7中的設定值采用樣方統(tǒng)計法確定。
【文檔編號】H04W16/26GK105933918SQ201610507136
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】劉宇波, 陳穎
【申請人】成都金本華電子有限公司