基于分層多目標(biāo)優(yōu)化算法的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃分析

曹瑞

摘要：為切實(shí)滿足TD-SCDMA，即時(shí)分一同步碼分多址無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃最佳優(yōu)化，進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)分層多目標(biāo)優(yōu)化規(guī)劃，其能在一定程度上解決容量與基站覆蓋之間的復(fù)雜關(guān)系。為解出該模型，文章以分層多目標(biāo)優(yōu)化算法為基礎(chǔ)，探索實(shí)際規(guī)劃區(qū)間決定目標(biāo)函數(shù)的整體優(yōu)先層次，并最大程度的滿足無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃要求與目標(biāo)。文章就網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算、設(shè)計(jì)分層多目標(biāo)優(yōu)化算法進(jìn)行了論述與分析。

關(guān)鍵詞：分層多目標(biāo)優(yōu)化算法;無線網(wǎng)絡(luò);規(guī)劃

引言：時(shí)分一同步碼分多址在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)，要求在滿足服務(wù)質(zhì)量、容量、覆蓋的基礎(chǔ)上，盡量降低投入成本，以此來降低運(yùn)營企業(yè)成本。上述目標(biāo)間存在制約關(guān)系，因此在進(jìn)行TD—SCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)出現(xiàn)的問題基本上是多目標(biāo)優(yōu)化問題。而在規(guī)劃TD—SCDMA無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程中，基站選址是最復(fù)雜與重要的問題，文章選擇以分層多目標(biāo)優(yōu)化算法來進(jìn)行其諸多問題解決。

一、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算

1.無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃思路

TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃主要導(dǎo)向是在固定地域區(qū)間內(nèi)，按照業(yè)務(wù)質(zhì)量與用戶數(shù)量設(shè)計(jì)出最佳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以此來確定小區(qū)數(shù)量與半徑、所有基站參數(shù)與對應(yīng)位置，并確保其達(dá)到理想性能指標(biāo)，且要求整體系統(tǒng)成本最低?；境杀臼怯绕浣M成機(jī)構(gòu)建筑物、鐵塔、基站等諸多設(shè)備成本決定，基站成本會(huì)隨著基站數(shù)量的遞增而遞增，因此要在此狀況下進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，首要步驟是計(jì)算與統(tǒng)計(jì)小區(qū)數(shù)量上限與其覆蓋范圍[1]。

2.鏈路預(yù)算

查詢鏈路預(yù)算表，獲取節(jié)點(diǎn)B與用戶設(shè)備之間的最大允許路徑損耗，用L表示。按照以下步驟進(jìn)行：

其一，計(jì)算小區(qū)半徑，小區(qū)半徑與路徑損耗間存在的關(guān)系可通過傳播模型表示，在明確路徑損耗、工作頻率、基站天線高度、移動(dòng)臺(tái)電線與基站天線距離、移動(dòng)臺(tái)天線修正因子、大城市中心校正因子之后，可帶入傳播模型，再綜合路損進(jìn)行小區(qū)半徑計(jì)算，考慮不同形式站型，按照小區(qū)半徑進(jìn)行基站覆蓋面積計(jì)算;其二，計(jì)算基站數(shù)量。在進(jìn)行基站數(shù)量計(jì)算時(shí)，可假設(shè)小區(qū)為規(guī)則的、蜂窩結(jié)構(gòu)的正六邊形，并在仿真實(shí)驗(yàn)中假想小區(qū)為規(guī)則圓形，規(guī)劃區(qū)域并不是期待的圓形拓?fù)浣M成結(jié)構(gòu)。因此可利用扇區(qū)有效面積覆蓋因子u，綜合覆蓋面完成基站數(shù)量估算：N=（規(guī)劃區(qū)域面積/單基站覆蓋面積）·（u+1）[2]。

3.容量估算

TD-SCDMA系統(tǒng)是數(shù)據(jù)多業(yè)務(wù)與承載話音并存的系統(tǒng)，因分組交換、電路交換對資源占有性、QoS要求、占用資源、業(yè)務(wù)量等有著不同的要求，故而選擇混合業(yè)務(wù)容量估算。該種估算方式可按以下方式表述：有n中業(yè)務(wù)，第n種業(yè)務(wù)整體業(yè)務(wù)需求量為w，資源需求為e，服務(wù)等級可表示為QoSn，為滿足所有業(yè)務(wù)GoS要求整體資源，在估算混合業(yè)務(wù)容量時(shí)，選擇按照Kaufman—Roberts（KR）迭代容量估算方法進(jìn)行容量估算，并帶入其具體的KR迭代公式中求出容量估算結(jié)果，KR迭代估算流程如下圖1所示[3]。

假設(shè)KR混合業(yè)務(wù)容量在估算后，計(jì)算其基站數(shù)量為N2，如此可得出小區(qū)數(shù)量：N=max{N1，N2}，在初期階段進(jìn)行區(qū)域基站布設(shè)時(shí)，假設(shè)N為小區(qū)數(shù)量上限，如此可合理控制成本消耗。

二、設(shè)計(jì)分層多目標(biāo)優(yōu)化算法

通過上述計(jì)算可得出小區(qū)整體覆蓋半徑以及規(guī)劃位置小區(qū)數(shù)量上限，而TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)基站在進(jìn)行選址時(shí)會(huì)綜合目標(biāo)成本、系統(tǒng)容量、覆蓋用戶數(shù)、覆蓋面積，以此來科學(xué)規(guī)劃基站選址位置。此后再引入需求節(jié)點(diǎn)，將需求規(guī)劃位置按照精度進(jìn)行離散，在完成離散時(shí)所有的點(diǎn)都會(huì)表示對應(yīng)的需求節(jié)點(diǎn)，而部分需求節(jié)點(diǎn)是充當(dāng)重點(diǎn)覆蓋節(jié)點(diǎn)，一些需求節(jié)點(diǎn)有著較大業(yè)務(wù)量，可將這部分節(jié)點(diǎn)定義為熱點(diǎn)，而分層多目標(biāo)算法的意義即為選擇盡量少基站將這部分需求節(jié)點(diǎn)覆蓋?？赏ㄟ^以下形式進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)定義：f0（x）=基站覆蓋總節(jié)點(diǎn)數(shù)/定義區(qū)間內(nèi)總節(jié)點(diǎn)數(shù)，其中f0指的是節(jié)點(diǎn)覆蓋率，而x指的是一組基站布局方案坐標(biāo)集合[4]。

而TD—SCDMA、容量在進(jìn)行覆蓋時(shí)會(huì)限制于上行鏈路、下行鏈路，可先覆蓋預(yù)測上行鏈路，再針對下行鏈路進(jìn)行功率分配。因重點(diǎn)覆蓋熱點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)存在，使得在一些小區(qū)交界處，終端具備兩個(gè)基站與發(fā)射功率同步通信，然而下行鏈路信號相對較弱，造成終端接收率低于閾值，很容易在通信過程中失去與其中一個(gè)基站之間的關(guān)聯(lián)，故而應(yīng)考慮重新進(jìn)行基站選址，以此來滿足終端功率接收的諸多要求。并進(jìn)行另外目標(biāo)函數(shù)定義：f1（x）=接收功率超過閾值總節(jié)點(diǎn)數(shù)/定義區(qū)間總節(jié)點(diǎn)數(shù)，其中f1（x）指的是業(yè)務(wù)覆蓋率，x表示一組基站布局方案坐標(biāo)集合。

三、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃分層優(yōu)化模型

在建設(shè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃分層優(yōu)化模型需側(cè)重以下數(shù)點(diǎn)：其一，進(jìn)行相應(yīng)程序初始化優(yōu)化，按照目標(biāo)函數(shù)重要性，放置f0（x）、f1（x）分別在上層、下層進(jìn)行優(yōu)化;其二，極大化分層進(jìn)程中的問題，求解f0（x）最大值maxf0（x），得出最優(yōu)值與最優(yōu)解集。在求解時(shí)，轉(zhuǎn)化上層目標(biāo)工程為優(yōu)先寬容域，如此能夠達(dá)到最為理想的模型構(gòu)建結(jié)果。

結(jié)語：綜述，文章就基于分層多目標(biāo)優(yōu)化算法的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進(jìn)行了分析與論述，探討了以分層多目標(biāo)優(yōu)化算法來解決無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進(jìn)程中的基站選址問題，取得了較好的效果，且在該算法應(yīng)用過程中，可實(shí)現(xiàn)對對應(yīng)優(yōu)化目標(biāo)的側(cè)重，滿足不同用戶的不同需求，為基站選址提供了更多理論依據(jù)，便于技術(shù)人員據(jù)此選擇更佳的基站數(shù)量與地址。

參考文獻(xiàn)：

[1]李小龍.TD-SCDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的分層多目標(biāo)優(yōu)化算法[D].重慶大學(xué)，2019，（11）：57.

[2]唐朝偉，李小龍，邵艷清等.基于分層多目標(biāo)優(yōu)化算法的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃[J].計(jì)算機(jī)工程， 2019，36（9）：7-9.

[3]劉寧，秦志光，David Plets等.基于混合算法的多目標(biāo)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)規(guī)劃[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2019，33（9）：2774-2777.

[4]游康勇，楊立山，郭文彬.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)下基于壓縮感知的多目標(biāo)分層貪婪匹配定位[J]. 自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2019，45（3）：38-47.