一种输电管廊通信覆盖增强方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种输电管廊通信覆盖增强方法及系统，获取地下输电管廊不规则目标区域，在地下输电管廊不规则目标区域的场景结构部署单汇聚节点与拉远天线节点；对拉远天线节点间的连通性进行优化，得到最小连通覆盖集；根据最小连通覆盖集对目标区域网络的覆盖冗余以及覆盖盲区进行优化，得到优化后的目标区域网络；获取业务类型的需求，根据业务类型的需求以及优化后的目标区域网络，将空间、光载波波长与无线电频率分配于从无线网络域到达光网络域的业务。优点：采用不规则感知覆盖增量优化方法对感知覆盖区域进行划分调整与优化，以避免出现超额能耗聚焦于个别天线节点，实现输电管廊传感网全段覆盖与生存周期的双重优化。重优化。重优化。

【技术实现步骤摘要】
一种输电管廊通信覆盖增强方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种输电管廊通信覆盖增强方法及系统，属于网络


技术介绍

[0002]输电管廊整体架构为狭长型结构，通常为非直线建设，存在大量管廊拐点，部分汇聚节点间的直接通信无法通过无线的方式实现，为了实现输电管廊中无线传感网的全段覆盖，需要密集部署汇聚节点，不仅增加了网络建设成本，也降低了汇聚节点的覆盖效率。此外，管廊中段部分传感器与接入节点之间通信的可靠性受到通信跳数的影响，而且如何在输电管廊不规则感知区域实现无线传感网络的全段覆盖与生存周期、多维资源的有效利用的研究是首要解决的工程问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种输电管廊通信覆盖增强方法及系统。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种输电管廊通信覆盖增强方法，包括：
[0005]获取地下输电管廊不规则目标区域，在地下输电管廊不规则目标区域的场景结构部署单汇聚节点与拉远天线节点；
[0006]对拉远天线节点间的连通性进行优化，得到最小连通覆盖集；
[0007]获取地下输电管廊不规则目标区域的传感器节点分布情况，依据拉远天线节点分布的疏密程度将目标区域划分为覆盖冗余区和覆盖盲区，根据最小连通覆盖集对目标区域网络的覆盖冗余区以及覆盖盲区进行优化，得到优化后的目标区域网络；所述目标区域覆盖冗余区指的是拉远天线节点的疏密程度为密的区域，所述覆盖盲区指的是拉远天线节点的疏密程度为疏的区域；
[0008]获取业务类型的需求，根据业务类型的需求以及优化后的目标区域网络，将空间、光载波波长与无线电频率分配于从无线网络域到达光网络域的业务。
[0009]进一步的，所述对拉远天线节点间的连通性进行优化，包括：
[0010]选取单汇聚节点作为参考节点，获取该参考节点的邻居拉远天线节点的个数，把参考节点与该参考节点的邻居拉远天线节点所覆盖的区域逼成多边形区域；对多边形区域利用分部署和等腰三角形部署相结合的方式构造最小目标区域；对最小目标区域进行离散化，得到可优化的目标区域，将不属于目标区域的邻居拉远天线节点剔除，得到最优覆盖集C；
[0011]依据最优解覆盖集内各节点的属性及感知不规则性，构建网内最小连通覆盖集，包括：
[0012]在最优解覆盖集C中任取一拉远天线节点S
i
，以及取该拉远天线节点S
i
的邻居节点；
[0013]通过以该拉远天线节点S
i
为中心，不规则有效边界为半径，向其邻居节点发送信
息，确定该拉远天线节点S
i
的邻居节点的子连通区域Ω
i
；
[0014]以此类推，遍历得到最优覆盖集C内所有拉远天线节点的邻居节点总连通区域Ω；
[0015]将邻居节点总连通区域Ω转化为不规则边界及子覆盖域带权连通图V；
[0016]根据任取的拉远天线节点S
i
的邻居节点的连通区域Ω
i
和邻居节点总连通区域Ω计算拉远天线节点S
i
的连通图覆盖度；
[0017]当连通图覆盖度不小于预设覆盖度域值η0时，则从不规则边界及子覆盖域带权连通图V中提取拉远天线节点S
i
对应的连通子图V
j
，将拉远天线节点S
i
及连通子图V
j
加入连通覆盖集E中，反之，则仅将拉远天线节点S
i
加入连通覆盖集E中，直至遍历最优解覆盖集C中所有点，最终构建的连通覆盖集E为所述最小连通覆盖集D。
[0018]进一步的，所述对目标区域覆盖冗余区以及覆盖盲区进行优化，包括：
[0019]获取目标区域的Voronoi图信息；
[0020]利用Voronoi图信息确定修复区域为覆盖盲区；
[0021]修复区域为覆盖盲区Ai，其不规则边界区域以H为近似中心点，其不规则边界区域任意点a到H的距离为Li∈[L
min
,L
max
]，α0为覆盖阈值角，其中其中为边界区域最大最小边界点组成的覆盖角，且从最小连通覆盖集D中选取离节点H最近节点k
i
，如式(1)所示：
[0022]M(a
min
,a
max
)＝{k
i
∈R2|d(k
i
,H)≤d(k
j
,H)} (7)
[0023]其中，M(a
min
,a
max
)表示在覆盖盲区A
i
内离节点H最近节点k
i
，L
min
、L
max
分别表示覆盖盲区边界最小的点a
min
到H的距离、覆盖盲区边界最远点a
max
到H的距离，R表示实数，d(k
i
,H)表示节点k
i
到H的距离，d(k
j
,H)表示节点k
j
到H的距离；
[0024]以k
i
为参考点，在最小连通覆盖集D选取离k
i
最近的点
kj
，组成该修复区域最小覆盖角若则k
i
为该覆盖区的修复节点；若以的角平分线Li为界，从最小连通覆盖集D中选取到L
min
最近点k
m
，此时节点k
i
和k
m
为该覆盖盲区的修复节点；若对进行对分，以α0为划分临界值，直至其划分的角再进行修复节点的确定，完成覆盖盲区的优化。
[0025]进一步的，所述对目标区域覆盖冗余区以及覆盖盲区进行优化，包括：
[0026]获取目标区域的Voronoi图信息；
[0027]利用Voronoi图信息确定修复区域为覆盖冗余区；
[0028]若修复区域为覆盖冗余区，依据冗余区域权重因子集ρ选取覆盖冗余区B
i
，其不规则边界区域近似中心点为C
i
，区域B
i
冗余面积为式(2)：
[0029][0030]M
i
(r
i
)为B
i
域内各冗余分区面积，t为该冗余分区冗余系数，Γ(r
i2
,t)冗余区修正后区域半径平方，r
i
表示区域半径，k表示冗余分区的个数；
[0031]基于已有网络的连通性，结合感知区域的不规则性，通过对感知半径进行调整，以对冗余区域进行最小化修复，得到感知半径近似最优解r
i*
，使冗余面积函数M
i
取最小值，完成覆盖冗余区的最小化；
[0032]使冗余面积函数M
i
取最小值的表达式为式(3)所示：
[0033]r
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输电管廊通信覆盖增强方法，其特征在于，包括：获取地下输电管廊不规则目标区域，在地下输电管廊不规则目标区域的场景结构部署单汇聚节点与拉远天线节点；对拉远天线节点间的连通性进行优化，得到最小连通覆盖集；获取地下输电管廊不规则目标区域的传感器节点分布情况，依据拉远天线节点分布的疏密程度将目标区域划分为覆盖冗余区和覆盖盲区，根据最小连通覆盖集对目标区域网络的覆盖冗余区以及覆盖盲区进行优化，得到优化后的目标区域网络；所述目标区域覆盖冗余区指的是拉远天线节点的疏密程度为密的区域，所述覆盖盲区指的是拉远天线节点的疏密程度为疏的区域；获取业务类型的需求，根据业务类型的需求以及优化后的目标区域网络，将空间、光载波波长与无线电频率分配于从无线网络域到达光网络域的业务。2.根据权利要求1所述的输电管廊通信覆盖增强方法，其特征在于，所述对拉远天线节点间的连通性进行优化，包括：选取单汇聚节点作为参考节点，获取该参考节点的邻居拉远天线节点的个数，把参考节点与该参考节点的邻居拉远天线节点所覆盖的区域逼成多边形区域；对多边形区域利用分部署和等腰三角形部署相结合的方式构造最小目标区域；对最小目标区域进行离散化，得到可优化的目标区域，将不属于目标区域的邻居拉远天线节点剔除，得到最优覆盖集C；依据最优解覆盖集内各节点的属性及感知不规则性，构建网内最小连通覆盖集，包括：在最优解覆盖集C中任取一拉远天线节点S
i
，以及取该拉远天线节点S
i
的邻居节点；通过以该拉远天线节点S
i
为中心，不规则有效边界为半径，向其邻居节点发送信息，确定该拉远天线节点S
i
的邻居节点的子连通区域Ω
i
；以此类推，遍历得到最优覆盖集C内所有拉远天线节点的邻居节点总连通区域Ω；将邻居节点总连通区域Ω转化为不规则边界及子覆盖域带权连通图V；根据任取的拉远天线节点S
i
的邻居节点的连通区域Ω
i
和邻居节点总连通区域Ω计算拉远天线节点S
i
的连通图覆盖度；当连通图覆盖度不小于预设覆盖度域值η0时，则从不规则边界及子覆盖域带权连通图V中提取拉远天线节点S
i
对应的连通子图V
j
，将拉远天线节点S
i
及连通子图V
j
加入连通覆盖集E中，反之，则仅将拉远天线节点S
i
加入连通覆盖集E中，直至遍历最优解覆盖集C中所有点，最终构建的连通覆盖集E为所述最小连通覆盖集D。3.根据权利要求1所述的输电管廊通信覆盖增强方法，其特征在于，所述对目标区域覆盖冗余区以及覆盖盲区进行优化，包括：获取目标区域的Voronoi图信息；利用Voronoi图信息确定修复区域为覆盖盲区；修复区域为覆盖盲区Ai，其不规则边界区域以H为近似中心点，其不规则边界区域任意点a到H的距离为Li∈[L
min
,L
max
]，α0为覆盖阈值角，其中其中为边界区域最大最小边界点组成的覆盖角，且从最小连通覆盖集D中选取离节点H最近节点k
i
，如式(6)所示：M(a
min
,a
max
)＝{k
i
∈R2|d(k
i
,H)≤d(k
j
,H)}(1)
其中，M(a
min
,a
max
)表示在覆盖盲区A
i
内离节点H最近节点k
i
，L
min
、L
max
分别表示覆盖盲区边界最小的点a
min
到H的距离、覆盖盲区边界最远点a
max
到H的距离，R表示实数，d(k
i
,H)表示节点k
i
到H的距离，d(k
j
,H)表示节点k
j
到H的距离；以k
i
为参考点，在最小连通覆盖集D选取离k
i
最近的点k
j
，组成该修复区域最小覆盖角若则k
i
为该覆盖区的修复节点；若以的角平分线Li为界，从最小连通覆盖集D中选取到L
min
最近点k
m
，此时节点k
i
和k
m
为该覆盖盲区的修复节点；若对进行对分，以α0为划分临界值，直至其划分的角再进行修复节点的确定，完成覆盖盲区的优化。4.根据权利要求1所述的输电管廊通信覆盖增强方法，其特征在于，所述对目标区域覆盖冗余区以及覆盖盲区进行优化，包括：获取目标区域的Voronoi图信息；利用Voronoi图信息确定修复区域为覆盖冗余区；若修复区域为覆盖冗余区，依据冗余区域权重因子集ρ选取覆盖冗余区B
i
，其不规则边界区域近似中心点为C
i
，区域B
i
冗余面积为式(7)：M
i
(r
i
)为B
i
域内各冗余分区面积，t为该冗余分区冗余系数，冗余区修正后区域半径平方，r
i
表示区域半径，k表示冗余分区的个数；基于已有网络的连通性，结合感知区域的不规则性，通过对感知半径进行调整，以对冗余区域进行最小化修复，得到感知半径近似最优解使冗余面积函数M
i
取最小值，完成覆盖冗余区的最小化；使冗余面积函数M
i
取最小值的表达式为式(8)所示：5.根据权利要求1所述的输电管廊通信覆盖增强方法，其特征在于，所述将空间、光载波波长与无线电频率分配于从无线网络域到达光网络域的业务，包括：采用下式对空间、光载波波长与无线电频率进行归一化处理；将包括空间、光载波波长与无线电频率的三维资源转换为0到1之间的小数；空间、光载波波长与无线电频率的客观权重由熵值法确定，资源分配方案矩阵为MA＝(x
ij
)
m
×
n
，其中x
ij
为资源分配方案i的评价指标j；m表示资源方案的数量；n代表评价指标数，然后将矩阵数据归一化，从而得到目标权重值，根据目标权重值计算各评价方案与最优方案的贴近程度，根据贴近程度得到最优资源分配方案。6.一种输电管廊通信覆盖增强系统，其特征在于，包括：获取模块，用于获取地下输电管廊不规则目标区域，在地下输电管廊不规则目标区域的场景结构部署单汇聚节点与拉远天线节点；
连通性优化模块，...

【专利技术属性】
技术研发人员：路永玲，朱雪琼，王真，胡成博，贾骏，杨景刚，张国江，付慧，秦剑华，刘子全，
申请(专利权)人：江苏省电力试验研究院有限公司国网江苏省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：