一种基于正六边形的电磁频谱监测网络部署方法

技术领域

本申请涉及通信网络覆盖技术领域，更具体地，涉及一种基于正六边形的电磁频谱监测网络部署方法。

背景技术

电磁频谱监测网络部署要考虑满足网络覆盖与连通问题，因为网络覆盖决定了电磁频谱监测网络对电磁环境的监测能力，关系到电磁环境数据采集的完整性和准确性，反映了电磁频谱监测网络所提供的“感知和监测”质量；而网络连通决定了任务区域内电磁频谱监测装备之间的“紧密关联”的程度，关系到所采集电磁环境数据传输和汇聚的有效性和及时性，是确保电磁频谱监测网络实现功能性需求的前提条件。然而，所有的网络部署组织者也同样希望所部署的网络不仅要能够满足电磁频谱监测网络应用性能，而且还要能够确保电磁频谱监测网络部署实现高效益和高效率。

目前，在通信领域中已经存在正方形部署的方式，其将节点部署在正方形的四个顶点上，该方法冗余度较高，并且部署位置过于靠近，设备之间干扰较大，影响通知质量。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于正六边形的电磁频谱监测网络部署方法，能够有效地处理和解决任务区域边界覆盖问题，易于对任务区域内电磁频谱监测设备数量进行规划设计和求解，可以用于指导小规模静态电磁频谱监测网络的位置规划。

为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种基于正六边形的电磁频谱监测网络部署方法，该方法包括：

基于电磁频谱监测设备的参数构建布尔感知模型，以最大的覆盖范围与最小的冗余覆盖为优化目标，计算最优的部署模式；

构建电磁频谱覆盖任务区域的最小外接矩形，以所述最小外接矩形的任意两条相邻的边为x轴与y轴，建立平面直角坐标系；

以最优的部署模式进行电磁频谱监测设备的部署，具体包括：

以

将所述第一正六边形向y轴方向平移

将所述最小外接矩形坐标系内部的及矩形边上的各六边形的顶点确定为电磁频谱监测装备的部署位置点；其中，r

进一步地，上述基于正六边形的电磁频谱监测网络部署方法，其中，所述基于电磁频谱监测设备的参数构建布尔感知模型，以最大的覆盖范围与最小的冗余覆盖为优化目标，计算最优的部署模式，具体包括：

基于电磁频谱监测设备的参数构建布尔感知模型，将电磁频谱监测设备的覆盖范围设定为圆形；

基于电磁频谱监测设备的发射功率和天线高度计算电磁频谱监测设备的感知半径。

进一步地，上述基于正六边形的电磁频谱监测网络部署方法，其中，所述基于电磁频谱监测设备的参数构建布尔感知模型，以最大的覆盖范围与最小的冗余覆盖为优化目标，计算最优的部署模式，还包括：

基于所述布尔感知模型、所述感知半径、电磁频谱监测设备的传输半径与电磁频谱监测设备邻居节点之间的距离，构建电磁频谱监测设备的覆盖控制关联模型，如下所示，

CCAM＝{disk,r

其中，disk表示电磁频谱监测设备的覆盖和连通均采用布尔感知模型描述，r

进一步地，上述基于正六边形的电磁频谱监测网络部署方法，其中，所述覆盖控制关联模型通过约束电磁频谱监测装备之间的欧氏距离，以实现覆盖范围最大的同时冗余覆盖最小。

进一步地，上述基于正六边形的电磁频谱监测网络部署方法，其中，当所述电磁频谱监测装备之间的欧氏距离d(s

当所述电磁频谱监测装备之间的欧氏距离d(s

当所述电磁频谱监测装备之间的欧氏距离d(s

进一步地，上述基于正六边形的电磁频谱监测网络部署方法，其中，当所述电磁频谱监测装备之间的欧氏距离

进一步地，上述基于正六边形的电磁频谱监测网络部署方法，其中，还包括：

基于电磁频谱覆盖任务区域的已覆盖面积与所述电磁频谱覆盖任务区域的总面积计算覆盖率C，如下式所示，

其中，S表示电磁频谱覆盖任务区域面积，S

计算电磁频谱覆盖任务区域的覆盖效率，如下式所示，

进一步地，上述基于正六边形的电磁频谱监测网络部署方法，其中，还包括：

计算电磁频谱覆盖任务区域的覆盖密度，如下式所示，

其中，n表示为任务区域内电磁频谱监测装备的数量。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的基于正六边形的电磁频谱监测网络部署方法，通过对电磁频谱监测设备进行建模，以最大的覆盖范围与最小的冗余覆盖为优化目标，对任务区域的电磁频谱监测网络覆盖进行部署规划计算分析，能够有效地处理和解决任务区域边界覆盖问题，易于对任务区域内电磁频谱监测设备数量进行规划设计和求解，可以用于指导小规模静态电磁频谱监测网络的位置规划。

(2)本发明提供的基于正三角形的电磁频谱监测网络部署方法，以

(3)本发明提供的基于正六边形的电磁频谱监测网络部署方法，将正六边形的边长设置为

(4)本发明提供的基于正六边形的电磁频谱监测网络部署方法，本发明采用正六边形部署的模式，将正三角形的边长

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种基于正六边形的电磁频谱监测网络部署方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的电磁频谱监测设备覆盖示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种电磁频谱监测设备覆盖示意图；

图4为本申请实施例提供的基于正六边形的电磁频谱监测设备覆盖示意图；

图5为本申请实施例提供的电磁频谱覆盖任务区域的六边形覆盖网格示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

电磁频谱监测网络部署问题与覆盖问题关联最为紧密，任务区域内各电磁频谱监测装备的位置部署直接影响电磁频谱监测网络的覆盖性能，而电磁频谱监测网络覆盖性能要求也影响着电磁频谱监测网络的部署设计。通过覆盖控制来实现电磁频谱监测网络覆盖和连通要求，并且要减少冗余覆盖面积，需要对覆盖控制的条件因素及相互关系进行分析建模，通过覆盖控制评估模型对电磁频谱监测网络覆盖质量进行衡量。

本申请提供了一种基于正六边形的电磁频谱监测网络部署方法，图1为本申请实施例提供的一种基于正六边形的电磁频谱监测网络部署方法的流程示意图。请参阅图1，该方法包括以下步骤：

(1)基于电磁频谱监测设备的参数构建布尔感知模型，以最大的覆盖范围与最小的冗余覆盖为优化目标，计算最优的部署模式。

具体地，基于电磁频谱监测设备的参数构建布尔感知模型，将电磁频谱监测设备的覆盖范围设定为圆形。其中，布尔感知模型能够快速、有效地对各电磁频谱监测装备的监测覆盖范围进行描述并且便于进行覆盖计算，有效简化电磁频谱监测网络覆盖控制问题研究的复杂度。

基于电磁频谱监测设备的发射功率和天线高度计算电磁频谱监测设备的感知半径。感知半径表述为电磁频谱监测装备的监测能力的强度，感知半径越大其感知范围也就越大，使得电磁频谱监测设备间的距离也就越大；电磁频谱监测设备的感知半径取决于其监测系统的发射功率、天线高度、周围自然环境、被监测频率以及被监测设备天线位置等众多影响因素，本申请中只考虑电磁频谱监测装备的监测系统发射功率和天线高度等固有参数对单一被测频点所能提供的感知距离，忽略地理环境和气候条件等因素对感知距离的影响。

电磁频谱监测装备通常采用无线通信方式进行数据传输，传输半径表述为电磁频谱监测装备的数据传输距离，传输距离越大也越有利于网络的连通，是影响电磁频谱监测装备部署位置的限定条件。

基于布尔感知模型、感知半径、电磁频谱监测设备的传输半径与电磁频谱监测设备邻居节点之间的距离，构建电磁频谱监测设备的覆盖控制关联模型，如下所示，

CCAM＝{disk,r

其中，disk表示电磁频谱监测设备的覆盖和连通均采用布尔感知模型描述，r

一个电磁频谱监测装备可以同时与多个电磁频谱监测装备形成邻居装备关系，组成邻居装备集合。只有在形成邻居装备关系后才能够将各个电磁频谱监测装备的监测区域实现连通，也使得邻居装备之间产生了监测区域的重叠。

感知半径与传输半径是设计网络覆盖与连通且相互制约的条件参数，邻居装备之间的距离是在感知半径和传输半径共同制约下实现网络覆盖连通的限定条件并影响网络冗余覆盖。覆盖控制关联模型通过约束电磁频谱监测装备之间的欧氏距离，以实现覆盖范围最大的同时冗余覆盖最小。

图2为本申请实施例提供的电磁频谱监测设备覆盖示意图，当电磁频谱监测装备之间的欧氏距离d(s

由计算可知，当所述电磁频谱监测装备之间的欧氏距离

图3为本申请实施例提供的另一种电磁频谱监测设备覆盖示意图。设圆心为O

当且仅当θ

图4为本申请实施例提供的基于正六边形的电磁频谱监测设备覆盖示意图。进一步地，圆O

随着正六边形数量的增加，分析各正六边形覆盖面积的和与各圆盘形成的有效覆盖面积的比值情况。对数量1到10的各正六边形覆盖面积的和与各圆形成的有效覆盖面积的比值进行计算，比值情况如表1所示。

表1正六边形覆盖与圆覆盖的面积之比

随着需要部署电磁频谱监测装备数量的增加，采用正六边形覆盖的面积之和会越来越接近用圆盘覆盖的有效面积。

(2)图5为本申请实施例提供的电磁频谱覆盖任务区域的六边形覆盖网格示意图。构建电磁频谱覆盖任务区域的最小外接矩形，以该最小外接矩形的任意两条相邻的边为x轴与y轴，建立平面直角坐标系。

(3)以最优的部署模式进行电磁频谱监测设备的部署，具体包括：以

将所述第一正六边形向y轴方向平移

将所述最小外接矩形坐标系内部的及矩形边上的各六边形的顶点确定为电磁频谱监测装备的部署位置点；其中，r

具体地，以

将所述第一正六边形向y轴方向平移

将所述第二正六边形向y轴方向平移

将所述第四正六边形向y轴方向平移

……

按照上述方法，多次进行平移以在最小外接矩形内构建形成正六边形网格，直至所述正六边形网格覆盖铺满所述最小外接矩形且正六边形数量最少时为止。

需要指出的是，为了确保电磁频谱监测装备能够无缝覆盖整个任务区域，正六边形覆盖网格的边长l必须小于等于电磁频谱监测装备的感知半径r

进一步地，基于电磁频谱覆盖任务区域的已覆盖面积与所述电磁频谱覆盖任务区域的总面积计算覆盖率C，如下式所示，

其中，S表示电磁频谱覆盖任务区域面积，S

计算电磁频谱覆盖任务区域的覆盖效率，如下式所示，

计算电磁频谱覆盖任务区域的覆盖密度，如下式所示，

其中，n表示为任务区域内电磁频谱监测装备的数量。

通过以正六边形单元为单位建立二维正六边形网格，基于二维正六边形网格建立各电磁频谱监测装备在电磁频谱监测网络中的位置关系。通过电磁频谱监测装备性能参数确定正六边形网格大小，再根据任务区域确定电磁频谱监测网络规模，这样可以直接将电磁频谱监测装备快速的部署在六边形的顶点位置上，以使用最少数量的电磁频谱监测装备，实现基于重覆盖的电磁频谱监测网络区域覆盖的最优覆盖效果。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。