基于分層多目標優化算法的無線網絡規劃分析

曹瑞

摘要：為切實滿足TD-SCDMA，即時分一同步碼分多址無線網絡規劃最佳優化，進行無線網絡分層多目標優化規劃，其能在一定程度上解決容量與基站覆蓋之間的復雜關系。為解出該模型，文章以分層多目標優化算法為基礎，探索實際規劃區間決定目標函數的整體優先層次，并最大程度的滿足無線網絡規劃要求與目標。文章就網絡規模估算、設計分層多目標優化算法進行了論述與分析。

關鍵詞：分層多目標優化算法;無線網絡;規劃

引言：時分一同步碼分多址在進行網絡規劃時，要求在滿足服務質量、容量、覆蓋的基礎上，盡量降低投入成本，以此來降低運營企業成本。上述目標間存在制約關系，因此在進行TD—SCDMA網絡規劃時出現的問題基本上是多目標優化問題。而在規劃TD—SCDMA無線網絡進程中，基站選址是最復雜與重要的問題，文章選擇以分層多目標優化算法來進行其諸多問題解決。

一、網絡規模估算

1.無線網絡規劃思路

TD-SCDMA網絡規劃主要導向是在固定地域區間內，按照業務質量與用戶數量設計出最佳網絡結構，以此來確定小區數量與半徑、所有基站參數與對應位置，并確保其達到理想性能指標，且要求整體系統成本最低?；境杀臼怯绕浣M成機構建筑物、鐵塔、基站等諸多設備成本決定，基站成本會隨著基站數量的遞增而遞增，因此要在此狀況下進行無線網絡規劃，首要步驟是計算與統計小區數量上限與其覆蓋范圍[1]。

2.鏈路預算

查詢鏈路預算表，獲取節點B與用戶設備之間的最大允許路徑損耗，用L表示。按照以下步驟進行：

其一，計算小區半徑，小區半徑與路徑損耗間存在的關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、移動臺電線與基站天線距離、移動臺天線修正因子、大城市中心校正因子之后，可帶入傳播模型，再綜合路損進行小區半徑計算，考慮不同形式站型，按照小區半徑進行基站覆蓋面積計算;其二，計算基站數量。在進行基站數量計算時，可假設小區為規則的、蜂窩結構的正六邊形，并在仿真實驗中假想小區為規則圓形，規劃區域并不是期待的圓形拓撲組成結構。因此可利用扇區有效面積覆蓋因子u，綜合覆蓋面完成基站數量估算：N=（規劃區域面積/單基站覆蓋面積）·（u+1）[2]。

3.容量估算

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

假設KR混合業務容量在估算后，計算其基站數量為N2，如此可得出小區數量：N=max{N1，N2}，在初期階段進行區域基站布設時，假設N為小區數量上限，如此可合理控制成本消耗。

二、設計分層多目標優化算法

通過上述計算可得出小區整體覆蓋半徑以及規劃位置小區數量上限，而TD-SCDMA網絡基站在進行選址時會綜合目標成本、系統容量、覆蓋用戶數、覆蓋面積，以此來科學規劃基站選址位置。此后再引入需求節點，將需求規劃位置按照精度進行離散，在完成離散時所有的點都會表示對應的需求節點，而部分需求節點是充當重點覆蓋節點，一些需求節點有著較大業務量，可將這部分節點定義為熱點，而分層多目標算法的意義即為選擇盡量少基站將這部分需求節點覆蓋?？赏ㄟ^以下形式進行目標函數定義：f0（x）=基站覆蓋總節點數/定義區間內總節點數，其中f0指的是節點覆蓋率，而x指的是一組基站布局方案坐標集合[4]。

而TD—SCDMA、容量在進行覆蓋時會限制于上行鏈路、下行鏈路，可先覆蓋預測上行鏈路，再針對下行鏈路進行功率分配。因重點覆蓋熱點與節點存在，使得在一些小區交界處，終端具備兩個基站與發射功率同步通信，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基站之間的關聯，故而應考慮重新進行基站選址，以此來滿足終端功率接收的諸多要求。并進行另外目標函數定義：f1（x）=接收功率超過閾值總節點數/定義區間總節點數，其中f1（x）指的是業務覆蓋率，x表示一組基站布局方案坐標集合。

三、網絡規劃分層優化模型

在建設網絡規劃分層優化模型需側重以下數點：其一，進行相應程序初始化優化，按照目標函數重要性，放置f0（x）、f1（x）分別在上層、下層進行優化;其二，極大化分層進程中的問題，求解f0（x）最大值maxf0（x），得出最優值與最優解集。在求解時，轉化上層目標工程為優先寬容域，如此能夠達到最為理想的模型構建結果。

結語：綜述，文章就基于分層多目標優化算法的無線網絡規劃進行了分析與論述，探討了以分層多目標優化算法來解決無線網絡規劃進程中的基站選址問題，取得了較好的效果，且在該算法應用過程中，可實現對對應優化目標的側重，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，便于技術人員據此選擇更佳的基站數量與地址。

參考文獻：

[1]李小龍.TD-SCDMA無線網絡規劃中的分層多目標優化算法[D].重慶大學，2019，（11）：57.

[2]唐朝偉，李小龍，邵艷清等.基于分層多目標優化算法的無線網絡規劃[J].計算機工程， 2019，36（9）：7-9.

[3]劉寧，秦志光，David Plets等.基于混合算法的多目標異構無線網絡室內規劃[J].計算機應用研究，2019，33（9）：2774-2777.

[4]游康勇，楊立山，郭文彬.無線傳感器網絡下基于壓縮感知的多目標分層貪婪匹配定位[J]. 自動化學報，2019，45（3）：38-47.