一种部署无线接入节点的规划计算方法、系统及电子设备与流程

1.本发明涉及电力无线技术领域，尤其涉及一种部署无线接入节点的规划计算方法、系统及电子设备。

背景技术：

2.电力业务需要自己部署无线接入节点的典型技术为wifi和电力无线专网。当前部署应用wifi时缺乏预先基于业务量的良好规划，造成很难一步部署到位，需要在部署后根据使用情况再进行调整，存在需要安排人力进行测试验证反复调整的问题，占用较多人力与时间资源。
3.对于电力无线专网接入节点的部署，直接采用公网部署的计算方法，未考虑到不同电力业务的优先级（生产控制类业务、信息管理类业务），未考虑到不同电力业务终端的地理环境差异（如环网柜、变压器的传感监测，存在遮挡等），未考虑到实际可部署位置区域的限制（电力安全、供电、布线等限制）；这样估算的节点数量与实际需求数量之间、其估算部署位置与实际部署位置之间，可能存在较大偏差；本质上是由于采用通用方法不能完全适配电力业务的需求，这样将会在实际部署时花费较大的人力与时间去进行调整，效率较低，不能实现接入节点的快速部署与电力业务的快速接入，影响新型电力系统与能源互联网的高速建设。

技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种部署无线接入节点的规划计算方法，方法能够在读取电力业务管理平台的数据后，进行自动化计算，避免了繁杂的人工计算，提升了效率。
5.部署无线接入节点的规划计算方法包括：步骤1：估算初始节点数量以及固定的初始频谱效率，得到；步骤2：确定节点数量nc的粗略候选集范围：，其中，，n
scale1 、n
scale2 为调节因子系数，典型设置为3或者n
ini /5；步骤3：nc取值从n
l
开始进行遍历计算，计算出不同节点数量对应的总资源大小；步骤4：通过下述公式比较不同节点数量下的占用总资源大小：，即取r
nc
最小值所对应的nc取值为最终节点数量nf；步骤5：按照nf取值对应的各个节点位置为最终部署位置，得到各个节点部署位置集合为p
nf
={pos1，...，posnf}，计算出最终节点数量与部署位置的关系。
6.进一步需要说明的是，步骤3还包括：
步骤3.1：对于nc个节点，标记候选位置分别为pcal1，...，pcaln，...，pcal
nc
，初始部署区域随机选择nc个位置；步骤3.2：对于每个ueij，计算与各个候选节点的距离，，再计算se=f2(p，f，d，β)，然后计算归属到pcaln下的所占空口资源re
ij,n
=f1（trij，se，α），根据最小化资源准则，确定每个ue所归属的连接节点pcaln；每个节点pcaln其下属的ue位置集合标记为cn={pos
1,n
,...pos
m,n
}，每个节点下属的ue所占空口资源之和标记为ren，不同节点下的ue个数m不同；所有ue的空口资源之和标记为r
nc
，；步骤3.3：更新各个节点位置计算，，若更新计算结果在非部署区域外，则选择与更新计算结果距离最小的可部署区域位置，并按照步骤3.2方式重新迭代更新计算距离及资源，并更新每个节点的下属ue集合；步骤3.4：若更新后的节点位置不再变化，或者已达到最大更新迭代次数n
ite
，则判断每个节点的空口资源ren是否匹配节点能力，若节点能力可以满足，则记录nc个节点的位置，p
nc
={pos1，...，posnc}，及总资源大小r
nc
，然后转入步骤3.5；步骤3.5：nc取值加1，重复步骤3.1-3.4；步骤3.6：当nc达到最大值nh，判断是否所有p
nc
都为空；若不为空，则转入步骤4；若为空，则更新nh=nh+n
limit
，n
limit
为上限调节因子，典型设置为nh/2，继续nc取值加1，重复步骤3.1-3.4。
7.进一步需要说明的是，步骤3.2中，f1为。
8.进一步需要说明的是，步骤3.2中的f2分解计算步骤包括：首先，根据cost-hata衰减模型，计算不同频率下对应的不同距离衰减pl，pl1=46.33+(44.9-6.55*log10(ht))*log10(d) + 33.9*log10(f)-((1.1*log10(f)-0.7)*hr-1.56*log10(f)+0.8)-13.82*log(ht)，ht为节点部署高度，hr为终端高度；其次根据发射功率计算接收端的信号接收功率和信噪比，pr=p-pl（db），snr=pr-n0，n0=10log10（ktw）+nf，k为波尔兹曼常数，值为 1.38
×
10e-23 j/k，t为开尔文温度，典型取值为300k，w为根据无线节点技术制式计算的终端接收信号带宽，nf为噪声系数，典型取值7到10db；根据snr计算se，，为无线技术制式调节因子。
9.进一步需要说明的是，方法还设置约束条件，具体包括：设置可部署的候选位置区域，其集合标记为pset；
建立空口资源与频谱效率的映射模型，re=f1（tr，se，α）；某一载频f发射功率p条件下，频谱效率与距离的映射关系，se=f2(p，f，d，β)；标记终端为，表示第i种业务中的第j个用户，其中，共ns种电力业务，，第i种电力业务共有ni个终端用户；不同电力业务的加权权重为，不同电力终端的地理环境加权权重为；单个节点的资源能力为rc；标记各终端对应的电力业务速率需求为，则电力园区电力业务总的速率需求为。
10.本发明还提供一种部署无线接入节点的规划计算系统，系统包括：地图模块、业务终端数据管理模块、配置模块以及计算模块；地图模块，用于显示电力业务区域、电力业务终端的位置及用于部署无线节点的区域；根据计算模块的计算结果，显示无线节点部署的位置及服务的终端归属；业务终端数据管理模块，用于与电力业务管理平台对接，导入各个电力业务终端的电力数据；配置模块，用于配置用到的各个参数，以及配置f1、f2函数计算模型；计算模块，用于进行无线节点数量及部署位置的计算，并展示计算结果。
11.进一步需要说明的是，电力数据包括各个业务终端的业务速率、业务类型对应的电力业务权重、业务终端地理位置，电力业务终端环境权重以及业务终端高度hr。
12.进一步需要说明的是，参数包括：se
ini
、n
scale1
、n
scale2
、rc、n
ite
、n
limit
、终端信号带宽w、载频f、噪声系数nf、节点部署高度ht以及无线技术制式调节因子。
13.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现部署无线接入节点的规划计算方法的步骤。
14.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明提供的部署无线接入节点的规划计算方法面向电力业务进行通信节点规划设计，考虑了电力业务优先级、不同业务终端的传输环境差异及实际可部署位置区域限制，并进行迭代计算，基于总资源最小化原则确定最终的节点数量及部署地理位置；并基于该方法设计一种规划软件，能够实现快速自动规划，大大减轻了人工工作量，并提高了规划的准确度。
15.本发明能够在读取电力业务管理平台的数据后，进行自动化计算，避免了繁杂的人工计算，提升了效率。
16.本发明还考虑了电力业务的特征，计及了电力业务优先级、电力业务终端环境差异，计算的结果更准确，提升了工程实施指导的可实现性。
17.本发明提供的部署无线接入节点的规划计算系统以总资源最小化为准则，最大程
度地减少节点数量，降低了成本和功耗，提升了总能效。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要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发明的一些实施例，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。
19.图1为部署无线接入节点的规划计算方法流程图；图2为信号随距离衰减示例图；图3为无线技术采用1.8g电力无线专网时，频谱效率与snr的关系图；图4为计算过程示意图；图5为部署无线接入节点的规划计算系统示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.本发明提供的部署无线接入节点的规划计算方法应用到电力园区等业务场景中，其中电力业务多种多样，传感采集的电力业务数据广泛采用5g、wifi、230mhz或1.8ghz电力无线专网等各种无线接入技术传输到后台主站。
22.本发明主要目的是基于电力园区中需要部署多少个接入节点才能够满足电力业务的需求，同时这些接入节点在地理位置上如何部署，是本发明电力无线应用解决的问题。
23.对于目前电力无线专网一般按照运营商无线公网的估算方法，即按照总业务速率/单个节点能够提供的速率=估算节点个数，采用人工估算，估计节点数量，并按照典型的扇区间隔选定部署位置，这样估算导致节点数量不准，无法满足无线通信要求。而且对于电力园区采用wifi进行接入时，目前一般按照间隔若干米距离部署一个节点的方式，如果部署后发现某区域业务质量差，会在该区域增加部署节点。
24.基于上述问题本发明提供的部署无线接入节点的规划计算方法面向电力业务进行通信节点规划设计，考虑了电力业务优先级、不同业务终端的传输环境差异及实际可部署位置区域限制，并进行迭代计算，基于总资源最小化原则确定最终的节点数量及部署地理位置；并基于该方法设计一种规划软件，能够实现快速自动规划，大大减轻了人工工作量，并提高了规划的准确度。
25.而对于本发明来讲，是基于电子设备来实现，电子设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现部署无线接入节点的规划计算方法的步骤。
26.电子设备作为支持终端的无线接入。可以内部或外部地耦接到终端。所涉及的无线接入技术可以包括无线局域网络(wi-fi，wlan，wireless local area networks)、无线宽带(wibro)、全球微波互联接入(wimax)、230mhz/1.8ghz电力无线专网、5g电力无线专网等等。
27.电子设备可以以使用例如计算机软件、硬件或其任何组合的计算机可读介质来实施。对于硬件实施，这里描述的实施方式可以通过使用特定用途集成电路(asic，application specific integrated circuit)、数字信号处理器(dsp，digital signal processing)、数字信号处理装置(dspd，digital signal processing device)、可编程逻辑装置(pld，programmable logic device)、现场可编程门阵列(fpga，field programmable gate array)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、被设计为执行这里描述的功能的电子单元中的至少一种来实施，在一些情况下，这样的实施方式可以在控制器中实施。对于软件实施，诸如过程或功能的实施方式可以与允许执行至少一种功能或操作的单独的软件模块来实施。软件代码可以由以任何适当的编程语言编写的软件应用程序(或程序)来实施，软件代码可以存储在存储器中并且由控制器执行。
28.如图1至4所示，对于电子设备所执行的部署无线接入节点的规划计算方法来讲，设置约束条件，设置可部署的候选位置区域以及供电、安装条件限制，候选位置区域集合标记为pset；建立空口资源与频谱效率的映射模型，re=f1（tr，se，α）。某一载频f发射功率p条件下，频谱效率与距离的映射关系，se=f2(p，f，d，β)。标记终端为，表示第i种业务中的第j个用户，其中，共ns种电力业务，，第i种电力业务共有ni个终端用户。不同电力业务的加权权重为，不同电力终端的地理环境加权权重为。单个节点的资源能力为rc。
29.标记各终端对应的电力业务速率需求为，则电力园区电力业务总的速率需求为。
30.步骤1：估算初始节点数量：按总业务速率需求，节点小区按固定的初始频谱效率估算，典型如se
ini
=20%；得到；步骤2：确定节点数量nc粗略候选集范围：，其中，，n
scale1 、n
scale2 为调节因子系数，典型设置为3或者n
ini /5；步骤3：遍历计算，nc取值从n
l
开始，步骤3.1：对于nc个节点，标记其候选位置分别为pcal1，...，pcaln，...，pcal
nc
，初始在可部署区域随机选择nc个位置。
31.步骤3.2：对于每个ueij，计算与各个候选节点的距离，，再计算se=f2(p，f，d，β)，然后计算归属到pcaln下的所占空口资源re
ij,n
=f1（trij，se，α），根据最小化资源准则，确定每个ue所归属的连接节点pcaln。每个节点pcaln其下属的ue位置集合标记为cn={pos
1,n
,...pos
m,n
}，每个节点下属的ue所占空口资源之和标记为ren，不同节点
下的ue个数m不同；所有ue的空口资源之和标记为r
nc
，。
32.其中，f 1为；f 2可分解为几个计算步骤：首先，根据cost-hata衰减模型，计算不同频率下对应的不同距离衰减pl（db），pl1 = 46.33+(44.9-6.55*log10(ht))*log10(d) + 33.9*log10(f)-((1.1*log10(f)-0.7)*hr-1.56*log10(f)+0.8)-13.82*log(ht)，ht为节点部署高度，hr为终端高度；其次根据发射功率计算接收端的信号接收功率和信噪比，pr=p-pl（db），snr=pr-n0（db），n0=10log10（ktw）+nf，k为波尔兹曼常数，值为 1.38
×
10e-23 j/k，t为开尔文温度，典型取值为300k，w为根据无线节点技术制式计算的终端接收信号带宽，nf为噪声系数，典型取值7到10db；然后根据snr计算se，，为无线技术制式调节因子；步骤3.3：更新各个节点位置计算，，若更新计算结果在非部署区域外，则选择与更新计算结果距离最小的可部署区域位置；并按照步骤3.2方式重新迭代更新计算距离及资源，并更新每个节点的下属ue集合。
33.步骤3.4：若更新后的节点位置不再变化，或者已达到最大更新迭代次数n
ite
，则判断每个节点的空口资源ren是否匹配节点能力，若节点能力可以满足，则记录nc个节点的位置，p
nc
={pos1，...，posnc}，及总资源大小r
nc
。然后转入步骤3.5；步骤3.5：nc取值加1，重复步骤3.1-3.4；步骤3.6：当nc达到最大值nh，判断是否所有p
nc
都为空：若为否，则转入步骤4；若为是，则更新nh=nh+n
limit
，n
limit
为上限调节因子，典型设置为nh/2，继续nc取值加1，重复步骤3.1-3.4；步骤4：比较不同节点数量下的占用总资源大小。按照总资源最小化准则，，即取r
nc
最小值所对应的nc取值为最终节点数量nf。
34.步骤5：按照nf取值对应的各个节点位置为最终部署位置，即各个节点部署位置集合为p
nf
={pos1，...，posnf}。
35.从而最终计算出：节点数量与部署位置。这样本发明能够在读取电力业务管理平台的数据后，进行自动化计算，避免了繁杂的人工计算，提升了效率。本发明还考虑了电力业务的特征，计及了电力业务优先级、电力业务终端环境差异，计算的结果更准确，提升了工程实施指导的可实现性。
36.基于上述方法本发明还提供一种部署无线接入节点的规划计算系统，如图5所示，系统包括：地图模块、业务终端数据管理模块、配置模块以及计算模块；地图模块能够显示电力业务区域、电力业务终端的位置及可用于部署无线节点的区域；能够根据计算模块的计算结果，显示无线节点部署的位置及服务的终端归属。
37.业务终端数据管理模块：能够与电力业务管理平台对接，导入各个电力业务终端的数据，包括各个业务终端的业务速率、业务类型对应的电力业务权重、业务终端地理位置，电力业务终端环境权重，业务终端高度hr。
38.配置模块能够配置上述规划方法中用到的各个参数，包括se
ini
、n
scale1
、n
scale2
、rc、n
ite
、n
limit
、终端信号带宽w、载频f、噪声系数nf、节点部署高度ht、无线技术制式调节因子，并能够配置f1、f2函数计算模型。
39.计算模块能够按照上述计算方法进行无线节点数量及部署位置的计算，并展示计算结果。
40.本发明提供的部署无线接入节点的规划计算系统以总资源最小化为准则，最大程度地减少节点数量，降低了成本和功耗，提升了总能效。
41.本发明提供的部署无线接入节点的规划计算系统中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
42.本发明提供的部署无线接入节点的规划计算系统是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
43.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：

1.一种部署无线接入节点的规划计算方法，其特征在于，方法包括：步骤1：估算初始节点数量以及固定的初始频谱效率，得到；步骤2：确定节点数量nc的粗略候选集范围：，其中，，n
scale1 、n
scale2 为调节因子系数，典型设置为3或者n
ini /5；步骤3：nc取值从n
l
开始进行遍历计算，计算出不同节点数量对应的总资源大小；步骤4：通过下述公式比较不同节点数量下的占用总资源大小：，即取r
nc
最小值所对应的nc取值为最终节点数量nf；步骤5：按照n
f
取值对应的各个节点位置为最终部署位置，得到各个节点部署位置集合为p
nf
={pos1，...，posnf}，计算出最终节点数量与部署位置的关系。2.根据权利要求1所述的部署无线接入节点的规划计算方法，其特征在于，步骤3还包括：步骤3.1：对于nc个节点，标记候选位置分别为pcal1，...，pcal
n
，...，pcal
nc
，初始部署区域随机选择nc个位置；步骤3.2：对于每个ueij，计算与各个候选节点的距离，，再计算se=f2(p，f，d，β)，然后计算归属到pcaln下的所占空口资源re
ij,n
=f1（trij，se，α），根据最小化资源准则，确定每个ue所归属的连接节点pcaln；每个节点pcaln其下属的ue位置集合标记为cn={pos
1,n
,...pos
m,n
}，每个节点下属的ue所占空口资源之和标记为ren，不同节点下的ue个数m不同；所有ue的空口资源之和标记为r
nc
，；步骤3.3：更新各个节点位置计算，，若更新计算结果在非部署区域外，则选择与更新计算结果距离最小的可部署区域位置，并按照步骤3.2方式重新迭代更新计算距离及资源，并更新每个节点的下属ue集合；步骤3.4：若更新后的节点位置不再变化，或者已达到最大更新迭代次数n
ite
，则判断每个节点的空口资源ren是否匹配节点能力，若节点能力可以满足，则记录nc个节点的位置，p
nc
={pos1，...，posnc}，及总资源大小r
nc
，然后转入步骤3.5；步骤3.5：nc取值加1，重复步骤3.1-3.4；步骤3.6：当nc达到最大值n
h
，判断是否所有p
nc
都为空；若不为空，则转入步骤4；若为空，则更新n
h
=n
h
+n
limit
，n
limit
为上限调节因子，典型设置为n
h
/2，继续nc取值加1，重复步骤3.1-3.4。3.根据权利要求2所述的部署无线接入节点的规划计算方法，其特征在于，
步骤3.2中，f1为。4.根据权利要求2所述的部署无线接入节点的规划计算方法，其特征在于，步骤3.2中的f2分解计算步骤包括：根据snr计算se，，为无线技术制式调节因子。5.根据权利要求1所述的部署无线接入节点的规划计算方法，其特征在于，方法还设置约束条件，具体包括：设置可部署的候选位置区域，其集合标记为pset；建立空口资源与频谱效率的映射模型，re=f1（tr，se，α）；某一载频f发射功率p条件下，频谱效率与距离的映射关系，se=f2(p，f，d，β)；标记终端为，表示第i种业务中的第j个用户，其中，共n
s
种电力业务，，第i种电力业务共有n
i
个终端用户；不同电力业务的加权权重为，不同电力终端的地理环境加权权重为；单个节点的资源能力为rc；标记各终端对应的电力业务速率需求为，则电力园区电力业务总的速率需求为。6.一种部署无线接入节点的规划计算系统，其特征在于，系统采用如权利要求1至5任意一项所述的部署无线接入节点的规划计算方法；系统包括：地图模块、业务终端数据管理模块、配置模块以及计算模块；地图模块，用于显示电力业务区域、电力业务终端的位置及用于部署无线节点的区域；根据计算模块的计算结果，显示无线节点部署的位置及服务的终端归属；业务终端数据管理模块，用于与电力业务管理平台对接，导入各个电力业务终端的电力数据；配置模块，用于配置用到的各个参数，以及配置f1、f2函数计算模型；计算模块，用于进行无线节点数量及部署位置的计算，并展示计算结果。7.根据权利要求6所述的部署无线接入节点的规划计算系统，其特征在于，电力数据包括各个业务终端的业务速率、业务类型对应的电力业务权重、业务终端地理位置，电力业务终端环境权重以及业务终端高度hr。8.根据权利要求6所述的部署无线接入节点的规划计算系统，其特征在于，参数包括：se
ini
、n
scale1
、n
scale2
、rc、n
ite
、n
limit
、终端信号带宽w、载频f、噪声系数nf、节点部署高度ht以及无线技术制式调节因子。9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运
行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述部署无线接入节点的规划计算方法的步骤。

技术总结

本发明提供一种部署无线接入节点的规划计算方法、系统及电子设备，涉及电力无线技术领域，方法包括估算初始节点数量以及固定的初始频谱效率，确定节点数量及粗略候选集范围，进行遍历计算；比较不同节点数量下的占用总资源大小：按照取值对应的各个节点位置为最终部署位置，得到各个节点部署位置集合，计算出最终节点数量与部署位置的关系。本发明能够在读取电力业务管理平台的数据后，进行自动化计算，避免了繁杂的人工计算，提升了效率。本发明还考虑了电力业务的特征，计及了电力业务优先级、电力业务终端环境差异，计算的结果更准确，提升了工程实施指导的可实现性。提升了工程实施指导的可实现性。提升了工程实施指导的可实现性。