[发明专利]权衡成本与信号强度的无线网络基站建站选址优化方法

权利要求书

1.一种权衡成本与信号强度的无线网络基站建站选址优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：假设测试点坐标集为宏基站坐标为(X^k,Y^k)，单价为P₁，建设个数为S₁，覆盖范围为A₁；微基站坐标为i表示第i个微基站，单价为P₂，建设个数为S₂，覆盖范围为A₂；

步骤2：权衡考虑成本与信号强度，建构具有混合整数变量的无线网络优化模型；

所述具有混合整数变量的无线网络优化模型为：

Min Price＝P₁S₁+P₂S₂ (1)

sum≤n； (5)

其中，j为测试点编号；Min Price表示成本优化函数，Max Cov表示信号覆盖率优化函数，sum代表在某宏基站覆盖范围内的信号测试点个数，n为测试点总个数，k为宏基站编号，i为微基站编号；目标函数(1)为成本的优化函数；目标函数(2)为信号覆盖率的优化函数；约束条件(3)表示属于某类的测试点离宏基站坐标点的距离小于覆盖范围；约束条件(4)表示属于某类的微基站地址处于属于该宏基站的范围内，保证每个微基站对应一个宏基站；约束条件(5)保证被覆盖的测试点数sum小于等于总测试点个数n；约束条件(6)确保信号覆盖率的最低要求需要在≥N％，N为预设阈值；

步骤3：利用所述具有混合整数变量的无线网络优化模型，使用模糊C-均值聚类算法进行宏基站选址；

步骤3的具体实现包括以下子步骤：

步骤3.1：随机指定每个数据节点到各个簇的隶属度，表示成隶属度矩阵，隶属度矩阵大小为聚类数×测试点个数；其中数据节点为信号测试点，簇为宏基站的聚类类别；

在模糊C-均值算法中每个数据节点都存在隶属每一个类的隶属度，并且每个数据节点到所有类中心的隶属度和等于1；

隶属度计算公式为：

其中，n为测试点总个数；所有的u_ij构成一个隶属度矩阵u，其中隶属度矩阵的大小为S₁行n列；

步骤3.2：根据隶属度计算每一个聚类的质心，所述质心为宏基站坐标点；

通过计算所有测试点到每个簇中心点的距离，保留最小的距离，从而根据宏基站的信号覆盖半径，筛选出不在宏基站信号覆盖范围内的测试点的个数和其位置坐标；同时，使用最小距离来判断测试点是否在宏基站覆盖边缘区域内，记录边界点的坐标和个数；

计算距离采用的是笛卡尔距离公式；假设测试点坐标为其中下标j代表第几个测试点；令簇聚类中心坐标为(X^k，Y^k)，利用以下公式(8)计算测试点离每个簇聚类中心距离：

步骤3.3：更新隶属度矩阵；

更新隶属度矩阵u中的元素u_ij是透过以下公式(9)：

其中c_i是聚类的质心，隶属度m为加权指数，d_ij＝||c_i-x_j||为笛卡尔距离，质心c_i满足以下公式(10)：

其中n为测试点总个数；

步骤3.4：重复步骤3.2和步骤3.3，直到所有隶属度变化的绝对值都低于所设定的阈值；

步骤3.5：输出聚类中心点，即宏基站坐标点；

步骤4：利用所述具有混合整数变量的无线网络优化模型，使用K均值聚类算法进行初始微基站选址；

步骤4的具体实现包括以下子步骤：

步骤4.1：随机选取S₂个中心点；其中，中心点即是初始微基站坐标点；

步骤4.2：遍历所有数据节点，将每个结点划分到最近的中心点的覆盖范围内；其中，数据节点是由模糊C-均值算法筛选出的边缘信号测试点points和噪点noise；噪点noise为不在宏基站覆盖范围内的信号测试点；

步骤4.3：计算每个聚类的平均值，并将其作为新的中心点；

步骤4.4：重复步骤4.2和步骤4.3，直到这S₂个中心点坐标不再变化；

步骤4.5：输出聚类中心点和信号测试点类别；

步骤5：对微基站坐标进行微调，移动坐标在宏基站覆盖范围外的点，保持边界点全覆盖和噪点覆盖率大于预设值；其中，所述噪点为不在宏基站覆盖范围内的信号测试点；

步骤5的具体实现包括以下子步骤：

步骤5.1：计算所有初始微基站离各个宏基站的距离，保留最小值；

若最小值在宏基站覆盖半径内，则无需调整位置，本流程结束；

否则记录下该初始微基站坐标和隶属于哪个宏基站，以及原有聚类类别；

步骤5.2：构造各个宏基站覆盖半径的圆的函数表达式，以及将微基站与所隶属的宏基站做线性函数表达式；

步骤5.3：计算两个函数的解，交点取距离较小的点作为假设微基站坐标点；

步骤5.4：计算假设微基站坐标点与该类的所有测试点的距离，若有一个测试点满足在覆盖半径内，则保留该假设微基站坐标点；否则，放弃建设该假设微基站；

步骤5.5：输出最终的微基站建站基址。