基于5g的分布式节点与基站通信效能优化方法
技术领域
1.本技术涉及通信技术领域，具体涉及基于5g的分布式节点与基站通信效能优化方法。
背景技术：2.随着信息技术的发展和进步，5g给人们的生活带来了极大的便利，5g通信让世界变得更加智慧，在5g技术中，对于分布式节点与基站之间的通信效能优化方法设计是5g快速通信的基础，出租车是人们出行中常用的交通工具，然而，出租车的使用存在较多弊端，时常发生事故，造成重大的危害和影响。
3.出租车在实际使用时，需要对其进行有效的管控，本发明以滴滴-出租车为设计场景，采集出租车的车速、出租车的路径信息、出租车的姿态、车里面的声音信息，以全市出租车为收发信息的分布式节点，出租车在运动过程中会遇见信号较弱以及基站覆盖重叠的地区，同一临近地区出租车过多以及其它干扰，导致节点向基站的传送信息产生较大的网络负荷。
技术实现要素：4.针对上述问题，本发明提出了基于5g的分布式节点与基站通信效能优化方法，该方法包括以下步骤：步骤s1：采集节点信息，基于rssi确定信号强度，分析干扰函数，确定节点与基站之间整体通信损耗；步骤s2：确定最佳整体通信效能，根据节点运动路径，训练tcn对下一时刻的最佳通信效能进行预测；步骤s3：基于tcn预测的节点与基站的整体通信效能确定节点的状态。
5.有益效果：本发明通过tcn预测的出租车节点与基站的整体通信效能确定节点的状态，信号强度等级与节点的路径信息链接起来，节点运动到这个位置，节点能感受到此地点的信号等级强度，并且迅速确定信号强度，以便及时做出相应的调整，有效降低了节点向基站传送信息时的网络负荷，有利于优化出租车的管控，降低事故发生的可能性。
附图说明
6.图1是本发明提供的基于5g的分布式节点与基站通信效能优化方法的流程图。
具体实施方式
7.为了让本领域技术人员更好的理解本发明，下面结合实施例和附图对本发明展开描述，参见图1。
8.为了实现本发明所述内容，本发明设计了基于5g的分布式节点与基站通信效能优
化方法，包括以下步骤：步骤s1：采集节点信息，基于rssi确定信号强度，分析干扰函数，确定节点与基站之间整体通信损耗；采集全市所有出租车的车速、路径、姿态信息，所有出租车接入北斗导航，用于采集出租车的实时车速，出租车的车速可以判断出租车是否超速以及是否不正常停车。出租车的车速超过所限定的车速以及不正常停车，都可使乘客危险增加。
9.所有出租车接入北斗导航，判断出租车是否偏离设计好的路径，出租车偏离既定路线，也可使乘客的危险增加，尤其是开往基站信号弱、地处偏远的地区。
10.在所有出租车加装车门传感器，用于感应出租车车门的开关状态，乘客在乘坐出租车时，车门的不正常开关，会使乘客安全系数降低。
11.在车内安装录音系统，记录乘客和司机的对话，并将信号打包发送基站与终端。
12.对于上面采集到的所有信息，转化为对应的电磁波，并且将信息打包并传输给基站。把每辆汽车看成一个节点，全市所有车辆组成分布式节点并且向基站传输通信。
13.rssi为通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离，进而根据相应数据进行定位计算的一种定位技术。
14.基于rssi确定基站和节点的信号强度，在每辆出租车节点安装rssi用于检测节点的收发信号强度，记录一段时间内节点输出信号强度，某一时间内向节点输入的信号强度，n是基站覆盖范围内的节点数量。
15.确定基站周围的信号强度等级，基站安装位置固定，由于障碍物等其它原因的影响，基站周围不同区域的信号强度是不相同的，k-means为k均值聚类算法，通过计算不同样本间的距离，进而判断他们的相近关系，基于k-means划分基站周围的信号强度等级，分为六个等级，，rank1信号最强，以此类推rank6信号最弱。划分等级的方式根据基站周围环境参数让操作人员来进行确定。
16.运用北斗系统每隔相同时间统计在相似区域的车辆数量以及车辆之间的距离，车辆节点数量越多以及节点距离越近，出租车节点向基站输送信息受到的干扰越大。
17.给出节点i向基站传输信号时的干扰函数，x是节点i以半径r的圆内节点的数量，根据北斗系统来确定其数量。此式说明节点i周围的节点数量越多，对节点i造成的干扰越强。
18.计算基站向节点通信的干扰函数，是基站向节点通信时的节点周围的节点数量。
19.对用干扰函数计算出的值进行归一化处理，使其值域位于[0，1]，越接近于1，节点收到的干扰越强。
[0020]
对于其它节点都进行上述操作，确定某一时刻所有节点的干扰。
[0021]
基于基站和节点的距离确定分布式节点和基站的通信路径损耗，分布式节点与基站之间距离越远，节点与基站之间通信损耗越高。由于此发明中，基站是固定的，分布式节
点都是运动的，因此节点与基站通信损耗在时刻进行着变化。基于北斗系统采集基站和各个节点的直线距离，n是在这个基站范围区域内的节点数量。
[0022]
计算节点与基站之间通信损耗，式中k是损耗激励常数，是5g基站频点，c是电磁波传送速度即光速，是节点与基站通信时穿越建筑物和车外壳等其他障碍物时造成的损耗，通常可以根据基站频点查阅出由这些障碍物造成的损耗数值。
[0023]
计算基站向节点通信时的通信路径损耗，，对每个节点都计算通信路径损耗，确定某一时刻节点与基站通信的损耗，对节点与基站的通信损耗数值进行归一化处理，使其值域位于[0，1]，越接近于1，节点与基站通信之间的损耗越强。
[0024]
步骤s2：确定最佳整体通信效能，根据节点运动路径，训练tcn对下一时刻的最佳通信效能进行预测；分析分布式节点与基站之间整体通信效能，基于分布式节点某一时刻的基站信号强度等级以及干扰函数以及通信损耗确定节点与基站之间整体通信效能，的计算方法如下：式中，是节点向基站通信时的信号强度、是基站向节点通信的信号强度。、是节点i的干扰函数，、是节点与基站之间通信的路径损耗。
[0025]
对所有分布式节点都进行某一时刻整体通信效能，整体通信效能的值越大，说明某一时刻节点与基站之间通信质量越好。对计算出的u进行归一化处理，使其值域位于[0，1]。
[0026]
至此，评价出了节点与基站之间的整体通信效能。
[0027]
由于本发明中分布式节点大部分时间都是在运动中，基站是固定在某一位置的，首先要确定节点与基站通信的最佳通信效能。
[0028]
5g基站的频点很高，同时5g信号穿透力较差，通常覆盖区域是几百米，因此，5g基站的布置数量很多，造成基站的覆盖有很多重叠区域。
[0029]
基于第一节中分析出的节点与基站之间整体通信效能确定5g基站在重复覆盖区域最佳整体通信效能。
[0030]
在重叠区域，得到某一时刻节点i与三个基站的整体通信效能，选取其中最大值作为最佳通信效能。
[0031]
在没有重叠区域，选取唯一整体通信效能作为最佳通信效能。
[0032]
第一节中，北斗系统给节点选取了最佳运动轨迹，节点按照运动轨迹，每向基站收
发一次信息都得到一个整体通信效能，在n次通信中得到。
[0033]
本发明中，节点的运动轨迹是固定的，但是节点在运动中碰到其它节点是随机的，因此，采用tcn根据历史数据进行下次整体通信效能预测。
[0034]
确定某次通信节点i与基站通信的可靠链路质量m，m的计算方法如下：式中，是某次节点i与基站通信的干扰函数，是其通信路径损耗，可靠链路质量的值越大，说明这次节点与基站的通信越发可靠。
[0035]
记录节点与基站的n次通信的可靠链路质量。对可靠链路质量做归一化处理并且相加和为1，得到补偿因子c。
[0036]
训练tcn网络，tcn为时域卷积网络，由具有相同输入和输出长度的扩张的、因果的1d卷积层组成，将上面得到的节点与基站n次通信的历史数据的前一部分作为特征序列输入到tcn中，并将序列的下一个值作为标签，使tcn能够学习当前的序列模式下一个预测值，重复进行训练。
[0037]
再用tcn训练时损失函数loss是均方差，补偿因子。
[0038]
计算损失函数loss，，式中i是节点与基站第i次通信。
[0039]
此处loss采用补偿因子的目的是，可靠链路质量是描述节点与基站通信的质量的重要参数，因此选用可靠链路质量作为损失函数的补偿因子，使得tcn在预测中无线接近于实际值。
[0040]
步骤s3：基于tcn预测的节点与基站的整体通信效能确定节点的状态；根据基站的安装位置，测量范围内各个路段的信号强度，最后转化为信号强度等级，对所有基站重复此步骤。把信号强度等级与节点的路径信息链接起来，节点运动到这个位置，节点能感受到此地点的信号等级强度，并且迅速确定信号强度。
[0041]
对于信号较差偏僻的地区，出租车节点的位置应发送到工作人员工作端，以便及时做出相应的调整。
技术特征：1.基于5g的分布式节点与基站通信效能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1：采集节点信息，基于rssi确定信号强度，分析干扰函数，确定节点与基站之间整体通信损耗；步骤s2：确定最佳整体通信效能，根据节点运动路径，训练tcn对下一时刻的最佳通信效能进行预测；步骤s3：基于tcn预测的节点与基站的整体通信效能确定节点的状态。2.根据权利要求1所述的基于5g的分布式节点与基站通信效能优化方法，其特征在于，所述步骤s1用于采集全市所有出租车的车速、路径和姿态信息，将出租车接入北斗导航，采集出租车的实时车速和路径偏离信息，通过车门传感器和录音系统，采集车门开关情况和车内对话，将采集到的信息转化为对应的电磁波，并且将信息打包并传输给基站。3.根据权利要求2所述的基于5g的分布式节点与基站通信效能优化方法，其特征在于，所述基站和节点信号强弱的判断方法如下：1）在每辆出租车上节点安装rssi，记录一段时间内节点输出信号强度和某一时间内向节点输入的信号强度；2）确定基站周围的信号强度等级，基于k-means划分基站周围的信号强度等级；3）运用北斗系统每隔相同时间统计在相似区域的车辆数量以及车辆之间的距离，计算出租车节点向基站输送信息受到的干扰；4）基于基站和节点的距离确定分布式节点和基站的通信路径损耗。4.根据权利要求3所述的基于5g的分布式节点与基站通信效能优化方法，其特征在于，所述出租车节点向基站输送信息受到干扰的计算方法如下：a）计算节点i向基站传输信号时的干扰函数，式中x是节点i以半径r的圆内节点的数量；b）计算基站向节点通信的干扰函数，式中是基站向节点通信时的节点周围的节点数量。5.根据权利要求4所述的基于5g的分布式节点与基站通信效能优化方法，其特征在于，所述分布式节点和基站的通信路径损耗判断的步骤如下：a）计算节点与基站之间通信损耗，的计算方法如下：式中，k是损耗激励常数，是5g基站频点，c是电磁波传送速度即光速，是节点与基站通信时穿越建筑物和车外壳等其他障碍物时造成的损耗；b）计算基站向节点通信时的通信路径损耗，的计算方法如下；；
c）对每个节点都计算通信路径损耗，确定某一时刻节点与基站通信的损耗，对节点与基站的通信损耗数值进行归一化处理，使其值域位于[0，1]。6.根据权利要求5所述的基于5g的分布式节点与基站通信效能优化方法，其特征在于，所述步骤s2用于分析分布式节点与基站之间整体通信效能，并且训练tcn对下一时刻的最佳通信效能进行预测，根据分布式节点某一时刻的基站信号强度等级以及干扰函数以及通信损耗确定节点与基站之间整体通信效能，的计算方法如下：式中，是节点向基站通信时的信号强度，是基站向节点通信的信号强度。7.根据权利要求6所述的基于5g的分布式节点与基站通信效能优化方法，其特征在于，所述tcn根据历史数据进行下次整体通信效能预测的方法如下：ⅰ）确定通信节点i与基站通信的可靠链路质量m，m的计算方法如下：式中，是某次节点i与基站通信的干扰函数，是其通信路径损耗；ⅱ）记录节点与基站的n次通信的可靠链路质量，对可靠链路质量做归一化处理并且相加和为1，得到补偿因子c；ⅲ）训练tcn网络，将节点与基站n次通信的历史数据的前一部分作为特征序列输入到tcn中，并将序列的下一个值作为标签，使tcn能够学习当前的序列模式下一个预测值；ⅳ）计算损失函数loss，loss的计算方法如下：式中，i是节点与基站第i次通信。8.根据权利要求7所述的基于5g的分布式节点与基站通信效能优化方法，其特征在于，所述步骤s3用于确定节点的状态，根据基站的安装位置，测量范围内各个路段的信号强度，将所述信号强度转化为信号强度等级，将信号强度等级与节点的路径信息链接，迅速确定信号强度。
技术总结本发明基于5G的分布式节点与基站通信效能优化方法，包括以下步骤：步骤S1：采集节点信息，基于RSSI确定信号强度，分析干扰函数，确定节点与基站之间整体通信损耗；步骤S2：确定最佳整体通信效能，根据节点运动路径，训练TCN对下一时刻的最佳通信效能进行预测；步骤S3：基于TCN预测的节点与基站的整体通信效能确定节点的状态。本发明通过TCN预测的出租车节点与基站的整体通信效能确定节点的状态，信号强度等级与节点的路径信息链接起来，有效降低了节点向基站传送信息时的网络负荷，有利于优化出租车的管控，降低事故发生的可能性。降低事故发生的可能性。降低事故发生的可能性。
技术研发人员：邓梦璨 刘春来 刘军 韩留斌
受保护的技术使用者：深圳市佳贤通信设备有限公司
技术研发日：2022.05.31
技术公布日：2022/7/5
