复杂山地环境通信站优化布点方法研究

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中国拥有丰富的山地资源,在这类环境下进行军事作战通信、民用应急通信、地质灾害监控等工作就显得十分必要。无线通信凭借其组网灵活、扩展性强、时效性高等优点已经成为在这类环境下通信的主要手段。但是目前缺少对这类信道特性的较为系统的科学研究,造成了在实际应用场景下快速建立有效和可靠连接的困难,制约了山地环境下无线通信的发展。鉴于山地环境的复杂性,植被的类型、地势的起伏、通信站的布点位置等都会对无线电波的传播有一定的影响,其中,如何在复杂的山地环境中选择合适的通信站位置,是山地通信中的难点问题。所以,本文开展复杂山地环境通信站布点方法的研究,旨在选择合适的通信站布点方案,实现设置的站点个数最少、覆盖面积最大、通信站间干扰最小等通信目标。本文的研究内容主要包括:第一部分是针对目前缺乏山地无线传输性能经验数据的问题,本文将山地环境划分成中纬度高海拔大起伏无植被山地、中纬度中海拔中起伏阔叶林山地和中纬度低海拔中起伏灌木山地三类典型的山地环境,然后利用Wireless Insite软件进行了典型山地环境下的无线信道传输仿真。仿真得到大量的经验数据,通过数据拟合得到这些环境下传输路径损耗与收发机之间的距离之间的数学关系,建立了相应环境下的无线信道传播模型,最终形成经验数据集,为后续的布点选址提供传播模型支撑。第二部分是针对两种优化情况,结合山地环境下布点选址优化的目标,建立了两个通信站点优化布点的数学模型。两种优化情况包括:一是在通信站数量不限的情况下,提供最少通信站可以覆盖所有测试点的布点方案;另一个是在通信站数量确定的情况下,提供可以覆盖最多测试点的布点方案。第三部分是开展了求解优化布点数学模型的算法研究了,提出了GD-MOPSO算法。该算法的设计是基于网格思想,利用支配累加策略和最短网格距离相结合的方式来选择领导者,目的是为了获得更好的Pareto解,跳出局部最优,加快算法后期的收敛速度。最后通过与其他进行性能对比,说明了算法的有效性。最后是针对三种典型山地环境,结合构建的经验数据集,用GD-MOPSO算法对两个优化布点数学模型进行求解,最终得到的结果即是满足条件的布点方案。与其他算法的求解结果做了对比,再次证明了用本文方法选出的布点方案更具有效性与实用性。
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