卓先德，崔偉

（瀘州職業(yè)技術學院，四川瀘州646005）

移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點的挖掘方法

卓先德，崔偉

（瀘州職業(yè)技術學院，四川瀘州646005）

對移動通信網(wǎng)絡的位置群體節(jié)點進行了優(yōu)化定位和挖掘，優(yōu)化移動通信網(wǎng)絡的覆蓋度和可靠度，傳統(tǒng)的位置群體節(jié)點挖掘算法采用信息度增益控制挖掘算法，算法不能自主感知節(jié)點信息數(shù)據(jù)的變化，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實時傳遞和決策。提出基于位置群體節(jié)點信息融合和濾波控制的移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點的挖掘方法。構建移動通信網(wǎng)絡節(jié)點的分布模型和信道模型，采用多徑信道均衡設計實現(xiàn)位置群體節(jié)點信息融合，采用自適應濾波控制方法實現(xiàn)對通信節(jié)點挖掘的干擾抑制。仿真結果表明，采用該方法進行通信節(jié)點挖掘，信標定位準確，信號的覆蓋度較合理，實現(xiàn)了信道空間的合理高效利用，實現(xiàn)了信道均衡和干擾抑制，有效降低了通信的誤比特率。

移動通信網(wǎng)絡，位置群體節(jié)點，挖掘

0 引言

隨著人們對移動通信網(wǎng)絡的應用程度和需求不斷提高，人們對移動通信網(wǎng)絡信號的覆蓋度和可靠度提出了新的要求，為了實現(xiàn)有效的信息傳輸和通信，移動通信網(wǎng)絡正面向集成化、小型化和全面覆蓋化方向發(fā)展。各種移動通信設備必須數(shù)字化，并采用多址技術如時分多址（TDMA）技術實現(xiàn)信息快速、準確的通信，移動通信網(wǎng)絡是一種高容量高速率的分布式網(wǎng)絡，不同于傳統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，移動通信網(wǎng)絡節(jié)點準確定位和挖掘有利于改善移動通信網(wǎng)絡結構，提高移動通信網(wǎng)絡的QoS服務質(zhì)量，通過對移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點的優(yōu)化定位和挖掘，優(yōu)化移動通信網(wǎng)絡的覆蓋度和可靠度，研究移動通信網(wǎng)絡的位置群體節(jié)點挖掘方法，在改善移動通信質(zhì)量和性能方面具有重要意義，相關算法的研究受到了人們的重視［1］。

移動通信網(wǎng)絡是計算機網(wǎng)絡技術和信息處理技術高度發(fā)展和發(fā)達的體現(xiàn)，是集傳感器、網(wǎng)絡技術、通信技術、信號與信息處理技術于一體的一個綜合性學科，移動通信網(wǎng)絡是移動Ad Hoc網(wǎng)絡的一種特殊形態(tài)，節(jié)點分布具有很大的不確定性，在低信噪比和單接收節(jié)點調(diào)制中對移動通信網(wǎng)絡節(jié)點準確定位困難，無法有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的挖掘和傳輸［2］。移動通信網(wǎng)絡的節(jié)點定位和分布關系到整個移動通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的生存概率和傳輸性能，通過對網(wǎng)絡位置群體節(jié)點的挖掘提高通信性能，傳統(tǒng)方法中對移動通信網(wǎng)絡的位置群體節(jié)點挖掘方法主要采用的是神經(jīng)網(wǎng)絡自組織映射控制方法、模糊控制方法、自適應濾波算法和灰度相空間重構算法等［3］，其中，采用模糊控制方法實現(xiàn)對移動通信網(wǎng)絡的位置群體節(jié)點挖掘較為常用，文獻［4］提出一種基于FPGA的移動通信網(wǎng)絡節(jié)點自組織定位算法，采用粒子濾波算法實現(xiàn)位置群體節(jié)點的挖掘，在改善信道質(zhì)量上具有一定的效果，但是算法計算復雜度較高；文獻［5］提出一種基于直接序列擴頻的移動通信網(wǎng)絡垂直線列陣節(jié)點分布挖掘算法，重組多垂直線列陣的徑分量，實現(xiàn)信道均衡，但算法在通信陣列出現(xiàn)非線性分布時，誤比特率較高［6-9］。

1 移動通信網(wǎng)絡節(jié)點分布設計和信道模型

1.1 移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點分布設計

移動通信網(wǎng)絡是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的多個位置群體節(jié)點構成，對網(wǎng)絡系統(tǒng)的系統(tǒng)感知和位置群體節(jié)點挖掘，實現(xiàn)對移動通信信息的感知、采集和處理，移動通信網(wǎng)絡分布式位置群體節(jié)點分布模型如圖1所示。

圖中，M1，M2，…，MN為移動通信路由節(jié)點，在移動通信網(wǎng)絡系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)信息的收發(fā)傳遞，由于其處于不同位置，需要對其實現(xiàn)有效的挖掘和定位，監(jiān)測移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點工作性能，感知路由信息的處理效率，同時實現(xiàn)節(jié)點故障監(jiān)測，假設移動通信任務的資源需求競爭集CS（u），CS（u）中每個節(jié)點V維護兩個通信任務的資源信息：ID及接收點集Rev（u）。CS（u）分為已分配的資源集合R1（u）和R2（u），其中R1（u）表示移動通信系統(tǒng)中的資源集合，R2（u）表示資源隸屬的移動通信信道提供商。將移動通信網(wǎng)絡的位置群體節(jié)點所在的平面區(qū)域劃分為若干個邊長為K·的塊，對于每個結點w∈X，分配信道c給w，得到移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點的分布控制系統(tǒng)方程為：

其中，β∞為移動通信穩(wěn)態(tài)調(diào)度位置；βmax為直線列陣路徑的通信延時，tr為通信多徑信道的脈沖響應上升時間，ts為通信信道調(diào)節(jié)時間。

以離散多徑情況為例，移動通信信道接收信號可用下式描述：

其中，在移動通信網(wǎng)絡中，通信道的自適應調(diào)制脈沖響應可描述為：

1.2 信道模型設計和多徑信道均衡處理

在進行移動通信網(wǎng)絡節(jié)點分布設計基本構建的基礎上，為了實現(xiàn)節(jié)點挖掘和通信質(zhì)量的改善，需要進行信道模型設計，采用多徑信道均衡設計實現(xiàn)位置群體節(jié)點信息融合，又不能被其他網(wǎng)絡節(jié)點輻射的為輻射盲區(qū)。因此，在對移動通信網(wǎng)絡組網(wǎng)中，要有效利用網(wǎng)絡節(jié)點，實現(xiàn)資源分配最大化，移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點假設為Z，該節(jié)點的輻射或稱為覆蓋半徑為Rz，移動通信網(wǎng)絡節(jié)點采用最常用的馬爾科夫模型（0/1模型）：假設部署于點（xs，ys）的移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點s與位于平面（xp，yp）的任意路由節(jié)點p的信道均衡控制參數(shù)為d（s，p），所有節(jié)點有相同的通信覆蓋半徑Rs和相同的信道均衡半徑Rc，通信信道中的測量噪聲ui（k）∈Rp×1，節(jié)點挖掘的過程噪聲w（k）與ui（k）之間互相關，即通信信道模型表述為：

采用信息度增益控制挖掘算法，自主感知節(jié)點信息數(shù)據(jù)的變化，得到通信信道的量化噪聲qi（k）的方差滿足：

對接收陣元中的多徑分量進行調(diào)整，利用信息分配系數(shù)合理地在各通信信道之間的通信調(diào)頻信號進行分配，即：

通過上述分配方法補償移動通信網(wǎng)絡節(jié)點之間的系統(tǒng)功率衰減，由此實現(xiàn)信道均衡處理。

2 算法改進設計與實現(xiàn)

在上述進行移動通信網(wǎng)絡的節(jié)點分布設計和信道模型構建的基礎上，進行算法改進設計提高通信性能。傳統(tǒng)的算法采用信息度增益控制挖掘算法，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實時傳遞和決策。為了克服傳統(tǒng)方法的弊端，本文提出一種基于位置群體節(jié)點信息融合和濾波控制的移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點的挖掘方法。算法改進設計思路和實現(xiàn)方法描述如下。假設移動通信網(wǎng)絡的N個節(jié)點，位置群體節(jié)點均勻分布在監(jiān)測Ωη，支配節(jié)點u加入位置為ηn∈Ωη，n=1，2，…，N，定義節(jié)點密度來表征移動通信網(wǎng)絡位置群體分布節(jié)點的覆蓋度信息，為：

對移動通信網(wǎng)絡的已覆蓋節(jié)點進行數(shù)據(jù)融合傳遞，移動通信網(wǎng)絡網(wǎng)格中心節(jié)點收到的節(jié)點數(shù)據(jù)信息素為：

根據(jù)上述信道均衡處理結果，采用多徑信道均衡設計實現(xiàn)位置群體節(jié)點信息融合，在移動通信網(wǎng)絡中，各個通信節(jié)點之間通常具有不同的測量特性，如果通信節(jié)點P被k個移動通信網(wǎng)格覆蓋到，則稱點P被k覆蓋。在基于移動通信網(wǎng)絡的位置群體節(jié)點挖掘系統(tǒng)中，系統(tǒng)的節(jié)點定位問題轉(zhuǎn)化為融合濾波結構問題，移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點信息融合框圖如圖2所示。

圖2中，g代表移動通信網(wǎng)絡測度信息全局參數(shù)，λi（i=1，2，…，M，ma）是信息分配系數(shù)。假設t+1代的目標節(jié)點oi的參考節(jié)點數(shù)為L（L≥3），采用自適應濾波控制方法實現(xiàn)對通信節(jié)點挖掘的干擾抑制，假設移動通信網(wǎng)絡的位置群體節(jié)點各陣元h'i（t）* hi（-t）的旁瓣是非相干疊加的，掃頻帶寬為Ra，碼元寬度為Ta，Ta=1/Ra，則移動通信網(wǎng)絡垂直線列陣空間通信信道a（t）為：

每個移動通信網(wǎng)絡節(jié)點都有一個時鐘，每輪時間都能保持同步，干擾信號和噪聲頻譜被擴展后，采取hi（t）計算h'i（t），這里引入限幅噪聲，即使得x～最優(yōu)，假設t+1代的目標節(jié)點oi的參考節(jié)點數(shù)為L（L≥3），移動通信網(wǎng)絡測度信息為：

在移動通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)接收端，移動通信網(wǎng)絡中的多徑信道經(jīng)自適應濾波處理后，用與發(fā)端同步的調(diào)制信號進行相關解擴，得到節(jié)點干擾濾波后的輸出為：

在相關解擴器的作用下，對所有的移動通信網(wǎng)絡測度信息節(jié)點進行提取，恢復出所傳輸?shù)男畔（t），使用時間更新-誤差更新方程來預測時間tk+1時的定位誤差：

得到移動通信網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)據(jù)融合與濾波調(diào)制結果為：

通過上述處理，采用自適應濾波控制方法實現(xiàn)對通信節(jié)點挖掘的干擾抑制，實現(xiàn)算法改進，實現(xiàn)對移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點的挖掘和控制，最后把融合后的數(shù)據(jù)發(fā)送給節(jié)點K，進行節(jié)點數(shù)據(jù)監(jiān)測，提高移動通信性能。

3 仿真實驗與結果分析

為了測試本文算法在實現(xiàn)對移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點挖掘中的性能，進行仿真實驗。實驗的硬件系統(tǒng)平臺為：型號Dell 2210b，處理器為Intel Core2 Duo1.80 GHz，基于MATLAB平臺進行算法編程和數(shù)學建模及仿真實驗，選擇EVC軟件，即嵌入式集成開發(fā)工具。移動通信網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)設置為4 000個，分布在2 500 m×2 500 m的正方形區(qū)域中，移動通信信號選用2FSK寬頻帶信號，頻帶為2 kHz～10 kHz、時寬為4 ms，以BPSK作為調(diào)制方式，移動通信位置群體節(jié)點通信半徑為10 km，移動通信網(wǎng)絡節(jié)點通信輪次為100輪次，帶寬為1 Mb，采樣頻帶為2 kHz～10 kHz，通信信道的數(shù)據(jù)包大小為278 Bit，移動通信位置群體節(jié)點能量調(diào)度尺度范圍取0.95～1.05，時間采用間隔取0.000 7，干擾抑制信號Isyn為疊加了強度為-5 dB的白噪聲的正弦信號，根據(jù)上述仿真環(huán)境和參數(shù)設定，進行移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點挖掘仿真，得到移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點的挖掘分布結果如圖3所示。

從圖3可見，采用本文算法能準確實現(xiàn)對移動通信網(wǎng)絡的位置群體節(jié)點的優(yōu)化分布計算和挖掘，信標定位準確，信號的覆蓋度較合理，實現(xiàn)了信道空間的合理高效利用，為了對比算法性能，分析本文算法對移動通信網(wǎng)絡誤比特率（Bit Error Rate，BER）的改善性能，得到仿真結果如圖4所示，從圖可見，采用本文算法進行移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點優(yōu)化部署和挖掘后，實現(xiàn)了信道均衡和干擾抑制，有效降低了通信的誤比特率。

4 結論

通過對移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點的優(yōu)化定位和挖掘，優(yōu)化移動通信網(wǎng)絡的覆蓋度和可靠度，研究移動通信網(wǎng)絡的位置群體節(jié)點挖掘方法在改善移動通信質(zhì)量和性能方面具有重要意義，本文提出一種基于位置群體節(jié)點信息融合和濾波控制的移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點的挖掘方法。首先構建移動通信網(wǎng)絡節(jié)點的分布模型和信道模型，采用多徑信道均衡設計實現(xiàn)位置群體節(jié)點信息融合，采用自適應濾波控制方法實現(xiàn)對通信節(jié)點挖掘的干擾抑制，實現(xiàn)算法改進，仿真結果表明，采用本文算法能有效實現(xiàn)對移動通信網(wǎng)絡位置群體節(jié)點優(yōu)化部署和挖掘，改善通信質(zhì)量，降低誤碼率，實現(xiàn)信道均衡和抗干擾設計。

［1］朱彥松，竇桂琴.一種基于多維度信任的WSN安全數(shù)據(jù)融合方法［J］.武漢大學學報（理學版），2013，59（2）：193-197.

［2］段奇智，袁勇，張毅，等.天然氣管道遠程聲通信接收機系統(tǒng)設計方法研究［J］.計算機與數(shù)字工程，2013，41（11）：1835-1829.

［3］劉家亮，王海燕，姜喆，等.垂直線列陣結構對PTRM陣處理空間增益的影響［J］.魚雷技術，2010，18（4）：263-267.

［4］彭文杰，李岳衡，薛團結，等.復合衰落信道下分布式MIMO系統(tǒng)中斷概率及信道容量分析［J］.通信學報，2015，36（2）：221-229.

［5］楊波，王志潔.基于PTRM與DS技術通信均衡性能研究［J］.科技通報，2014，30（2）：212-214.

［6］楊石，王艷玲，王永利.云計算環(huán)境下基于蜜蜂覓食行為的任務負載均衡算法［J］.計算機應用，2015，35（4）：938-943.

［7］羅亮，吳文峻，張飛.面向云計算數(shù)據(jù)中心的能耗建模方法［J］.軟件學報，2014，25（7）：1371-1387.

［8］徐曉斌，張光衛(wèi)，孫其博，等.一種誤差可控傳輸均衡的WSN數(shù)據(jù)融合算法［J］.電子學報，2014，42（6）：1205-1209.

［9］王濤.基于51單片機的LED可見光通信系統(tǒng)［J］.電視技術，2013，37（9）：61-63.

Research on Mining Method of Mobile Communication Network Location Group Node

ZHUO Xian-de，CUI Wei
（Luzhou Vocational and Technical College，Luzhou 646005，China）

On the mobile communication network locations on the nodes of the optimum location and mining and optimization of mobile communication network coverage and reliability，traditional group position nodes mining algorithm using information gain control algorithm for mining，algorithm cannot be self aware node information data changes，unable to realize data real-time transmission and decision-making.A new method for the location of group nodes based on the information fusion of position group nodes and the control of mobile communication networks is proposed.Construction of mobile communication network node distribution model and channel model is constructed，the multipath channel equalization design and implementation of group position node information fusion by adaptive filtering control method to achieve the communication node mining interference suppression.Simulation results show that the use the method of the communication node mining，beacon positioning accuracy，signal coverage is reasonable，to achieve a reasonable and efficient use of space channel，the channel equalization and interference rejection，effectively reducing the bit error rate of the communication.

mobile communication network，location group node，mining

TN911

A

1002-0640（2017）01-0142-04

2015-10-05

2016-01-07

卓先德（1972-），男，四川敘永人，碩士，副教授。研究方向：IT專業(yè)開發(fā)、企業(yè)信息化應用、信息安全和多媒體技術應用。