[发明专利]一种基于最大度优先染色算法的物理小区识别分配方法

权利要求书

1.一种基于最大度优先染色算法的物理小区识别分配方法，其特征在于步骤如下：

步骤1，构建宏蜂窝网络和小蜂窝网络的部署模型；

采用Wrap-Around模型来模拟宏蜂窝网络的部署，即将蜂窝网络小区的覆盖范围建模成一个固定长度的正六边形，并将无数多个正六边形嵌入到一个有限大小的圆形平面上；

采用满足以下两个条件的齐次泊松点过程模型来对小蜂窝网络基站的部署进行仿真和模拟，其中条件a为假设在空间中选择一个欧氏空间区域B，该区域满足有界性；那么处于区域B内的点的个数N(B)则服从泊松分布，且均值为λν_d(B)；其中λ0，ν_d(B)代表区域B的面积；即对于变量N(B)有，在区域B内出现s个点的概率P(N(B)＝s)的计算如公式所示；条件b为在空间中随机选择一系列互不相交的有界区域B₁,B₂,…,B_n，那么在这些区域中的点的个数相互独立，即变量N(B₁),N(B₂),…,N(B_n)之间相互独立；

小蜂窝基站的覆盖范围采用Voronoi模型；

步骤2，完成步骤1中对蜂窝网络基站的部署模型建模后，根据步骤1得到的部署模型建立蜂窝网络基站的PCI分配模型；

将蜂窝网络场景下的PCI分配过程通过图形化的方式进行抽象，将蜂窝网络拓扑结构建模成连通图，用G＝(V,E)表示，其中顶点集V表示需要进行PCI分配的蜂窝基站，边集E则表示基站之间存在的邻区关系；如果连通图中的两个顶点间有边集连线存在，则表示蜂窝网络中相应的两个蜂窝基站间存在邻区关系，需要被分配不同的PCI，从而避免PCI冲突和混淆的发生；

因此，将PCI的动态分配问题转化为给定一个无向连通图和有限的颜色种类数，对连通图中的每个顶点进行染色，其中具有邻区关系的两个顶点需要被染成不同的颜色；将连通图中的各个顶点不仅与其邻区顶点相连，而且与其邻区顶点的邻区顶点相连；

完成图形化建模后，PCI的分配过程被抽象为连通图的顶点着色问题；即给定一个无向连通图G＝(V,E)和c种不同的颜色，用c种颜色对无向连通图的顶点进行染色，每个顶点只能着一种颜色；该过程的最终目标是找到一种着色方法使得图G＝(V,E)中任意相邻的两个顶点着不同的颜色；

步骤3，完成PCI分配模型的建立后，为了提升PCI分配的效率，需要确定和划分热点地区，以便在不同的热点地区中对蜂窝网络基站有针对性地分配PCI；

采用K均值聚类算法对用户的移动数据进行聚类处理，用户的移动数据点被划分为不同的类簇，每一个类簇表示一个热点地区；K-means聚类算法核心思想是首先随机选取初始聚类中心，然后计算每个样本点到初始聚类中心的欧氏距离，按照距离最近的准则将它们分配给相似度最大的聚类中心所代表的类；最后计算每个类簇所有样本点的均值，更新聚类中心，直到目标准则函数收敛为止；

步骤4，完成蜂窝网络基站的部署模型建立和热点地区的确定后，根据不同热点地区下的蜂窝网络基站部署模型对异构蜂窝网络的拓扑结构进行图形化建模；

给定无向连通图G＝(V,E)，其中顶点集V＝(v₁,v₂,…,v_n)，边集E＝(e₁,e₂,…,e_n)；任意一个顶点v的度为图G中顶点v所关联的边的个数，记为ΔG；根据图论染色算法的理论得知，当ΔG+1≤c时，一定存在一种染色算法使得G＝(V,E)中任意两个相邻的顶点着不同的颜色；

在进行图着色算法前，需要根据蜂窝网络的基站部署情况来获取表示基站邻区关系的无向连通图G＝(V,E)；设蜂窝网络中的网络基站集合为BS＝{bs₁,bs₂,…,bs_n}，其中n表示基站的数量，假设基站bs_i为该场景下的网络用户us_i，根据信噪比公式(2)计算得到用户us_i到该场景下其他基站bs_j的信号与干扰加噪声比，从而得到SINR_ij；如果得到的SINR_ij≥SINR_threshold，表示基站bs_i和bs_j之间存在邻区关系，其中SINR_threshold表示的是LTE系统允许接入基站的最小SINR值；

其中σ表示背景噪声，M为蜂窝网络场景下所有的蜂窝基站数量，表示用户u接收到来自蜂窝基站m的第k个子信道的载波信号强度；其中接收信号强度的计算公式如公式(3)所示：

其中表示蜂窝基站m第k个子信道上的载波功率，A_add表示收发端的天线增益，δ_m,u表示载波频率为2.0GHz下的路径损耗，ζ_m,u则代表蜂窝网络基站m和用户u之间的阴影衰落；路径损耗δ_m,u计算公式如公式(4)所示：

δ_m,u＝140.7+37.6·log₁₀(d_m,u) (4),

其中d_m,u表示蜂窝基站m和用户u之间的距离，单位为千米；蜂窝网络基站m和用户u之间的阴影衰落ζ_m,u服从均值为0，标准差为背景噪声值σ的对数分布，ζ_m,u的计算公式如公式(5)所示：

ζ_m,u＝log₁₀(0,σ²) (5)

计算得到两个基站在无向连通图中的顶点之间存在边集关系后，表示边集集合中的元素e_ij＝1，说明顶点i和顶点j在进行染色时需要着不同的颜色，从而避免蜂窝基站bs_i和bs_j发生PCI冲突和混淆；为了进一步减少PCI混淆，对于边集关系集合中的元素，如果存在e_ij＝1和e_jk＝1，则有e_ik＝1，表明基站bs_i和基站bs_k存在二级邻区关系，在进行顶点染色时需要着不同的颜色；

步骤5，构建了蜂窝网络基站的无相连通图后，使用最大度优先染色算法对建模的连通图进行着色，具体如下：

步骤5.1，首先计算顶点集V中各个顶点的度数并对所有顶点进行从大到小排序，并对不同的顶点标明不同的序号以区分；

步骤5.2，将可使用的颜色存储在集合C中，并对不同种类的颜色标明不同的序号以区分；

步骤5.3，顶点集V中的第一个未染色顶点v用C中第一个未对顶点染色过的颜色c₁着色；

步骤5.4，遍历有序顶点集合V的其他未染色顶点，并且将相同的颜色分配给不相邻的未染色顶点；

步骤5.5：迭代地应用步骤5.3和5.4，直到所有顶点都已着色。