一种基于空闲度的灯杆基站选择接入方法及系统与流程

本发明属于智慧灯杆技术领域，特别是涉和一种基于空闲度的灯杆基站选择接入方法及系统。

背景技术：

目前5g通信正在进入商用阶段。由于5g基站信号的覆盖范围小，因此需要配备较多5g基站以实现信号覆盖。考虑到在城市中建立密集的5g基站塔存在占地面积大、选址困难等问题，公开号为cn109890102a的中国专利提出一种基于5g的智慧路灯和其云控平台系统，公开号为206036851u的中国专利提出一种通信基站型智慧路灯，公开号为cn209355058u的中国专利提出一种与微基站结合的路灯和路灯式基站分布系统，其解决方案都是在已经建成的路灯或灯杆系统中搭载基站以实现信号覆盖。

上述智慧路灯方案，通常需要在区域内足够多的灯杆上安装通信基站以保证区域信号的覆盖效果，区域内的移动终端可能同时被多个灯杆基站覆盖。区域内不同位置灯杆基站的空闲程度不同，若终端接入空闲度低的灯杆基站，而不选择空闲度高的灯杆基站，会造成区域内基站的负载不均衡。

目前还没有基于空闲度选择合适灯杆基站的供终端接入的技术方案。为此提出一种基于空闲度的灯杆基站选择接入方法及系统。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出一种基于空闲度的灯杆基站选择接入方法及系统。

本发明依托已有的灯杆系统和基站系统，考虑区域内灯杆基站的功率输出量、空闲度和信号强度，为区域内终端选择适合接入的灯杆基站。

本发明的基于空闲度的灯杆基站选择接入方法，包括以下步骤：

确定终端可接入的灯杆基站；

计算终端位置并根据终端位置划分子区域；

获取子区域的属性信息和灯杆分布信息；

根据子区域的属性信息和灯杆分布信息计算子区域的灯杆密度；

获取可接入灯杆基站的功率输出量；

根据子区域的灯杆密度和可接入灯杆基站的功率输出量计算可接入灯杆基站的空闲度；

获取终端接收各可接入灯杆基站的信号强度；

根据可接入灯杆基站的空闲度和终端接收可接入灯杆基站的信号强度计算可接入灯杆基站的接入匹配度；

选择接入匹配度最大的灯杆基站作为终端要接入的灯杆基站。

优选地，所述确定终端可接入的灯杆基站并计算终端位置，包括：

基站控制器接收灯杆基站转发的终端接入请求；

将转发终端接入请求的灯杆基站作为可接入的灯杆基站，将可接入的灯杆基站编号为i。

优选地，所述计算终端位置并根据终端位置划分子区域，包括：

根据基站定位方法计算终端的位置；

根据可接入的灯杆基站的位置确定区域；

以终端位置为基准点，将区域按照单位面积划分或按照功能区块划分或按照道路区域划分为w个子区域，将子区域编号为j，1≤j≤w。

优选地，所述子区域的属性信息是子区域的面积，所述灯杆分布信息是灯杆分布位置和灯杆基站数量。

优选地，所述根据子区域的属性信息和灯杆分布信息计算子区域的灯杆密度，包括：

子区域内的可接入灯杆基站数量记为nj，子区域面积记为rj，其中j是子区域的编号；

根据子区域内的可接入灯杆基站数量nj和子区域面积rj计算子区域的灯杆密度，记为oj。

进一步优选地，根据子区域内的灯杆基站数量nj和子区域面积rj计算子区域的灯杆密度其中z是事先设置的计算系数(计算系数根据灯杆基站数量与区域面积对空闲度的综合影响程度进行设置)。

优选地，所述获取可接入灯杆基站的功率输出量，包括：

按照采样时间间隔获取子区域内可接入灯杆基站在时间段t内的功率输出值，时间段t事先设置；所述功率输出值是终端负载量或功率值的任一项；

对获取的功率输出值进行峰谷加权平均运算，得到可接入灯杆基站的功率输出量，记为pij，其中ij表示子区域j内的可接入灯杆基站i。

优选地，所述根据子区域的灯杆密度和可接入灯杆基站的功率输出量计算可接入灯杆基站的空闲度，包括：

子区域的灯杆密度记为oj，子区域内可接入灯杆基站的功率输出量记为pij，其中j是各子区域的编号，ij表示子区域j内的可接入灯杆基站i；

根据子区域的灯杆密度oj和子区域内可接入灯杆基站的功率输出量pij计算子区域内灯杆基站的空闲度，记为ui。

进一步优选地，根据子区域的灯杆密度oj和子区域内各灯杆基站时间段t内的功率输出量pij计算子区域内灯杆基站的空闲度其中k是事先设置的计算系数(计算系数根据灯杆密度与功率输出量对空闲度的综合影响程度进行设置)。

优选地，所述根据可接入灯杆基站的空闲度和终端接收可接入灯杆基站的信号强度计算可接入灯杆基站的接入匹配度，包括：

终端接收可接入灯杆基站的信号强度记为si；可接入灯杆基站的空闲度记为ui，其中i是可接入灯杆基站的编号；

根据可接入灯杆基站的空闲度si和终端接收可接入灯杆基站的信号强度ui计算可接入灯杆基站的接入匹配度，记为vi。

进一步优选地，所述计算可接入灯杆基站的接入匹配度vi＝c·si·ui，其中c是事先设置的计算系数(计算系数根据空闲度与信号强度对终端接入的综合影响程度进行设置)，或者所述计算可接入灯杆基站的接入匹配度vi＝g1·si+g2·ui，其中g1和g2是事先设置的加权系数(加权系数根据空闲度与信号强度对终端接入的不同影响程度进行设置)。

一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序使计算机执行上述方法。

一种基于空闲度的灯杆基站选择接入系统，其特征在于包括：

终端；

灯杆；

基站控制器；

处理器；

存储器；

以及

一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在存储器中，并且被配置成由所述处理器执行，所述程序使计算机执行上述的方法。

本发明的方法及系统具有的优点是：

(1)将选定区域按照一定规则划分为多个子区域并计算子区域内灯杆基站的分布密度，可以有效识别区域内灯杆基站的分布情况。

(2)通过计算终端附近一定范围内的灯杆基站所在子区域的灯杆密度和灯杆基站的功率输出量计算灯杆的空闲度，可以有效评判不同灯杆密度区域内各灯杆基站的空闲情况，优先选择空闲度较大的灯杆基站作为终端所要接入的基站，有效提高空闲灯杆的利用率。

(3)通过获取终端接收各灯杆基站的信号强度和灯杆空闲度计算接入匹配度，优先选择信号强度大且空闲的灯杆基站作为终端所要接入的基站，既可以保证终端的良好通信状况，又有助于实现区域内灯杆基站的负载均衡。

附图说明

图1是本发明实施例一的基于空闲度的灯杆基站选择接入方法流程图；

图2是图1中步骤s01的具体步骤流程图；

图3是图1中步骤s02的具体步骤流程图；

图4是本发明实施例的区域内子区域划分和灯杆基站分布示意图；

图5是图1中步骤s04的具体步骤流程图；

图6是图1中步骤s05的具体步骤流程图；

图7是图1中步骤s06的具体步骤流程图；

图8是图1中步骤s08的具体步骤流程图；

图9是本发明实施例三的基于空闲度的灯杆基站选择接入系统的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明优选实施例作详细说明。

本发明实施例依托已有的灯杆系统和基站系统，考虑区域内灯杆基站的功率输出量、空闲度和信号强度，为区域内终端选择适合接入的灯杆基站。

本发明实施例一的基于空闲度的灯杆基站选择接入方法，如图1所示，按如下步骤实现：

步骤s01、确定终端可接入的灯杆基站；

步骤s02、计算终端位置并根据终端位置划分子区域；

步骤s03、获取子区域的属性信息和灯杆分布信息；

步骤s04、根据子区域的属性信息和灯杆分布信息计算子区域的灯杆密度；

步骤s05、获取可接入灯杆基站的功率输出量；

步骤s06、根据子区域的灯杆密度和可接入灯杆基站的功率输出量计算可接入灯杆基站的空闲度；

步骤s07、获取终端接收各可接入灯杆基站的信号强度；

步骤s08、根据可接入灯杆基站的空闲度和终端接收可接入灯杆基站的信号强度计算可接入灯杆基站的接入匹配度；

步骤s09、选择接入匹配度最大的灯杆基站作为终端要接入的灯杆基站。

如图2所示的一种优选方式中，步骤s01、确定终端可接入的灯杆基站并计算终端位置，包括：

步骤s011、基站控制器接收灯杆基站转发的终端接入请求；

步骤s012、将转发终端接入请求的灯杆基站作为可接入的灯杆基站，将可接入的灯杆基站编号为i。

本实施例中，某时刻基站控制器接收到10个基站转发某终端信号接入请求，将转发终端接入请求的灯杆基站作为终端的可接入灯杆基站，获取可接入灯杆基站数量n＝10，将各灯杆编号为i，1≤i≤10。

如图3所示的一种优选方式中，步骤s02、根据终端位置划分子区域，包括：

步骤s021、根据基站定位方法计算终端的位置；

步骤s022、根据可接入的灯杆基站的位置确定区域；

步骤s023、以终端位置为基准点，将区域按照单位面积划分或按照功能区块划分或按照道路区域划分为w个子区域，将子区域编号为j，1≤j≤w。

本实施例中，根据终端的基站定位方法计算终端的位置，根据可接入的灯杆基站的位置区域，区域和所有可接入灯杆基站的分布如图4所示，用实心圆点表示终端位置；以终端位置为基准点，将区域按照功能区块划分为4个子区域，即w＝4，各子区域分别编号为1、2、3、4，如图4所示，其中编号1、2、3、4的灯杆基站在同一子区域内，编号5、6的灯杆基站在同一子区域内，编号7、8、9的灯杆基站在同一子区域内，编号10的灯杆在最后一个子区域内，图4中用虚线表示子区域划分边界。

一种优选方式中，步骤s03中所述子区域的属性信息是子区域的面积，所述灯杆分布信息是灯杆分布位置和灯杆基站数量：该实施方式中子区域面积都是500平方米，即rj＝500；调取如图4所示的子区域内的灯杆分布图，编号1、2、3、4的灯杆基站在子区域1内，编号5、6的灯杆基站在子区域2内，编号7、8、9的灯杆基站在子区域3内，编号10的灯杆在子区域4内，获取子区域内的可接入灯杆基站数量n1＝4，n2＝2，n3＝3，n4＝1。

如图5所示的一种优选方式中，步骤s04、根据子区域的属性信息和灯杆分布信息计算子区域的灯杆密度，包括：

步骤s041、子区域内的可接入灯杆基站数量记为nj，子区域面积记为rj，其中j是子区域的编号；

步骤s042、根据子区域内的可接入灯杆基站数量nj和子区域面积rj计算子区域的灯杆密度，记为oj。

一种优选方式中，根据子区域内的可接入灯杆基站数量nj和子区域面积rj计算子区域的灯杆密度其中z是事先设置的计算系数(计算系数根据灯杆基站数量与区域面积对空闲度的综合影响程度进行设置)。该实施方式中，根据灯杆基站数量与区域面积对空闲度的综合影响程度设置的计算系数z＝100，计算子区域的灯杆密度

如图6所示的一种优选方式中，步骤s05、获取可接入灯杆基站的功率输出量，包括：

步骤s051、按照采样时间间隔获取子区域内可接入灯杆基站在时间段t内的功率输出值，时间段t事先设置；所述功率输出值是终端负载量或功率值的任一项。

步骤s052、对获取的功率输出值进行峰谷加权平均运算，得到可接入灯杆基站的功率输出量，记为pij，其中ij表示子区域j内的可接入灯杆基站i。

本实施例中，采样时间间隔为5分钟，时间段t＝2小时，共获取24组功率输出值；对24组功率输出值进行峰谷加权平均运算得到各可接入灯杆基站的功率输出量p11＝1，p21＝0.5，p31＝2，p41＝1，p52＝5，p62＝4，p73＝0.5，p83＝2，p93＝1，p104＝3(单位为瓦)。

如图7所示的一种优选方式中，步骤s06、根据子区域的灯杆密度和可接入灯杆基站的功率输出量计算可接入灯杆基站的空闲度，包括：

步骤s061、子区域的灯杆密度记为oj，子区域内可接入灯杆基站的功率输出量记为pij，其中j是各子区域的编号，ij表示子区域j内的可接入灯杆基站i；

步骤s062、根据子区域的灯杆密度oj和子区域内可接入灯杆基站的功率输出量pij计算子区域内灯杆基站的空闲度，记为ui。

一种优选方式中，根据子区域的灯杆密度oj和子区域内各灯杆基站时间段t内的功率输出量pij计算子区域内灯杆基站的空闲度其中k是事先设置的计算系数(计算系数根据灯杆密度与功率输出量对空闲度的综合影响程度进行设置)。该实施方式中，根据灯杆密度与功率输出量对空闲度的综合影响程度设置计算系数k＝1，计算可接入灯杆基站的空闲度

本实施例中，步骤s07、获取终端接收各可接入灯杆基站的信号强度。本实施例中，检测终端接收各可接入灯杆基站的信号强度，分别为s1＝-70，s2＝-60，s3＝-65，s4＝-58，s5＝-55，s6＝-51，s7＝-70，s8＝-58，s9＝-60，s10＝-60(单位是dbm)。

如图8所示的一种优选方式中，步骤s08、根据可接入灯杆基站的空闲度和终端接收可接入灯杆基站的信号强度计算可接入灯杆基站的接入匹配度，包括：

步骤s081、终端接收可接入灯杆基站的信号强度记为si；可接入灯杆基站的空闲度记为ui，其中i是可接入灯杆基站的编号；

步骤s082、根据可接入灯杆基站的空闲度si和终端接收可接入灯杆基站的信号强度ui计算可接入灯杆基站的接入匹配度，记为vi。

一种优选方式中，根据灯杆基站的空闲度uij和信号强度si计算可接入灯杆基站的接入匹配度vi＝c·si·uij，其中c是事先设置的计算系数(计算系数根据空闲度与信号强度对终端接入的综合影响程度进行设置)。该实施方式中，根据空闲度与信号强度对终端接入的综合影响程度设置计算系数c＝-0.1，计算各可接入灯杆基站的接入匹配度v1＝c·s1·u1＝-0.1×(-70)×0.8＝5.6，v2＝c·s2·u2＝-0.1×(-60)×1.6＝9.6，v3＝c·s3·u3＝-0.1×(-65)×0.4＝2.6，v4＝c·s4·u4＝-0.1×(-58)×0.8＝4.6，v5＝c·s5·u5＝-0.1×(-55)×0.8＝4.4，v6＝c·s6·u6＝-0.1×(-51)×0.1＝0.5，v7＝c·s7·u7＝-0.1×(-70)×1.2＝8.4，v8＝c·s8·u8＝-0.1×(-58)×0.3＝1.7，v9＝c·s9·u9＝-0.1×(-60)×0.6＝3.6，v10＝c·s10·u10＝-0.1×(-60)×0.67＝4。

本实施例中，步骤s09、选择终端附近接入匹配度最大的灯杆基站作为终端要接入的灯杆基站。终端可接入的10个灯杆基站中接入匹配度最大(v2最大)的是编号2的灯杆基站，将编号2的灯杆基站作为终端要接入的灯杆基站。

本发明实施例二的基于空闲度的灯杆基站选择接入方法，按如下步骤实现：

步骤s01、确定终端可接入的灯杆基站；

步骤s02、计算终端位置并根据终端位置划分子区域；

步骤s03、获取子区域的属性信息和灯杆分布信息；

步骤s04、根据子区域的属性信息和灯杆分布信息计算子区域的灯杆密度；

步骤s05、获取可接入灯杆基站的功率输出量；

步骤s06、根据子区域的灯杆密度和可接入灯杆基站的功率输出量计算可接入灯杆基站的空闲度；

步骤s07、获取终端接收各可接入灯杆基站的信号强度；

步骤s08、根据可接入灯杆基站的空闲度和终端接收可接入灯杆基站的信号强度计算可接入灯杆基站的接入匹配度；

步骤s09、选择接入匹配度最大的灯杆基站作为终端要接入的灯杆基站。

一种优选方式中，步骤s01、确定终端可接入的灯杆基站并计算终端位置，包括：

步骤s011、基站控制器接收灯杆基站转发的终端接入请求；

步骤s012、将转发终端接入请求的灯杆基站作为可接入的灯杆基站，将可接入的灯杆基站编号为i。

本实施例中，某时刻基站控制器接收到10个基站转发某终端信号接入请求，将转发终端接入请求的灯杆基站作为终端的可接入灯杆基站，获取可接入灯杆基站数量n＝10，将各灯杆编号为i，1≤i≤10。

一种优选方式中，步骤s02、根据终端位置划分子区域，包括：

步骤s021、根据基站定位方法计算终端的位置；

步骤s022、根据可接入的灯杆基站的位置确定区域；

步骤s023、以终端位置为基准点，将区域按照单位面积划分或按照功能区块划分或按照道路区域划分为w个子区域，将子区域编号为j，1≤j≤w。

本实施例中，根据终端的基站定位方法计算终端的位置，根据可接入的灯杆基站的位置区域，区域和所有可接入灯杆基站的分布如图4所示，用实心圆点表示终端位置；以终端位置为基准点，将区域按照功能区块划分为4个子区域，即w＝4，各子区域分别编号为1、2、3、4，如图4所示，其中编号1、2、3、4的灯杆基站在同一子区域内，编号5、6的灯杆基站在同一子区域内，编号7、8、9的灯杆基站在同一子区域内，编号10的灯杆在最后一个子区域内，图4中用虚线表示子区域划分边界。

一种优选方式中，步骤s03中所述子区域的属性信息是子区域的面积，所述灯杆分布信息是灯杆分布位置和灯杆基站数量：该实施方式中子区域面积都是500平方米，即rj＝500；调取如图4所示的子区域内的灯杆分布图，编号1、2、3、4的灯杆基站在子区域1内，编号5、6的灯杆基站在子区域2内，编号7、8、9的灯杆基站在子区域3内，编号10的灯杆在子区域4内，获取子区域内的可接入灯杆基站数量n1＝4，n2＝2，n3＝3，n4＝1。

一种优选方式中，步骤s04、根据子区域的属性信息和灯杆分布信息计算子区域的灯杆密度，包括：

步骤s041、子区域内的可接入灯杆基站数量记为nj，子区域面积记为rj，其中j是子区域的编号；

步骤s042、根据子区域内的可接入灯杆基站数量nj和子区域面积rj计算子区域的灯杆密度，记为oj。

一种优选方式中，根据子区域内的可接入灯杆基站数量nj和子区域面积rj计算子区域的灯杆密度其中z是事先设置的计算系数(计算系数根据灯杆基站数量与区域面积对空闲度的综合影响程度进行设置)。该实施方式中，根据灯杆基站数量与区域面积对空闲度的综合影响程度设置的计算系数z＝100，计算子区域的灯杆密度

一种优选方式中，步骤s05、获取可接入灯杆基站的功率输出量，包括：

步骤s051、按照采样时间间隔获取子区域内可接入灯杆基站在时间段t内的功率输出值，时间段t事先设置；所述功率输出值是终端负载量或功率值的任一项。

步骤s052、对获取的功率输出值进行峰谷加权平均运算，得到可接入灯杆基站的功率输出量，记为pij，其中ij表示子区域j内的可接入灯杆基站i。

本实施例中，采样时间间隔为5分钟，时间段t＝2小时，共获取24组功率输出值；对24组功率输出值进行峰谷加权平均运算得到各可接入灯杆基站的功率输出量p11＝1，p21＝0.5，p31＝2，p41＝1，p52＝5，p62＝4，p73＝0.5，p83＝2，p93＝1，p104＝3(单位为瓦)。

一种优选方式中，步骤s06、根据子区域的灯杆密度和可接入灯杆基站的功率输出量计算可接入灯杆基站的空闲度，包括：

步骤s061、子区域的灯杆密度记为oj，子区域内可接入灯杆基站的功率输出量记为pij，其中j是各子区域的编号，ij表示子区域j内的可接入灯杆基站i；

步骤s062、根据子区域的灯杆密度oj和子区域内可接入灯杆基站的功率输出量pij计算子区域内灯杆基站的空闲度，记为ui。

一种优选方式中，根据子区域的灯杆密度oj和子区域内各灯杆基站时间段t内的功率输出量pij计算子区域内灯杆基站的空闲度其中k是事先设置的计算系数(计算系数根据灯杆密度与功率输出量对空闲度的综合影响程度进行设置)。该实施方式中，根据灯杆密度与功率输出量对空闲度的综合影响程度设置计算系数k＝1，计算可接入灯杆基站的空闲度

本实施例中，步骤s07、获取终端接收各可接入灯杆基站的信号强度。本实施例中，检测终端接收各可接入灯杆基站的信号强度，分别为s1＝-70，s2＝-60，s3＝-65，s4＝-58，s5＝-55，s6＝-51，s7＝-70，s8＝-58，s9＝-60，s10＝-60(单位是dbm)。

一种优选方式中，步骤s08、根据可接入灯杆基站的空闲度和终端接收可接入灯杆基站的信号强度计算可接入灯杆基站的接入匹配度，包括：

步骤s081、终端接收可接入灯杆基站的信号强度记为si；可接入灯杆基站的空闲度记为ui，其中i是可接入灯杆基站的编号；

步骤s082、根据可接入灯杆基站的空闲度si和终端接收可接入灯杆基站的信号强度ui计算可接入灯杆基站的接入匹配度，记为vi。

一种优选方式中，根据灯杆基站的空闲度ui和信号强度si计算可接入灯杆基站的接入匹配度vi＝g1·si+g2·ui，其中g1和g2是事先设置的加权系数(加权系数根据空闲度与信号强度对终端接入的不同影响程度进行设置)。根据空闲度与信号强度对终端接入的不同影响程度设置计算系数g1＝-0.1和g2＝1，计算各灯杆基站的接入匹配度v1＝g1·s1+g2·u1＝-0.1×(-70)+1×0.8＝7.8，

v2＝g1·s2+g2·u2＝-0.1×(-60)+1×1.6＝7.6，v3＝g1·s3+g2·u3＝-0.1×(-65)+0.4＝6.9，v4＝g1·s4+g2·u4＝-0.1×(-58)+0.8＝6.6，v5＝g1·s5+g2·u5＝-0.1×(-55)+0.8＝6.3，v6＝g1·s6+g2·u6＝-0.1×(-51)+0.1＝5.2，v7＝g1·s7+g2·u7＝-0.1×(-70)+1.2＝8.2，v8＝g1·s8+g2·u8＝-0.1×(-58)+0.3＝6.1，v9＝g1·s9+g2·u9＝-0.1×(-60)+0.6＝6.6，v10＝g1·s10+g2·u10＝-0.1×(-60)+0.67＝6.67。

本实施例中，步骤s09、选择终端附近接入匹配度最大的灯杆基站作为终端要接入的灯杆基站。本实施例中，终端可接入的10个灯杆基站中接入匹配度最大(v7最大)的是编号7的灯杆基站，将编号7的灯杆基站作为移动终端要接入的基站。

一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序使计算机执行以上任一实施例所述的方法。

本发明实施例三的一种基于空闲度的灯杆基站选择接入系统，其结构示意图如图9所示，其特征在于包括：

终端；

灯杆；

基站控制器；

处理器；

存储器；

以及

一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在存储器中，并且被配置成由所述处理器执行，所述程序使计算机执行以上任一实施例所述的方法。

当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明的，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变型都将落入本发明的保护范围。