網絡規劃與優化匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇網絡規劃與優化范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

0.引言

移動通信網絡優化是指通過數據采集與測試手段，大體了解網絡的運行狀況，監測其存在的網絡的問題，并采用相關手段進行調試和調整，使網絡處在最佳的運行狀態，并提高網絡服務質量。而移動通信網絡的規劃主要是指無線基站的規劃，通過數據和資料的收集，并借助以往的工程經驗，并參照專家的專業指導性建議，最終形成移動通信網路規劃的總方案和總實施路徑。隨著目前人們生活水平的提高以及信息技術的高速發展，人們對移動通信網絡的服務質量提出了較高的要求，在此環境下，網絡規劃與網絡要緊密結合，互相支撐互相補充，共同來解決移動通信網絡出現的問題，更好的服務于大眾。

1.移動通信網絡規劃中的優化

1.1網絡覆蓋優化

網絡覆蓋一般包括通信信號覆蓋的廣度和深度。廣度一般是指水平方向上的覆蓋面積，不管是市區、縣城、發達地區、不發達地區、風景點等的全覆蓋。網絡覆蓋廣度的實現主要通過增加基站的數量來實現，在單個基站輻射面積一定的情況下，只有通過增加站點數量才能增加廣度，另外可以輔助增加直放站的方法。而覆蓋的深度主要是指室內以及地下空間的覆蓋，例如多層墻體隔絕的室內，以及地下室、地下停車場等。由于現在的墻體基本上都是磚混結構，信號穿透墻體后會信號能量損失嚴重，容易出現信號覆蓋盲區。要想解決這一問題可以在室外設置宏蜂窩，增強信號強度，另一方面在個別建筑內分布系統的直放站或微蜂窩式的基站來進行室內覆蓋。

1.2網絡容量優化

在移動通信網絡故障中，比較常見的就是出現接入失敗或者切換失敗，其中頻率資源緊缺以及硬件信道資源限制是其中最主要的原因之一。因此在網絡規劃初期，應該對網絡的服務范圍以及該范圍內的用戶數量作出較為理想的估算，這是為了防止出現阻塞現象最好方法。因此在移動通信網絡規劃的優化過程中，確定扇區的服務面積，借助先進的模擬預測軟件進行相關路測工作，做出話務密度分布圖，對服務區域內的話務容量進行解析與量化。在有些情況下，基站服務區劃分并不是很合理，相同區域容易出現重疊覆蓋，例如有的服務扇區過忙，而有的服務扇區過閑。針對這樣的問題，可以改變基站信號的水平輻射角和方位角，或者改變發送功率以及調整時延參數和導頻搜索窗參數等。在調整結束后，要及時進行路測工作，來檢測服務區內的信號強度及覆蓋情況，若調整結果不理想，根據實測數據再進行針對調整，直至網絡服務容量滿足要求。

1.3網絡質量優化

GSM網絡一般都是采用頻率復用方式，該種方式的弊端是會出現同鄰干擾，特別是網絡結構不合理的時候，較為嚴重的后果是出現接入失敗、切入失敗以及掉話和高誤碼率。其實不光是GSM網絡，CDMA網絡也會存在同種問題。出現這些故障很大一部分原因是外界干擾了信號質量，特別是網絡覆蓋程度低的地區較易受干擾。另外還要注重內部設備的放置于安裝，以免出現內部干擾。網絡質量問題主要反映在通話質量，通話聲音小，斷斷續續，突然掉話等現象都是網絡質量差的現象，為了優化網絡，提高網絡質量可以同時協調上下行鏈路的信令控制通道和業務通道，另外可以加強MSC、BSC、BTS和移動臺之間的相互配合作用。出現網絡質量差的原因很多，對網絡進行優化之前，應該充分對現有網絡的覆蓋情況，干擾情況，當地環境進行綜合分析，最終確定主要限制因子。

2.移動通信網絡優化中的規劃

移動通信網絡優化一般分為四個階段，分別為：（1）調研與目標制定；（2）設計復核；（3）預優化；（4）開通后再優化。一般在網絡優化的結果都會受到規劃的限制，因此要想對移動通信網絡進行較好的規劃，就必須提前確定網絡優化目標，便于后續工作的開展以及評定工作的進行。

移動通信網絡的規劃對最終網絡的實際運行將來起到決定性的作用，在調研與目標確定后，要對現有的規劃方案進行重新復核，對規劃中不合理的情況要即使進行檢測，再進行二次規劃。在規劃設計的后期還應該結合規劃設計圖紙，對設計的執行情況進行預測，并討論施工階段容易出現的設計變更，對網絡優化結果產生的影響。如果發現工程施工將會嚴重影響移動通信網絡的額性能時，要及時予以改正，對設備型號不匹配以及安裝錯誤的地方，應該及時予以檢查和排除。對于設計圖紙出現的問題，應該向設計部門及時反映，進行重新設計與路測分析。在預優化以及開通后優化過程中，主要依靠測試儀器來發現存在的問題，出現問題時主要依靠調整設備運行參數、改變基站方位角與仰俯角或者搬遷基站等手段來解決。

3.小結

網絡優化一般體現是在網絡建成后進行局部的調整與優化，在整體網絡設計方面網絡規劃還是起到關鍵性的作用。因此在項目初期，著重移動通信網絡的規劃，從大的方面把握好網絡將來的服務功能、覆蓋范圍、網絡質量以及容量等。在項目后期要著重進行網絡后期的優化，針對具體的網絡故障與問題提出解決方案。　[科]

篇（2）

0引言

近年來，移動通信技術的發展異常迅速，移動通信在日常生活中的地位顯著提高，從20年前大款用來談生意的大哥大，到10年前城市里開始普及的方便通訊用具，再到現在不論城鎮鄉村大批中青年甚至老年人都已經離不開的萬能信息平臺，移動通信已經成為人們工作和生活中不可缺少的重要部分，中國龐大用戶群的潛力已經幾乎挖掘完畢，而圍繞著這些用戶，運營商之間的競爭也越來越激烈。隨著移動通信標準的更新和移動通信網絡的大規模建設，提高移動通信網絡質量和性能成為移動運營商增強競爭力的殺手锏，如何高效且經濟地滿足用戶對移動通信網絡建設和維護的需求，已經成為三大運營商急需重視的問題，移動通信網絡規劃與優化的工作變得更加炙手可熱。“無線通信網絡優化與優化”這門課程的設立，正是為了響應通信領域對具備移動通信專業技術人才的需求。無線通信網絡規劃是根據蜂窩移動通信網絡的特性以及需求，設定相應的工程參數和無線資源參數，并在滿足一定信號覆蓋、系統容量和業務質量要求的前提下，使網絡的工程成本降到最低。移動通信網絡優化是通過對現已運行的移動通信網絡進行業務數據分析、測試數據采集、參數分析、硬件檢查等手段，找出影響無線網絡質量的原因，并且通過參數的修改、網絡結構的調整、設備配置的調整和采取某些技術手段，確保系統高質量地運行，使現有網絡資源獲得最佳效益，以最經濟的投入獲得最大的收益。而無線通信網絡規劃與優化這門課程主要是為了培訓移動通信規劃與優化工程人員而設立的，是一門涵蓋知識面廣且相當復雜的專業課；并且需要將理論與工程實踐相結合：首先從移動通信網絡的基本原理開始，然后引導學生了解和熟悉網絡規劃與優化的基本流程，使學生們從理論上掌握網絡規劃與優化的步驟與目標，在此之外再盡量從工程的角度，結合案例分析，引導學生運用所學的方法與理論去解決實際網絡運行中出現的各種故障問題，并提出相應的解決方案。我院從數年前就開始開設此門課程，也與企業進行過一些培養合作，在教學過程中遇到過許多問題，并針對這些問題做了一些改進。從學生的成績、畢業生及用人單位的反饋來看，取得了一定的成果。

1問題歸納

在移動通信理論知識的學習和網絡規劃與優化案例的分析過程中，教師和學生會遇到各種各樣的問題，其中很多問題存在著普遍性。下面將對這些普遍存在的問題進行歸納，為后續教學方法的研究奠定基礎。

1.1課程知識面覆蓋內容太廣

無線通信網絡規劃與優化課程具有較強的專業性，涉及到的理論知識多而細，且較為復雜。學生首先需要掌握無線通信網絡的架構和組成、天線原理和結構、電波傳播模型、頻率分配、干擾控制等等，然后才能對網絡規劃與優化的具體步驟進行學習。在理論學習中學生會遭遇鋪天蓋地的知識點、縮寫詞、概念、公式等內容，對學生來說難免枯燥，也給教學帶來了許多困難。對于本課程來說，長篇大論地教授理論知識似乎不可避免，這樣往往會讓學生產生對立情緒，教學效果堪憂。理想情況下，先重點講解移動通信網絡的理論基礎，然后一步步介紹實際的網絡規劃和優化操作，會幫助學生打好堅實的基礎，在學習系統的理論知識之后再進行實踐，可以更順利掌握網絡規劃與優化的技術。然而實際情況下，如此多的內容需要在有限的課時內完成，比如我校該門課程的學時數僅為32學時，理論知識學習時間有限，還要留出足夠的時間來講解案例和實際操作，這樣教師不得不把大量內容以“填鴨”的方式灌輸給學生，容易使學生失去學習該課程的興趣和動力。

1．2課程內容更新速度太快

移動通信技術是近年來發展最快的技術之一，不僅僅是3G、4G的技術在飛速發展完善，5G技術也已經提上日程。移動通信技術課程教材的建設往往跟不上技術的發展，這就要求我們根據當前通信網絡的實際發展情況以及網絡規劃與優化實際操作的改變來修改教學內容。舊的通信技術逐漸被淘汰或改進，新的無線傳輸思想和概念不斷出現，并應用到新的系統中。在教學中需要使學生對現有移動通信系統及未來的發展方向有較為系統和全面的認識，從而對網絡規劃與優化操作的變化能夠從原理上進行理解和掌握，因此我們的教學內容必須及時更新，適應技術的發展，否則難以使學生學以致用，也勢必影響學生的學習興趣，從而影響教學質量。但如果不斷更新教材，對教師來說是比較沉重的負擔，因為每次更新教材教師都需要花較多的時間去閱讀和掌握，然后再重新編寫教案和講稿等等。另外，受限于教材的編寫和出版周期，即使經常更新教材，也需要我們在教學中不斷自行修改和補充，這也進一步增加了教學的內容和難度。

1．3授課對象對移動通信基礎知識的掌握有所不足

在過去與網絡規劃與優化相關的教學論文中，經常會提到這門課程由于應用性極強且涉及大網絡做背景，需求一定的實驗和實踐操作，才能理論與實踐相結合，獲得較好的教學效果。而我們由于與企業進行合作，課程的對象不僅僅是本科生，也面向企業員工。過去的文獻指出，對一般高校學生來說，存在著理論和實踐脫節的問題：學校受限于資金和場地等原因難以提供相應的實驗和實踐環境，多采用傳統的課堂講授的方式，學生能接受的只有與網絡優化相關的一些原理性的方法、流程和算法知識，如果面臨實際的網絡操作就無從下手。針對這些問題，過去的文章中提出了一些有效改革手段，類似的手段我們也有所采用。另一方面，據我們所知，企業員工也存在著理論和實踐脫節問題，只不過和高校學生處于完全相反的方向。從我們對合作企業的了解來看，實際從事網絡規劃與優化工作的員工中有相當一部分并沒有系統學習過移動通信網絡的基礎課程。這些課程對學生的專業基礎知識需求較高，要求熟練掌握信號與系統、通信原理的基本知識，還要能用一定的電磁波、微波理論基礎來分析電磁波傳播特性。此外，相對有線傳輸方式，無線信號傳輸需要從時域和頻域的不同方面分析和理解信道、信號的特性。無線信號傳輸過程中存在很多不確定因素，采用的數學模型更加復雜，這樣就會有較為繁瑣的數學公式推導，要求學生有足夠的數學功底。學生必須先打好上述的這些基礎，再去學習通信技術的一系列基礎知識，才能達到對移動通信完全徹底的掌握。許多員工原本并沒有這方面的專業知識，或是對專業知識掌握不牢，主要是從實踐中學習網絡規劃與優化的步驟、要點等，往往知其然而不知其所以然，導致事倍功半。對于這樣的人員來說，如果從頭開始對移動通信網絡的基礎知識進行系統的補充，則需要消耗較多的時間和精力進行專門培訓，比較難以實現。

2無線通信網絡規劃與優化課程教學的幾點思考

基于上述歸納的問題，本文針對無線通信網絡規劃與優化教學提出幾點改進意見。

2.1明確授課目的，改變授課重點

本課程的目的有兩個方面：一是，為企業預培養合格的網絡規劃與優化人才；二是，為企業員工補充必要的無線通信基礎知識。這兩個方面看似有所區別，實際上存在著完全相同的核心。作為企業，必定會對新員工進行實際工作內容的培訓，以及讓老員工帶領新員工盡快熟悉操作。因此對高校來說，在教學過程中做到讓學生在較大程度上掌握對網絡規劃與優化的實際操作過程并不是必需的，但如果讓學生通過本科課程牢牢掌握無線通信基礎知識和網絡規劃與優化原理，這樣的學生能夠輕易理解每一個操作步驟的意義，因此可以預見能夠在企業順利完成培訓。另一方面，對企業員工開課的目的是給他們補充移動通信網絡的專業基礎知識，而實際操作對他們來說也早已熟悉。因此，與著重加強實驗、實踐教學環節的常見教學改革方向相反，我們做出對基礎理論教學環節進行著重加強的決定。但這并不意味著放棄在實驗、實踐方面的教學，畢竟本課程注重的是實用性，并且單純的理論教學會讓學生感覺本課程是一門生澀枯燥毫無用處的課程。為了對這方面進行兼顧，我們選擇將日常網絡規劃與優化工作中遇到的一些的實例進行拆分，把拆分后的適當部分加入到相應的理論知識點中作為例題，這樣既可以讓學生對實際操作有一定的了解，避免理論脫離實際；又可以為理論教學添加必要的緩沖和總結，避免枯燥的理論教學。而這種做法的難點在于對實例的選擇和拆分有比較高的要求，需要花費較多的精力去解決，但好處在一勞永逸：一旦完成這方面的例題準備，哪怕通信技術再更新，也只需要在同一層次和方向上找類似的實例進行同樣的拆分。在此之外，我們也會請企業教師進行數個課時的授課，主要是在講解網絡規劃與優化的流程之后帶給學生更多實例，這些實例的復雜程度比理論教學中遇到的更高。

2．2對教學內容進行精簡和改動

由于本課程覆蓋范圍太大，知識點太多，且授課時間有限，需要對教學內容進行精簡和改動，這樣可以充分利用授課時間，以傳授更多實用信息。首先，盡可能避免把上課時間浪費在教授過時的或者已經學習過的知識上。例如，在目前的課程內容中一般會安排天線原理、電波傳播模型等章節作為基礎知識進行教授，然而這些章節的知識點在微波與天線以及通信原理等前期課程中都有所涉及。因此，授課時要注意避免知識上的重復，對已經學習過的內容只需要進行簡單回顧即可，著重強調各章節之間的聯系，把教學重點放在學生比較不熟悉的領域，例如覆蓋、容量等等。然后，減少對掌握網絡規劃與優化具體操作來說沒有實際幫助的教學內容。例如公式推導過程，作為本科教材，經常會習慣性地將從已知公式推導得出新公式的過程放進課程中。這樣對學生來說固然容易加深理解，但對以實際應用作為目的的本課程來說其實意義不大。本課程的公式多且復雜，一一講解其來歷會占用太多時間，作為學生也很難全程都集中精力聽講，更何況很多公式都是從經驗公式推導而來，并沒有太多的理論意義。此外，根據對企業員工的調研，大多數此類公式只需要掌握其意義和用法即可，而且一些在本科期間學習過這方面課程的員工早已忘記公式的來歷，但并不影響他們的工作。

2．3承前啟后，兼顧不同的移動通信系統

目前運營商所服務的移動通信網絡是從2G到4G同時存在的，并且已經開始考慮5G網絡，因此我們的教學不僅需要兼顧歷代通信系統，還需要對它們之間的聯系進行承前啟后的分析講解。不同世代的移動通信系統之間有著非常多的異同，一一講解需要太多的時間，但因為課時的關系，我們需要在重點考慮網絡規劃與優化的層面上適當選擇相關的知識點進行詳細講解，對其余內容只能一筆帶過。移動通信系統的發展實質是移動通信向更快數據傳輸、更好服務的不斷發展。歷代的移動通信技術都離不開蜂窩網絡的基本架構，雖然技術細節存在很多不同，但網絡規劃和優化就是針對構成蜂窩網絡架構的每一個節點進行的，在這方面可以說是萬變不離其宗。因此我們把蜂窩網絡、天線選擇、頻率分配、覆蓋和干擾分析等學習任一代移動通信技術都不可缺少的基礎內容在前半部分的課程中進行講解，然后在講解技術方案和通信標準這些存在代差的內容時，才對各代移動通信系統加以區分。把重心放在對于經典移動通信系統的介紹，通過對不同系統的學習去更好地理解它們之間的異同，從而更進一步地體會不同系統對于系統容量，位置更新方式，鑒權方式，越區切換策略，信道的分配和使用等方面的處理，并且，更重要的，網絡規劃和優化方面的異同。

3結束語

無線通信網絡規劃與優化的教學不僅需要教師隨著通信標準的變化不斷更新教學內容，還要求教師能夠培養出適應這種變化的網絡規劃與優化人才。本文總結歸納了無線通信網絡規劃與優化在教學中出現的一些常見問題，并針對這些問題提出了三點改進建議。這些改進要求任課教師相當程度的投入，因此最好是能夠組織編寫一部專門的教材，我們已經在這方面做了一些工作，相信能對這門課程的教學起到足夠的幫助。

【參考文獻】

［1］李汶周.淺議高職無線網絡優化課程的教學改革[J].卷宗,2014(8).

［2］余曉玫.移動通信課程教學改革初探[J].黑龍江科技信息,2015(6).

篇（3）

0 引言

 

近年來，移動通信技術的發展異常迅速，移動通信在日常生活中的地位顯著提高，從20年前大款用來談生意的大哥大，到10年前城市里開始普及的方便通訊用具，再到現在不論城鎮鄉村大批中青年甚至老年人都已經離不開的萬能信息平臺，移動通信已經成為人們工作和生活中不可缺少的重要部分，中國龐大用戶群的潛力已經幾乎挖掘完畢，而圍繞著這些用戶，運營商之間的競爭也越來越激烈。隨著移動通信標準的更新和移動通信網絡的大規模建設，提高移動通信網絡質量和性能成為移動運營商增強競爭力的殺手锏，如何高效且經濟地滿足用戶對移動通信網絡建設和維護的需求，已經成為三大運營商急需重視的問題，移動通信網絡規劃與優化的工作變得更加炙手可熱。“無線通信網絡優化與優化”這門課程的設立，正是為了響應通信領域對具備移動通信專業技術人才的需求。

 

無線通信網絡規劃是根據蜂窩移動通信網絡的特性以及需求，設定相應的工程參數和無線資源參數，并在滿足一定信號覆蓋、系統容量和業務質量要求的前提下，使網絡的工程成本降到最低。移動通信網絡優化是通過對現已運行的移動通信網絡進行業務數據分析、測試數據采集、參數分析、硬件檢查等手段，找出影響無線網絡質量的原因，并且通過參數的修改、網絡結構的調整、設備配置的調整和采取某些技術手段，確保系統高質量地運行，使現有網絡資源獲得最佳效益，以最經濟的投入獲得最大的收益。

 

而無線通信網絡規劃與優化這門課程主要是為了培訓移動通信規劃與優化工程人員而設立的，是一門涵蓋知識面廣且相當復雜的專業課;并且需要將理論與工程實踐相結合：首先從移動通信網絡的基本原理開始，然后引導學生了解和熟悉網絡規劃與優化的基本流程，使學生們從理論上掌握網絡規劃與優化的步驟與目標，在此之外再盡量從工程的角度，結合案例分析，引導學生運用所學的方法與理論去解決實際網絡運行中出現的各種故障問題，并提出相應的解決方案。我院從數年前就開始開設此門課程，也與企業進行過一些培養合作，在教學過程中遇到過許多問題，并針對這些問題做了一些改進。從學生的成績、畢業生及用人單位的反饋來看，取得了一定的成果。

 

1 問題歸納

 

在移動通信理論知識的學習和網絡規劃與優化案例的分析過程中，教師和學生會遇到各種各樣的問題，其中很多問題存在著普遍性。下面將對這些普遍存在的問題進行歸納，為后續教學方法的研究奠定基礎。

 

1.1 課程知識面覆蓋內容太廣

 

無線通信網絡規劃與優化課程具有較強的專業性，涉及到的理論知識多而細，且較為復雜。學生首先需要掌握無線通信網絡的架構和組成、天線原理和結構、電波傳播模型、頻率分配、干擾控制等等，然后才能對網絡規劃與優化的具體步驟進行學習。在理論學習中學生會遭遇鋪天蓋地的知識點、縮寫詞、概念、公式等內容，對學生來說難免枯燥，也給教學帶來了許多困難。

 

對于本課程來說，長篇大論地教授理論知識似乎不可避免，這樣往往會讓學生產生對立情緒，教學效果堪憂。理想情況下，先重點講解移動通信網絡的理論基礎，然后一步步介紹實際的網絡規劃和優化操作，會幫助學生打好堅實的基礎，在學習系統的理論知識之后再進行實踐，可以更順利掌握網絡規劃與優化的技術。然而實際情況下，如此多的內容需要在有限的課時內完成，比如我校該門課程的學時數僅為32學時，理論知識學習時間有限，還要留出足夠的時間來講解案例和實際操作，這樣教師不得不把大量內容以“填鴨”的方式灌輸給學生，容易使學生失去學習該課程的興趣和動力。

 

1.2 課程內容更新速度太快

 

移動通信技術是近年來發展最快的技術之一，不僅僅是3G、4G的技術在飛速發展完善，5G技術也已經提上日程。移動通信技術課程教材的建設往往跟不上技術的發展，這就要求我們根據當前通信網絡的實際發展情況以及網絡規劃與優化實際操作的改變來修改教學內容。舊的通信技術逐漸被淘汰或改進，新的無線傳輸思想和概念不斷出現，并應用到新的系統中。在教學中需要使學生對現有移動通信系統及未來的發展方向有較為系統和全面的認識，從而對網絡規劃與優化操作的變化能夠從原理上進行理解和掌握，因此我們的教學內容必須及時更新，適應技術的發展，否則難以使學生學以致用，也勢必影響學生的學習興趣，從而影響教學質量。

 

但如果不斷更新教材，對教師來說是比較沉重的負擔，因為每次更新教材教師都需要花較多的時間去閱讀和掌握，然后再重新編寫教案和講稿等等。另外，受限于教材的編寫和出版周期，即使經常更新教材，也需要我們在教學中不斷自行修改和補充，這也進一步增加了教學的內容和難度。

 

1.3 授課對象對移動通信基礎知識的掌握有所不足

 

在過去與網絡規劃與優化相關的教學論文中，經常會提到這門課程由于應用性極強且涉及大網絡做背景，需求一定的實驗和實踐操作，才能理論與實踐相結合，獲得較好的教學效果。而我們由于與企業進行合作，課程的對象不僅僅是本科生，也面向企業員工。過去的文獻指出，對一般高校學生來說，存在著理論和實踐脫節的問題：學校受限于資金和場地等原因難以提供相應的實驗和實踐環境，多采用傳統的課堂講授的方式，學生能接受的只有與網絡優化相關的一些原理性的方法、流程和算法知識，如果面臨實際的網絡操作就無從下手。針對這些問題，過去的文章中提出了一些有效改革手段，類似的手段我們也有所采用。

 

另一方面，據我們所知，企業員工也存在著理論和實踐脫節問題，只不過和高校學生處于完全相反的方向。從我們對合作企業的了解來看，實際從事網絡規劃與優化工作的員工中有相當一部分并沒有系統學習過移動通信網絡的基礎課程。這些課程對學生的專業基礎知識需求較高，要求熟練掌握信號與系統、通信原理的基本知識，還要能用一定的電磁波、微波理論基礎來分析電磁波傳播特性。此外，相對有線傳輸方式，無線信號傳輸需要從時域和頻域的不同方面分析和理解信道、信號的特性。無線信號傳輸過程中存在很多不確定因素，采用的數學模型更加復雜，這樣就會有較為繁瑣的數學公式推導，要求學生有足夠的數學功底。學生必須先打好上述的這些基礎，再去學習通信技術的一系列基礎知識，才能達到對移動通信完全徹底的掌握。許多員工原本并沒有這方面的專業知識，或是對專業知識掌握不牢，主要是從實踐中學習網絡規劃與優化的步驟、要點等，往往知其然而不知其所以然，導致事倍功半。對于這樣的人員來說，如果從頭開始對移動通信網絡的基礎知識進行系統的補充，則需要消耗較多的時間和精力進行專門培訓，比較難以實現。

 

2 無線通信網絡規劃與優化課程教學的幾點思考

 

基于上述歸納的問題，本文針對無線通信網絡規劃與優化教學提出幾點改進意見。

 

2.1 明確授課目的，改變授課重點

 

本課程的目的有兩個方面：一是，為企業預培養合格的網絡規劃與優化人才;二是，為企業員工補充必要的無線通信基礎知識。這兩個方面看似有所區別，實際上存在著完全相同的核心。

 

作為企業，必定會對新員工進行實際工作內容的培訓，以及讓老員工帶領新員工盡快熟悉操作。因此對高校來說，在教學過程中做到讓學生在較大程度上掌握對網絡規劃與優化的實際操作過程并不是必需的，但如果讓學生通過本科課程牢牢掌握無線通信基礎知識和網絡規劃與優化原理，這樣的學生能夠輕易理解每一個操作步驟的意義，因此可以預見能夠在企業順利完成培訓。另一方面，對企業員工開課的目的是給他們補充移動通信網絡的專業基礎知識，而實際操作對他們來說也早已熟悉。因此，與著重加強實驗、實踐教學環節的常見教學改革方向相反，我們做出對基礎理論教學環節進行著重加強的決定。

 

但這并不意味著放棄在實驗、實踐方面的教學，畢竟本課程注重的是實用性，并且單純的理論教學會讓學生感覺本課程是一門生澀枯燥毫無用處的課程。為了對這方面進行兼顧，我們選擇將日常網絡規劃與優化工作中遇到的一些的實例進行拆分，把拆分后的適當部分加入到相應的理論知識點中作為例題，這樣既可以讓學生對實際操作有一定的了解，避免理論脫離實際;又可以為理論教學添加必要的緩沖和總結，避免枯燥的理論教學。而這種做法的難點在于對實例的選擇和拆分有比較高的要求，需要花費較多的精力去解決，但好處在一勞永逸：一旦完成這方面的例題準備，哪怕通信技術再更新，也只需要在同一層次和方向上找類似的實例進行同樣的拆分。在此之外，我們也會請企業教師進行數個課時的授課，主要是在講解網絡規劃與優化的流程之后帶給學生更多實例，這些實例的復雜程度比理論教學中遇到的更高。

 

2.2 對教學內容進行精簡和改動

 

由于本課程覆蓋范圍太大，知識點太多，且授課時間有限，需要對教學內容進行精簡和改動，這樣可以充分利用授課時間，以傳授更多實用信息。

 

首先，盡可能避免把上課時間浪費在教授過時的或者已經學習過的知識上。例如，在目前的課程內容中一般會安排天線原理、電波傳播模型等章節作為基礎知識進行教授，然而這些章節的知識點在微波與天線以及通信原理等前期課程中都有所涉及。因此，授課時要注意避免知識上的重復，對已經學習過的內容只需要進行簡單回顧即可，著重強調各章節之間的聯系，把教學重點放在學生比較不熟悉的領域，例如覆蓋、容量等等。

 

然后，減少對掌握網絡規劃與優化具體操作來說沒有實際幫助的教學內容。例如公式推導過程，作為本科教材，經常會習慣性地將從已知公式推導得出新公式的過程放進課程中。這樣對學生來說固然容易加深理解，但對以實際應用作為目的的本課程來說其實意義不大。本課程的公式多且復雜，一一講解其來歷會占用太多時間，作為學生也很難全程都集中精力聽講，更何況很多公式都是從經驗公式推導而來，并沒有太多的理論意義。此外，根據對企業員工的調研，大多數此類公式只需要掌握其意義和用法即可，而且一些在本科期間學習過這方面課程的員工早已忘記公式的來歷，但并不影響他們的工作。

 

2.3 承前啟后，兼顧不同的移動通信系統

 

目前運營商所服務的移動通信網絡是從2G到4G同時存在的，并且已經開始考慮5G網絡，因此我們的教學不僅需要兼顧歷代通信系統，還需要對它們之間的聯系進行承前啟后的分析講解。不同世代的移動通信系統之間有著非常多的異同，一一講解需要太多的時間，但因為課時的關系，我們需要在重點考慮網絡規劃與優化的層面上適當選擇相關的知識點進行詳細講解，對其余內容只能一筆帶過。

 

移動通信系統的發展實質是移動通信向更快數據傳輸、更好服務的不斷發展。歷代的移動通信技術都離不開蜂窩網絡的基本架構，雖然技術細節存在很多不同，但網絡規劃和優化就是針對構成蜂窩網絡架構的每一個節點進行的，在這方面可以說是萬變不離其宗。因此我們把蜂窩網絡、天線選擇、頻率分配、覆蓋和干擾分析等學習任一代移動通信技術都不可缺少的基礎內容在前半部分的課程中進行講解，然后在講解技術方案和通信標準這些存在代差的內容時，才對各代移動通信系統加以區分。把重心放在對于經典移動通信系統的介紹，通過對不同系統的學習去更好地理解它們之間的異同，從而更進一步地體會不同系統對于系統容量，位置更新方式，鑒權方式，越區切換策略，信道的分配和使用等方面的處理，并且，更重要的，網絡規劃和優化方面的異同。

 

3 結束語

 

篇（4）

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）11-0111-03

1 概述

近年來，我國高速鐵路建設飛速發展，已經開通了滬寧城際高鐵、京津城際高鐵、京寧高鐵、武廣高鐵等多條高鐵線路，高速鐵路的運營時速普遍高于200km/h，部分高鐵列車時速已經接近300km/h，未來建設的高速鐵路時速有望超過350km/h。

高鐵列車的開通和不斷提速，方便了人民的出行，但是卻對高速鐵路移動通信的網絡覆蓋帶來了挑戰。由于高速鐵路列車為全密封鋁合金車體，穿透損耗大，降低了車廂內的覆蓋效果，高鐵列車運營時速快，接近或超過300km/h，多普勒頻移和小區間頻繁切換現象嚴重，影響了列車內的移動通信網絡質量。

隨著高鐵不斷建設和開通，國內三大運營商的移動通信網絡都受到了嚴重挑戰，都在積極規劃和解決高速鐵路網絡覆蓋問題，由于國內三大運營商各自運營的網絡制式不同、頻段不同，受到的影響程度也不相同，因此其各自制定的高鐵移動通信覆蓋解決方案也不相同。本文首先分析了高鐵的開通對移動通信的影響，并在此基礎上，結合各運營商的網絡特點，提出了針對性的解決方案。

2 高速鐵路對移動通信系統影響分析

高鐵列車對于移動通信的影響，主要有兩方面的

原因：

第一，車廂結構的變化：由于高鐵列車車廂為鋁合金結構，整體密封性能好，無線信號的穿透損耗增大，降低了車廂內無線信號的強度，從而使高鐵列車的車廂內信號場強比普通列車低，網絡覆蓋質量變差。

第二，運行速度的提升：高鐵列車的高速運行，帶來的一個最直接的影響就是多普勒頻移問題。多普勒頻移是一個運動物體普遍存在的現象，由于普通列車一般運行時速為120km/h，速度相對較低，多普勒頻移現象不嚴重。而在高鐵環境下，列車運營時速接近300km/h，遠高于普通列車，因此多普勒頻移對高速鐵路移動通信的影響更加嚴重。另外，移動通信單小區的覆蓋范圍相對固定，由于高鐵列車運行速度的增加，必然會縮短列車在單小區內的停留時間，小區間切換次數增加。而切換時造成網絡質量下降，尤其是掉話的重要原因。

2.1 多普勒頻移

多普勒效應的產生主要是由于無線電波的波源或觀察者相對于傳播介質的運動而使觀察者接收到波的頻率發生變化的現象。由于移動臺或者終端相對于基站的移動方向不同，多普勒頻移的影響也不相同。

2.1.1 移動臺（終端）向著基站的方向運動。假設移動臺的移動速度為V，而基站的下行無線信號的發射頻率為f1。由于多普勒效應的影響，移動臺接收到的無線信號的頻率為f2，移動臺以f3向基站發射上行無線信號，基站收到的來自移動臺的上行無線信號的頻率為f4，則可以

得到：

2.1.2 移動臺（終端）向遠離基站的方向移動。參考上面的分析，同理可以得到如下公式：

國內規劃、建設和運營中的高速鐵路最高設計時速為350km，而現網運行的移動通信系統的系統芯片在設計的時候，一般都考慮了頻偏的影響，采用了頻率補償算法，因此現有移動通信系統都具有一定頻率偏移的容錯能力。雖然在高速鐵路環境下的多普勒頻移現象對移動通信系統的影響較普通或者慢速移動環境下的影響嚴重，但整體影響并不嚴重，移動通信系統仍可以正常工作。

2.2 快衰落

國內運營開通的高速鐵路列車，一般運營時速接近300km/h，最高的時速接近350km/h。對于主要工作在800M～2GHz之間的移動通信系統，其快衰落的衰落深度嚴重時可能達到20～40dB，這將嚴重影響網絡覆蓋。但是我們知道，在高速鐵路覆蓋的環境下，基站一般沿著鐵路線覆蓋，周邊高大建筑物較少，因此移動臺與基站間一般都存在著直射路徑，故移動臺收到的無線信號的電頻主要受路徑損耗影響較大，而受到由多徑效應產生的快衰落影響較小。

2.3 車體穿透損耗

國內正在運營的高鐵列車目前主要有四種類型，表2為不同型號的高鐵列車的基本概況：

根據相關測試統計，CRH1型號的高鐵列車穿透損耗為20～30dB，其他型號的高鐵列車的車廂穿透損耗一般為10～15dB，由上述分析來看，CRH1型的高鐵列車的車體穿透損耗最大，因此在制定覆蓋方案需要充分考慮CRH1列車的覆蓋要求，滿足了CRH1列車的覆蓋要求，也就滿足了其他型號高鐵列車的覆蓋要求。

2.4 切換與重選

對于國內三大運營商現有的GSM、TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000四張移動通信網絡，完成一次切換的時間（工程經驗值）一次為3～5秒、1.5～3秒、0.8～3秒、0.3～5秒。故對于上述移動通信系統，移動成一次切換，要求兩個基站間的覆蓋重疊區域的長度不應該小于2×V×T/3600（km），其中V（km/h）為移動臺的移動速度，T為系統完成一次切換所需時間。

根據上面的表格，不同的系統，由于切換所需的時間不同，因此切換帶設置的距離也不相同，整體來說，GSM網絡需要的切換時間最長，需要的切換帶距離也最長，因此在實際高鐵網絡覆蓋方案中GSM網絡切換帶的設置也是需要重點關注。

3 高速鐵路覆蓋解決方案

高鐵列車高速運行對現有移動通信網絡的無線覆蓋在技術上提出了一定挑戰，根據前面的分析，高速鐵路列車的移動通信網絡覆蓋面臨的各種問題主要是由于移動臺高速移動，造成在多小區間的頻繁切換；車體結構變化，車廂穿透損耗增大；列車快速移動，多普勒效應現象嚴重。針對上述問題，相關運營商主要采用了兩種高鐵覆蓋解決方案：現網優化和虛擬專網。表4從覆蓋指標、切換指標、容量指標、建設難度及優化難度等方面對以上兩種建設方案進行了對比。

4 國內主要的高鐵覆蓋方案對比

4.1 虛擬專網方案

對于中國移動，經過多年的網絡建設，其基站較密集，尤其在市區，存在同一覆蓋區內多小區重復覆蓋的現象，尤其在市區的鐵路沿線附近，信號復雜，采用現網優化方案，網絡優化難度大，同時對鐵路沿線的基站進行大量優化調整，必將影響原有的大網覆蓋，帶來大網的網絡質量下降。因此中國移動在高鐵覆蓋方案選擇時，多選擇建設專網方式。對于采用專網建設方式，主要考慮以下四項關鍵技術。

4.1.1 網絡帶狀覆蓋。由于高鐵列車在行使過程中頻繁跨越不同小區，切換頻繁，有可能會造成掉話等網絡問題，影響網絡質量。一方面，為減少移動臺在高鐵列車行駛過程中的切換次數，需要在高速鐵路沿線建設以專門覆蓋鐵路為目的的帶狀虛擬帶狀網絡，通過對帶狀網絡的各個小區的位置、天線方向角等參數的調整，可以使高速鐵路上的移動臺首選在這個虛擬專網內部小區之間切換，而不在附近的大網內小區間切換，這樣可以降低切換的次數，降低了掉話率；另一方面，由于專網內的各個小區的位置和間距是通過鏈路預算獲得，這樣可以在保證覆蓋和小區間的切換重疊區域要求的前提下，使切換次數達到最小，從而提高網絡質量。

另外隨著技術和移動通信設備的發展，基站的形態也發生了根本的變化，現在主流的基站形態為BBU+RRU方式。在這種基站形態下，可以采用多RRU共小區技術，從而使幾個RRU的覆蓋區變成一個小區，移動臺在這幾個RRU之間移動，不發生切換，這樣可以使移動臺在十幾公里的范圍內，不發生切換，從而大大降低了切換次數，帶來了網絡質量的提升。

4.1.2 多普勒頻移的抑制方法。多普勒頻移主要與移動速度有關，因此我們可以減小列車相對與基站的移動速度，來降低多普勒頻移的影響。降低移動臺的相對移動速度，可以通過拉大基站與鐵路之間的間距來減小移動臺相對于基站的移動速度，但是由于基站和移動臺的發射功率有限，其網絡覆蓋半徑也有限，基站與鐵路之間的距離越遠，網絡覆蓋效果越差，因此不能簡單地通過拉大基站與鐵路之間的距離以降低移動臺的相對移動速度，以免影響基站對鐵路的覆蓋效果。基于上述分析，在站點資源允許的情況下，建議高鐵覆蓋基站與鐵路之間的垂直距離在100～300m之間。

4.1.3 高增益天線的采用，增加基站的有效覆蓋范圍。一方面，在基站的發射功率一定的前提下，采用高增益天線，天線的水平波瓣角變小，使無線信號的能量在某一方向上集中，從而使這一方向的基站有效覆蓋范圍增加；另一方面，較小的水平波瓣角小，也可以很好地控制專網小區信號外泄，降低對周邊大網的影響。

4.1.4 采用功分器，避免基站內部小區間切換。根據上述的分析，影響高鐵環境下移動通信網絡質量的主要原因是頻繁切換問題。在現網，一般一個基站有多個小區，而在同一基站的多個小區間，重疊覆蓋區小，無法保證高鐵列車快速運行，對切換區域距離的要求。因此在工程建設中，可以引入功分器這一器件，把一個小區的信號利用功分器平均分成兩部分，用兩幅天線輻射出去，這樣一個小區變成兩個扇區，而這兩個扇區的信號來自一個小區，在它們之間不存在切換問題，從而解決了同一基站不同小區間的切換距離不夠可能造成掉話的問題。

4.2 現網優化方案

對于中國電信和中國聯通，由于自身的網絡特點和投資特點，其在高鐵網絡覆蓋方案選擇上，多采用現網優化方案。

現網優化建設方案，考慮重點考慮以下五個關鍵技術：天線調整、波束寬度調整、功率調整、主覆蓋小區梳理、切換/重選參數優化。

4.2.1 天線調整。天線調整是覆蓋優化最優先考慮的方法，同時也是最有效的方法。在高鐵沿線基站進行天線調整時，主要進行天線的方向角和下傾角調整，調整方向角的目的是為了使高鐵覆蓋基站小區的主瓣方向沿著鐵路覆蓋，提高鐵路覆蓋效果。在高鐵沿線的基站覆蓋中，應盡量減小下傾角的設置度數，以提高單站的覆蓋范圍。

4.2.2 波束寬度調整。結合基站的位置，小區天線覆蓋方向，針對個別路段信號覆蓋仍較弱，但又無法通過天線調整來解決的，可以通過調整天線波束寬度來加強信號覆蓋。天線的波束寬度一般有四種取值：30、65、90、120。從取值我們可以看出來，波束寬度取值越小，能量可以更集中在鐵路覆蓋沿線，可以有效提高鐵路沿線的覆蓋效果。

4.2.3 功率調整。覆蓋的優化除了調整天線和波束寬度調整之外，還可以調整小區的發射功率。功率設置過高，雖然可以提高小區的覆蓋范圍，但是可能會造成鄰近的小區的干擾；設置過小，雖然可以降低干擾，但是影響覆蓋，會造成部分區域存在弱覆蓋的問題，所以在進行功率調整時，需結合現場詳細的測試，進行綜合考慮。

4.2.4 主覆蓋小區梳理。切換是造成網絡質量下降的一個重要因素，所以在滿足覆蓋的前提下，可以通過手天線調整、降功率、切換參數設置，甚至是刪除鄰區關系等手段，盡量將高鐵沿線的某些非必要的小區剔除出高鐵覆蓋區，從而達到高鐵沿線有明確的主覆蓋小區，減少乒乓效應的發生次數。

4.2.5 切換/重選參數優化。切換、重選慢導致小區邊界信號強度偏弱問題，可進行小區合并、調整切換遲滯、切換時延、加大小區偏置、遲滯、重選延遲等參數來解決。

乒乓切換問題，在車速很快的情況下，信號強度變化也快，乒乓切換往往會造成切換不及時而導致弱信號掉話。優化的手段有FR優化和切換參數優化兩種，FR優化是優先考慮的方法，但天線調整往往比較費時，所以有時也可考慮通過參數優化來達到抑制乒乓切換的效果。

5 結語

隨著中國高速鐵路的不斷提速，為移動通信的高鐵覆蓋帶來了新的挑戰，造成了網絡質量的下降，嚴重影響了用戶的感知，因此為了應對高鐵的開通運營對移動通信網絡質量的影響，需要研究和制動高速環境下的通信網絡建設方案，改善高速列車上的通信質量，滿足人們通信的需求，樹立移動運營商的良好形象。

篇（5）

 

【關鍵詞】綜合運輸；網絡優化；車輛路徑問題；雙層規劃；遺傳算法

隨著物流行業的不斷飛速發展，多種運輸方式被集成在一起共同發揮作用，綜合運輸體系不斷完善，多式聯合運輸已經成為我國乃至國際物流及運輸業發展的趨勢。在整個物流環節中，從貨品出發的源頭開始，干線運輸方式的選擇、運輸線路的優化以及末端配送的方案都是聯合運輸中的主要內容。在干線運輸環節，公路、鐵路、水運等運輸方式都已發揮了重要作用，綜合交通體系在國內和國際多個層次已經逐漸形成。

 

在干線運輸環節的優化問題，包括兩個方面，運輸方式的選擇和運輸路徑的優化，而兩個問題又是相互影響的，因此本文合并為多種運輸方式的聯合運輸優化問題。在這一方面已經有所研究。已有的文獻大多是以運輸時間長度、運輸成本費用或者服務水平中的一個或多個作為研究目標進行最小化求解，建立聯合運輸路徑的選擇與優化的模型。魏際剛等對多式聯運中系統協調問題進行了研究，提出了布局、結構、信息等5個方面的問題。劉艦等建立了基于綜合運輸成本最小和運輸風險最小的多目標綜合優化模型，孫華燦等建立了一個含路徑合理性約束的聯合運輸路徑優化模型。

 

在配送環節，一般定義為車輛問題（Vehicle Routing Problem，簡稱VRP）。蔣忠中等并采用模糊數表示車輛行駛時間和顧客服務時間的不確定性，建立了VRP的模糊規劃模型；賀國先在滿足車輛滿載約束的同時充分考慮貨物的運到期限，繼而建立配送方案模型。求解配送路徑優化問題的方法很多，常用的有旅行商法、動態規劃法、節約法、掃描法以及蟻群算法、遺傳算法和禁忌搜索等人工智能方法。

 

作為一個整體的物流過程，運輸和配送都是不可缺少的，而且兩者之間也是相互影響和作用的，上述文獻中大多數只考慮了其中某個環節，問題設定有一定的缺陷性。基于此本文將干線運輸的綜合運輸方式優化選擇和車輛路徑問題綜合考慮，建立一個統一的模型研究該問題，將運輸費用、中轉費用、運輸時間、配送費用等作為總成本聯合優化。同時考慮到問題的復雜性，本文引入雙層規劃問題求解該模型，在優化物流成本的同時也充分考慮了用戶配送選擇問題。

 

1.綜合運輸問題

物流過程中綜合運輸方式完成一次運輸任務的過程中，可包括任何兩種方式之間的轉換，即公-鐵、公-水、水-鐵、水-公、鐵-水、鐵-公。由于不同運輸方式之間相對獨立，運輸方式的轉換僅發生在樞紐點，不是任意位置。

 

一般來講，物流過程都是以公路運輸開始，以公路運輸結束。但根據物流業務的不同，兩頭的公路運輸過程可能有所差異，可能是直送，也可能是配送。為不失一般性，本文假定開頭的一段公路運輸過程，是直送，結尾的一段公路運輸，是配送過程。配送過程的優化，就是VRP問題，直送過程，會涉及到運輸方式和路徑的選擇，同中間環節的鐵路運輸、水路運輸一起，構成聯合運輸的優化問題。

 

2.綜合運輸網絡優化模型

綜合運輸雖然理論上從起點到終點中途可以多次變換運輸方式，但在實際中，這樣處理不但會大大加大運輸成本，降低經濟效益，而且考慮到物理設施建設的有限性，實際運作也不具有可行性，因此，根據當前運輸領域運作實際，我們假定直接連接起點和終點都是公路運輸方式，后續可根據需要變換方式和路徑，并且整個物流過程中，變換運輸方式最多2次，否則視為不合理路徑。根據上述描述，可構建聯合運輸網絡圖如圖1所示。但需要注意的是，終點位置并不是唯一的，終點位置會直接影響到配送總費用，終點位置的確定也就是設施選址問題。配送過程從圖1終點出發，配送到附近的多個網點，完成整個物流過程。

 

2.1 綜合運輸優化模型

圖3構建了一個無向圖G=（V，E），V表示網絡中的所有物流中轉或起止節點；E表示邊集，包括不同方式的運輸線路和運輸方式之間的轉換連接。起點出發都統一用公路運輸。模型假設在兩個節點之間貨物不可分割，即2個節點間只能選擇一種運輸方式，每個節點有資格和能力進行轉變運輸方式的操作，會花費時間和經濟成本，但不考慮倉儲費用。

 

聯合運輸環節建立模型如下：

目標函數由運輸費用、變換運輸方式費用（簡稱換裝費用）構成。式（1）中表示從節點i到i+1之間，運輸方式為k時的運輸費用；，1表示選擇該k種運輸方式，0表示不選k種運輸方式；表示在節點i由k到l的換裝費用，，1表示節點i選擇由k到l，0表示節點i不選擇由k到l。式（2）表示2個節點之間只能選擇一種運輸方式，式（3）表示在某一個節點處，至多發生一次轉換，式（4）表示如果在節點i運輸方式由k轉換為l，則從節點i-1到城市i，運輸方式為k，從節點i到節點i+1，運輸方式采用l。

 

2.2 車輛路徑問題

車輛路徑問題是指在客戶需求位置已知的情況下，確定車輛在各個客戶間的行程路線，使得運輸路線最短或運輸成本最低。配送中心配送的車輛調度及路線安排問題可描述為：在配送中心位置、客戶點位置和道路等已知的情況下，對m輛車，n個客戶點，確定車輛分配（每輛車負責的客戶點）及每輛車的行車路線，使成本最小。

 

其中J為服務網點的集合，K為配送車輛的集合，QK是車輛的最大容量，Cij是從i到j的配送費用，dj網點j的需求量，Ujk是顧客被訪問的順序號，N是網點總數量，，若車輛k從顧客i行駛到j則為1，否則為0。式（6）為目標函數，以總的配送費用最小為目的。式（7）為每個顧客只能被服務一次的約束條件。式（8）為防止同一個地點之間巡回的約束條件。式（9）是車輛容量限制約束條件。式（10）是保證巡回路為封閉回路的約束條件，即車輛從物流中心出發，最后一定要再回到物流中心。

3.雙層規劃模型

篇（6）

分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2007)03-10695-02

1 引言

寬帶城域網作為數據、語音、視頻及其它新興增值業務的承載平臺，要求能提供99.999%的電信級可靠性。而傳統的IP協議只能提供盡力而為的服務、傳統的路由協議收斂也比較慢，只能提供99.9%的可靠性，已經不能滿足承載實時業務的需求。

2 MPLS基本原理

MPLS（Multi-Protocol Label Switching，多協議標簽交換）是一種將具有相同轉發處理方式的分組歸為一類（Forwarding Equivalent Class，轉發等價類FEC）的分類轉發技術。[1]在MPLS網絡中，通過LDP（Label Distribution Protocol，標簽分配協議）可以動態地建立一系列由源到目的LSR（Label Switching Router，標簽交換路由器）的LSP（Label Switching Path，標簽交換路徑），形成邏輯的全網狀拓撲結構。[2]進入MPLS網絡的IP分組被封裝成標簽分組后基于標簽高速網轉發，而不需要進行復雜的路由查找和轉發。MPLS結合了IP與ATM技術的優點，路由功能強大靈活，能滿足各種新應用對網絡的要求。

3 基于IP城域網的MPLS規劃

3.1 規劃基于IP城域網的MPLS域

使用華為Quidway S8016交換機組建基于IP城域網（Area 0）的MPLS域（MPLS Domain），其中核心層包括LSR1和LSR2兩個節點，向上連接城域網出口LSR0，負責各種寬帶業務的匯接。匯聚層節點與核心層使用主備線路互聯，匯聚接入層業務，拓撲結構如圖1所示：

圖1 拓撲結構圖

3.2 流量分擔和網絡備份

為了提高網絡的可靠性，MPLS域中的流量一組主用到LSR1的鏈路上行，另一組主用到LSR2的鏈路上行，主用鏈路的cost（10）值小于備用鏈路的cost（30）值。在正常工作情況下，LSR1和LSR2共同分擔整個網絡流量，當其中一個節點失效后，另一個節點能夠承擔起所有的流量，保證業務的正常運行。[3]可以同時使用以下兩種方式：

靜態路由協議：靜態路由是由管理員手工配置而成，優點是配置簡單、易于維護、不消耗路由器和鏈路資源并可以為重要的應用保證帶寬。因此，為保證骨干網核心層鏈路帶寬和可靠性，在LSR1上配置兩條靜態默認路由，高優先級指向LSR0，低優先級指向LSR2。而且一定要使LSR1與LSR0互聯的VLAN僅包含其和LSR0互聯的物理接口，這樣，在上行物理接口down掉后，VLANif接口也是down掉了。保證了高優先級的靜態路由失效，而低優先的靜態默認路由生效。LSR2也做同樣配置。但是當網絡故障發生后，靜態路由不會發生自動變化，必須有管理員的介入。

動態路由協議：IP動態路由協議是最基本的網絡層可靠性保障機制，負責進行網絡層IP轉發路徑計算，當主用路由或者節點發生故障導致原數據轉發路徑中斷時，對數據轉發路徑進行動態重新計算，自動使用備份鏈路。由于整個系統運行在一個區域AREA 0中，所以城域網的IGP選擇OSPF（Open Shortest Path First，開放最短路徑優先協議）協議。其優點是提供路由分級管理，在減少網絡振蕩的同時路由變化收斂速度快（平均水平在秒一級）。通過加快鏈路之間Hello消息的發送頻率，加快SPF計算速度和為路由更新消息設定高優先級等優化措施，OSPF可以快速發現、處理故障，并且準確快速地進行路由更新，加快路由協議的收斂，通過優化IGP路由協議可以實現小于1s的收斂。對于傳統IP業務這個恢復時間可以接受，但是對于承載實時業務等多業務的電信級IP網來說要求毫秒級恢復響應時間，傳統IP動態路由技術和這一要求有很大差距。

3.3 MPLS快速重路由

MPLS快速重路由（Fast Reroute，FRR）技術優勢是：可以提高保護恢復的速度；通過有選擇的在網絡薄弱環節配置保護能力，避免了在可靠網絡重復保護、無謂消耗核心網絡資源；可以實現在沒有信令介入情況下，由故障檢測點直接對故障鏈路流量根據預先設定的保護路徑進行重定向。啟動FRR的方法是在LSP的入口LSR使用“ip-reroute”命令，入口LSR會向LSP上的所有LSR發送信令，每個LSR都計算出一條旁路下一跳LSR的備份LSP，當LSP上的LSR檢測到下游故障時，由該LSR將本地將流量切換到備份LSP內。

FRR切換時間由兩部分組成：一部分是鏈路/節點失效的檢測時間，可以通過雙向失效檢測協議（BFD協議）或RSVP Hello（Resource reSerVation Protocol，資源預留協議）實現。BFD是一種不依賴于任何其他協議或應用、不影響設備性能的硬件實現辦法。BFD協議通過定期發送基于UDP的故障檢測數據包，檢測和判斷傳輸鏈路、光接口和設備端口的中斷故障以及鏈路層以上存在的誤碼、丟包等軟故障。缺省檢測間隔是10ms，連續3次檢測到故障（即30ms）就判斷鏈路故障。另一部分是切換流量的時間，主要由CPU及系統的負載程度決定。S8016的高可靠性設計（主控板和網板的主備倒換和路由表一致性檢查）配合MPLS流量工程技術完全可以使切換在20ms內完成。因此MPLS FRR可以提供50ms內的保護切換，完全滿足城域網承載實時多業務的可靠性需要。

4 結束語

對城域網MPLS域內鏈路進行系統地規劃，使用FRR并結合BFP、流量工程等技術，完全能夠滿足骨干網絡對電信級的高可靠性要求。

參考文獻：

[1][美]Eric Osborne,Ajay Simha.基于MPLS的流量工程[M].張輝,盧煒.北京:人民郵電出版社,2003.18.

篇（7）

中圖分類號: TN91文獻標識碼: A文章編號: 1007-3973 (2010) 04-047-02

1 前言

隨著農村經濟的不斷發展,廣大農民朋友在物質生活水平不斷提高的同時也對精神生活產生更高的需求,為適應這一需求,也為增加公司效益,各網絡公司也都加大了農村網絡的擴建和投資。在此,根據我個人的工作經驗,從機房的建設、干線路由的建設和分配網絡的建設三方面來具體談談農村有線電視網絡的規劃與設計。

2 機房的建設

2.1 機房的選址

機房的位置應位于所要覆蓋自然村的中心位置,機房距離最遠自然村最大距離不能超過10KM(圖1),這樣不僅方便網絡的施工和維護,還有利于將來雙向網絡改造和增容。通常出于安全和用電等各方面的因素的考慮,機房都設立在鄉(鎮)政府內,這樣的話不但安全,而且用電也比較正常。如果條件不允許的話也可以將機房設在學校或民房內。將機房設在鄉(鎮)政府所在地的還有一個好處是:這些地方一般情況下人口都比較集中,而且經濟狀況相對于其它地方來說也更為發達,入戶率相應就比較高,這樣的話不僅便于前期用戶的發展和資金回收,同時也能起到很好的宣傳作用。

圖1機房位置選定示意圖

2.2機房的建設

首先:機房的大小要根據實際需要來定,并不是說越大越好,太大的話,會增加很多沒必要的投入;太小的話,影響將來其他業務的開展;因此,必須有個科學合理的規劃才行。其次:機房在建設過程中,要根據實際需要敷設用電線路,要有獨立的接地系統,對門窗該加固的一定要加固,必須做到防火、防盜、防雷同時還要防鼠。最后:要對周邊的供電情況進行調查,如有必要可在機房增加UPS電源。

2.3 注意事項

機房是整個網絡的核心,因此必須做好“防火、防盜和防雷”工作,因為無論哪一樣對機房造成的破壞都是很嚴重的。我們必須定期對各無人值守的機房進行檢查,在條件允許的情況下,可以在機房安置遠程監控系統,從而將各種安全隱患消滅在萌芽狀態,以確保各項工作都萬無一失。

3 干線路由的建設

3.1 桿路的選擇

干線路由一般都采用自建桿路,雖說這樣前期投資較大,但是避免了借用其它桿路而帶來各種糾紛與安全隱患。由于電信的桿路已經基本實現村村通,并且規劃也比較科學;因此,在我們的桿路建設過程中可以以電信桿路為參考,這樣可以節省大量的勘測費用和時間;當然,我們還要根據自身的實際情況而定,不能一概照搬。

3.2 干線光纜的確定

首先要對整個鄉鎮進行整體規劃,這是一個比較重要的過程,因為它直接決定了將來網絡的規模和投入資金的多少。因此,必須對各村的整體情況要有比較全面地了解,在規劃的過程當中確定好各村的光節點位置與數量。通常每個光節點預留2芯光纜,將沿路各光節點集中起來統一起來從而確定的主纜芯數(詳見圖2)。

圖2 干線光纜分布示意圖

3.3 注意事項

新建桿路在規劃的過程中盡量規劃在視野開闊地帶,這樣不僅方便施工和維護,而且對盜竊光電纜的犯罪分子有一定的威懾作用;同時還要做好宣傳工作,并且在光纜上懸掛明顯的警示標志,這樣可以在很大程度上保證光纜干線的安全。

4 分配網絡的建設

4.1 桿路的選擇

由于農村地廣戶稀,如果都采用自建桿路的話,往往投資成本都很高,與相對較低的入戶率相比,這將會是一個很大的包袱,有時甚至會出現新建桿總數比接入用戶數還多現象;因此,對于農村網絡的敷設而言,桿路的選擇至關重要。我個人的經驗是:與村上和供電局協商,給對方一定的優惠條件,從而利用已有的電力桿路架設村內的分配網絡。

4.2 分配網的設計

由于現在城區已經開始實施雙向網絡建設,因此分配網采用860MHZ系統設計,先只滿足單向的有線電視模擬信號,兼顧以后傳輸單向的有線電視數字信號和將來的雙向傳輸。分配網通常采用星型拓撲結構,但是由于受到地理環境等各方面的影響,要想完全采用星型結構通常是很難實現的,所以大部分的農村網絡都采用星樹結合的拓撲結構,但要堅持以星型拓撲結構為主。考慮到農村用戶比較分散的特點,根據用戶的分散程度,通常采用300-500戶為一光節點,有條件的話可以將每個光節點的覆蓋范圍控制在300戶以內(見圖3)。如此一來,干線距離就不會很長,一般情況下放大器的級聯不會超過三級,干線部分我們就可以采用價格相對便宜的75-9電纜,同時干線部分只占用較少的性能指標,從而可以將節省下來的指標留給用戶放大部分(這部分我們可以用價錢比較低廉的國產模塊放大器件),下線部分采用75-7電纜,并且只在有用戶的地方作下線,這樣不僅能夠節省材料而且可以有效的防止用戶私拉亂接;如果整條街道都沒有用戶的話,可以暫時考慮不布網,這樣不僅可以節省資源(材料和用電),而且可以避免因盜竊和損壞而造成的損失。

圖3 分配網施工圖

4.3 供電系統

供電方面我們采用60V集中供電形式,這樣的好處有2點,首先:供電器的安裝位置比較靈活,我們可以為供電器選擇一個安全、可靠的接入點;其次:在設備的安裝,調試過程中更加方便、安全,并且便于維護和管理;最后:末級放大器之后的電纜和分支器都不需要過電,因此,分支器建議采用普通室內型分支器,分支器與電纜連接建議采用普通F頭,再加防水盒保護,這樣很大程度上減少布網成本(見表1)。由于電流在主干電纜中傳輸,這就要求我們在施工過程中每一個接頭都必須科學規范并做好防水處理,這樣才能保證網絡安全運行。

表1兩種連接方式成本對比表

注:分支器型號為4分支,價格參照咸陽廣電網絡采購價。

3.4 注意事項

當村內網絡敷設在電力桿路上時,一點要做好安全防范工作,在與電力線交叉或距離過近的位置增加防電護套,同時做好接地工作,并且在電力桿末端位置增加拉錨;當村子在公路兩側,尤其是在省干、市干線路兩側時,應盡量減少跨路線纜的次數,以減少可能存在的安全隱患;在分支分配器的空余口應增加75歐姆的終端負載,以免出現信號泄露和形成干擾。

5 總結

以上幾點,是本人在實際工作中的經驗之談,限于本人能力有限,難免出現不足之處。規劃設計工作有其自身的多樣性及地域性特點,必須因地制宜、科學規劃設計,才能建設出適合自身發展需要的有線電視網絡。

篇（8）

危險物品是一類具有物理、化學或生物特性的物品，容易在生產、貯存和運輸中引起泄漏、燃燒、爆炸和中毒等災害事故，往往對影響范圍內的人口、財產和環境造成嚴重傷害。為了盡量減小危險物品的運輸風險，實踐中常采取強化駕駛員培訓、規定危險物品容器規格、規范危險物品的運輸車輛標志和安全技術條件等措施。

在已有的研究中，考慮了運輸管理者和運輸者的相互作用和不同決策目標。但是，尚未考慮路段風險和費用參數的隨機性，尚未評價參數隨機性對運輸管理者和運輸者決策行為的可能影響，也未研究其對危險物品運輸網絡設計的影響，難以保證危險物品運輸網絡的穩健性。鑒于此，筆者在已有研究的基礎上，構建了在隨機性風險和費用參數條件下，運輸管理者和運輸者相互作用的隨機雙層規劃模型，上層模型描述運輸管理者規劃危險物品運輸網絡使風險最小，下層模型描述運輸者在運輸管理者規定的危險物品運輸網絡中選擇路徑使運輸費用最小。設計了基于隨機模擬的遺傳算法求解該隨機雙層規劃模型。

為便于研究，本文作如下假設：假設在危險物品運輸網絡的設計中，運輸管理者僅考慮使運輸風險最小，運輸者選擇運輸路徑僅考慮使運輸費用最小。采用事故率風險模型測度危險物品的運輸風險，以事故率表示路段的單位運輸風險值，即每十億車·公里發生的事故次數。假設運輸網絡中路段運輸費用和風險具有隨機性，服從對數正態分布，忽略動態性。因此本文模型屬于靜態模型，適用于中長期危險物品交通規劃和政策評價。忽略路段上危險物品交通量對路段行程費用和風險的影響，危險物品的交通分配服從最短路分配原則。

模型求解

雙層規劃問題是一個NP-hard問題。其求解算法主要有極點搜索方法、罰函數方法、分枝定界法、進化逼近方法等。隨機雙層規劃問題由于參數具有隨機性，增加了問題的復雜性。對隨機變量為連續型隨機變量的情形，可以采用以抽樣為基礎的分解和近似策略，用一系列抽樣點的積分值表達期望值，從而將其轉化為確定型規劃。其中，蒙特卡洛積分策略可以描述為：設機模擬的遺傳算法求解隨機雙層規劃的思想可以表達為，在上層規劃可行集中隨機產生初始種群，種群中的各個個體對應不同的危險物品運輸網絡設計方案；根據上層規劃的隨機種群，求解下層規劃對應的隨機規劃問題，并將計算結果反饋給上層規劃。上層規劃根據反饋結果計算上層規劃種群中個體的適應度，并對種群進行選擇、交叉和變異等操作。循環迭代上述過程，直至滿足中止條件。

基于隨機模擬的遺傳算法的具體步驟如下：

Step1：隨機抽樣。隨機產生服從相應概率密度函數的個樣本。

Step2：輸入參數。輸入種群規模，交叉概率，變異概率和迭代次數。

Step3:產生初始種群。在可行集中隨機產生規模為pop_size的初始種群。

Step4:適應度計算。根據蒙特卡洛積分策略，計算個體的目標函數值和適應度。

Step5:遺傳操作。對種群進行選擇、交叉、變異和重插入等遺傳操作。

Step6:中止條件判斷。如果群體中的最優適應度在規定的進化代數內沒有改善，或者迭代達到規定代數，停止迭代。此時具有最優適應度的個體作為最優解。否則轉Step4。

算例分析

設有如圖1所示的運輸網絡，共有8個節點和15條路段。路段事故率和費用值均服從對數正態分布，概率密度函數的均值和均方差見表1所示。為簡化計算且不失一般性，設路網中危險物品有2個OD對交通量，第1類危險物品從節點1到節點8的交通量為1，第2類危險物品從節點2到節點8為的交通量為1，其中路段6-7、6-8和7-8上兩類危險物品的事故率和費用概率密度函數不相同。

為了研究危險物品運輸網絡規劃問題，分析三種情景。第一種情景是忽略運輸管理者的管理行為，假設管理者不規定危險物品運輸網絡，運輸者可以選擇任意路徑通行危險物品運輸車輛。此時，危險物品運輸網絡規劃問題，本質是運輸者選擇運輸路徑使運輸費用最小，對應的規劃模型是模型式(1)～(6)忽略上層規劃的情形。第二種情景是忽略運輸者的路徑選擇行為，認為運輸者必須選擇運輸管理者指定的風險最小路徑。此時，危險物品運輸路徑規劃問題，本質是運輸管理者規劃運輸路徑使運輸風險最小，對應的規劃模型是模型式(1)～(6)忽略下層規劃的情形。第三種情景是同時考慮運輸管理者和運輸者的決策行為，認為運輸管理者和運輸者相互作用。運輸管理者的決策影響運輸者的決策，運輸者是在運輸管理者規定的危險物品運輸網絡中選擇運輸模式和路徑，作出出行決策，從而使運輸費用最小；同時，運輸者的決策又反過來可以影響運輸管理者的決策行為。此時，危險物品運輸路徑規劃問題，本質是運輸管理者和運輸者相互作用的雙層規劃模型，對應的規劃模型是模型式(1)～(6)的情形。根據雙層規劃模型式(1)～(6)，不同情景下的求解結果見表1。

表1中的數據表明，三種情景的求解結果和目標值并不一致。在事故率和費用值忽略隨機性（取點估計值）情形下，最小費用路徑是1-3-8和2-5-6-8，最小風險路徑是1-3-8和2-5-7-8，考慮管理者和運輸者相互作用時的最有路徑是1-3-8-7-5-2，此路徑具有最小的風險值92.1801，但是費用值87.5093遠大于最小費用值22.9930。在考慮參數隨機性條件下，具有類似的結論。結果表明，危險物品運輸網絡規劃中，采用不同的規劃主體和規劃目標，會產生不同的規劃方案，為保證網絡規劃的科學性，應該考慮運輸管理者和運輸者決策行為的相互作用。

篇（9）

近年來，隨著經濟發展和新農村建設的推進，有線電視已經逐漸進入千家萬戶，并且網絡方式逐漸從模擬過渡到數字化，由單向管理變為雙向管理，增強了有線電視用戶的自主選擇性。這是新農村建設中的一項重要舉措，也是規范有線電視網絡的必要途徑之一。但是在新形勢下，對有線電視網絡的管理面臨新的機遇和挑戰，電視網絡不僅要方便統一管理，提高經營效率和效益，更要適應廣大用戶的實際需求。長期以來農村電視網絡的管理方式并不理想，以致電視網絡常年滯后，難以得到更新。本文針對我國一些農村的有線電視管理經驗，初步總結了規范有線電視網絡的一些有效舉措。

一、規范服務制度

一般而言，廣電網絡公司在農村電視網絡管理中居于壟斷地位，競爭機制的缺失使得運營商的服務態度和服務制度都不盡人意。規范的管理往往取決于細節，所以服務制度有必要得到改善。建立規范合理、人性化的管理制度，不僅有利于了解到用戶需求和意見，還能從根本上提升自身的經濟效益。

（一）服務程序標準化

在統一規范的管理制度的基礎上引導服務程序，力求服務程序規范化。在標準化的服務制度的指引下，確定規范的服務程序和環節。對所有用戶一視同仁，提升工作人員的服務態度和效率。通過為服務環節制定統一的標準，不僅能提高職工的業務素質，明確職責所在，在有效的服務過程中提升自身技能，進而提高網絡公司的整體運營效率和質量。

（二）服務態度主動化

作為企業，就應本著“顧客是上帝”的原則來對待所有客戶，全心全意為民謀利，維護用戶的合法權益，將服務態度由被動變為主動。為了更好地滿足有線電視用戶的實際需求，廣電網絡公司應做到以下幾點：首先，應對電視網絡發生的突發狀況，要有系統的維修程序和規定。比如信號中斷、網絡不穩定等情況，應及時予以檢查和維修，在規定時間內完成維修任務。其次，完善服務體系，各鄉鎮設立專門的網絡服務點，負責處理有線電視網絡的業務受理、收費繳費、安裝、系統維護、用戶咨詢等工作，確保有求必應，處理及時。再次，網絡管理工作人員在與有線電視用戶的溝通過程中，態度盡量熱情友善，變被動為主動。溝通方式除了電話和網絡以外，還可以通過實地調查等方式進行，切實了解客戶需求并及時予以解決。

二、規范成本管理

廣電網絡公司作為以營利為目的的企業，只有規范成本管理，才能實現成本的最小化和利益的最大化，從而提高企業的整體經濟效益。規范成本管理應從財務管理、資產管理等方面進行。

（一）合理分布服務點

為了避免企業內部出現人多事少或人少事多的現象，應該合理安排服務部門和分布點。當前體制下，很多鄉鎮沒有網絡服務點，縣級網絡公司閑置部門人多，實際外出維修人員相對較少，應把縣級閑置人員下派到鄉鎮，設立網絡管理服務站，根據鄉鎮人口分布狀況和地形分布等因素確立鄉鎮網絡服務站的位置和規模，以免浪費不必要的人力和財力。

（二）財務管理

作為成本管理的核心內容，財務管理在企業內部的管理占有舉足輕重的地位。部分鄉鎮由于沒有網絡管理站點，在財務管理上存在各種不力，比如發票不正規、用戶消費檔案管理不到位，收支情況缺乏必要的監管，亂收費等等。為了杜絕這些現象，要從以下幾點進行完善：首先，建立規范的財務系統，保證財務正常運營。其次，讓員工積極參與到財務管理中來，為如何理財出謀劃策，使用最小的支出謀求最大利益。最后，建立合理的收費制度，定期繳費，提前催費，收費后建立真實全面的檔案。嚴格監管收費程序和費用。

（三）資產管理

企業資產以檔案形式進行管理，將責任明確到位。對有線網絡的收費情況定期進行審計和總結，分季度或者分年進行。在科學發展觀的指引下積極引進節能環保的硬件材料，以提高網絡設備的使用壽命和周期，減少不必要的維修和更換費用。此外，提高能源的利用率，特別是偏遠地帶，根據實際情況將廢棄設備回收利用，節約開支。

三、規范人事管理制度

優秀的企業領導是決定企業成敗的關鍵，所以網絡公司應該慎重選擇和聘任領導。電視網絡公司的負責人除了應具備必要的專業知識和技能以外，還要具備良好的個人素質和管理能力，并經過重重選拔之后上任，在試用期合格后方可正式上任。而鄉鎮網絡服務站應該是在技術上占優勢的管理人員，具備良好的網絡安裝和維修技能，直接服務地方電視網絡。同時，以合理的獎勵制度來促進企業的發展的電視網絡的優化，根據每個鄉鎮的運營情況優劣，予以適當的獎懲。

四、結束語

如今，作為人們日常生活必不可少的有點電視，只有在規范的管理下方能保證電視網絡的正常運行。所以，廣電網絡公司應該本著服務優良化、成本最小化和人事管理規范化的原則，對當地有線電視網絡進行有效管理。

參考文獻：

篇（10）

中圖分類號： TP393

文獻標志碼：A

0引言

近年來，物聯網因其巨大的應用前景已成為各國政府、學術界和工業界極度重視的研究熱點。無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network， WSN）是由部署在監測區域內大量傳感器節點相互通信形成的多跳自組織網絡，是物聯網底層網絡的重要技術形式。目前大規模無線感知網絡在軍事、智能交通、環境監測、地震冰災和現代農業等領域的應用需求非常迫切[1]，而如何有效解決能耗問題[2]，提高網絡生命周期一直是其核心研究問題[3]。

現有的物聯網中無線感知網絡的規模一般都較小，節點數目大多在幾十到幾百個。而在大規模的監測系統應用背景下，為獲取精準的監測數據，通常需在監測范圍內布置大量的傳感器節點來采集數據，呈現出分布范圍廣、規模大、數量多且密度不均勻等特征。另外，若大量傳感器節點將感知到的數據經過多跳傳輸到匯聚中心會加快匯聚點周圍節點的能量消耗，即產生能量空洞問題[4]，從而縮短了網絡生命周期。

針對大規模傳感器網絡中節點數量多且分布不均勻的情況，提出一種基于區域分簇的大規模無線傳感器網絡生命周期優化策略（Regional Clusterbased lifetime optimization Strategy， RCS），該策略將大規模網絡劃分成區以均衡簇首分布，各區彼此獨立，區內并行采用不均勻分簇以緩解能量空洞問題；簇間通信時構建基于網絡能量代價的最小生成樹，合理有效地進行多跳路由。實驗結果表明，該算法能有效提高網絡運行效率，均衡網絡能量消耗，延長網絡生存周期。

1相關工作

在無線傳感器網絡體系結構中，基于分簇的層次式路由具有拓撲管理方便、能量利用高效、數據融合簡單等優點[5]。經典的低功耗自適應集簇分層協議（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy， LEACH）[6]隨機選舉簇首，并以單跳方式讓簇首與匯聚點直接通信。基于簇首距匯聚點距離較遠，又傳感器節點通常由電池供電而受能量約束，研究表明，簇首與匯聚點通信時采用多跳路由更有利于節約能量[7]。Younis等[8]提出的混合式分簇（Hybrid EnergyEfficient Distributed clustering， HEED）協議先根據節點的剩余能量選取簇首，然后以簇內部通信代價的高低競爭選出最終簇首，由于需要在簇半徑內進行多次消息迭代，其通信開銷也比較顯著。文獻[9]首次提出利用非均勻分簇解決能量空洞，但其考慮的是一個異構網絡，簇首為超級節點，且事先計算好節點部署位置，無動態構造簇的操作。文獻[10]提出的聚類方案（EnergyEfficient Clustering Scheme， EECS）中，通過考慮候選簇首到匯聚點的距離遠近構造不均勻的簇來均衡簇首負載，但其只是在局部比較節點剩余能量，沒有從整體協調節點能耗，并且簇間通信同樣采用單跳通信，限制了算法的擴展性，不適合在大規模網絡中使用。

Li等在文獻[11]中提出了一種將非均勻分簇與簇間多跳路由有機結合的路由協議（EnergyEfficient Uneven Clustering， EEUC），利用非均勻競爭半徑使得靠近基站的簇的成員數目相對較小，從而簇首能節約能量以供簇間數據轉發使用，均衡網絡中所有節點的能量消耗。文獻[12]中繼承非均勻分簇結構，并在此基礎上結合蟻群算法進行路由優化，引入鏈路可靠性和實時性參數進行多路徑搜索，更新信息素并設計下一跳概率公式，但是這樣的策略易陷入局部最優。文獻[13]則針對網絡中耗能不均問題提出一種基于馬爾可夫博弈的能量均衡路由算法，定義了能量和信譽值的二元收益函數，給出節點轉發的狀態轉移概率，并根據收益函數進行能量調節，求解出能量和收益之間的均衡系數，促進節點間的合作，實現節點能量的均衡消耗。另外，隨著傳感器網絡應用的拓展，網絡服務質量（Quality of Service， QoS）路由算法也成為研究的熱點之一[14]。

上述優化無線傳感器網絡生命周期的方法主要可以歸納為：1）現有的算法在感知節點龐大的情況下，因網絡內每個節點需參與簇首競爭進行比較，整個網絡消息量會因此驟增，效率不高。2）節點競選簇首時考慮其剩余能量雖有利于均衡網絡能耗，但在節點分布密集程度不同時可能當選的簇首不理想，不能均衡節點能耗。

因此，本文提出的基于區域分簇的大規模無線傳感器網絡生命周期優化策略RCS是在傳感器節點數量龐大、分布不均的情況下先劃分網絡進行局部并行分簇，不僅減少通信量，提高運行效率，也能均衡簇首分布。采用不均勻分簇，并設置時間閾值控制簇首競爭的比例，提高競爭效率。在簇間通信時綜合考慮簇首節點之間的通信能耗、剩余能量和與Sink的距離來構建基于網絡能量代價的最小生成樹進行多跳路由，均衡簇首能耗，從而有效延長網絡生命周期。

2大規模傳感器網絡的區域劃分策略

2.1網絡模型及假設

考慮在一個矩形監測區域內隨機部署n個傳感器，周期性監測周圍環境進行數據采集，匯聚點Sink位于區域中心。假設此時網絡能覆蓋全部監測區域。si表示第i個傳感器節點，則節點集合為S={si1≤i≤n}。有以下假設：

1）所有節點都是同構的，且都有唯一的ID；

2）節點部署后均不會發生位置移動，可通過某種定位算法獲知自身的地理位置；

3）鏈路對稱，若已知對方發射功率，可根據接收信號強度指示（Received Signal Strength Indication， RSSI）計算其到發送者的近似距離；

4）根據接收者的距離遠近，節點可以自由調整其發射功率以節約能量消耗。

2.2能耗模型

無線傳感器網絡中節點的能耗來源主要有數據的采集、融合與傳輸，其中數據傳輸所消耗的能量遠遠大于其他部分的能耗[16]。因此，本文主要考慮網絡中數據傳輸能耗，采用典型的無線通信能量耗費模型，見式（1）。節點發送l比特的數據到距離為d的位置，其能耗為：

ETx（l，d）=

lEelec+lεfsd2，d

lEelec+lεmpd4，d≥d0 （1）

其中，Eelec表示發射電路損耗的能量。若傳輸距離小于閾值d0，功率放大損耗采用自由空間模型；若傳輸距離大于等于閾值d0時，采用多路徑衰減模型。εfs、εmp分別為這兩種模型中功率放大所需的能量。同樣，節點接收l比特的數據消耗的能量為：

ERx（l）=lEelec（2

此外，用EDA表示融合單位比特數據消耗的能量，即簇首節點進行簇內數據融合的時候，每處理1b的數據需要的能量損耗為EDA。

2.3網絡分區

在已有算法的初始階段，網絡中所有節點都要在全局內進行判斷是否成為簇首節點，并在簇首選定后以自組織的方式形成簇，這就需要一系列的廣播和設置工作。在節點數目龐大且分布不均勻的情況下，由于所有節點都要參與比較，從總體上看，整個系統發送的廣播數量非常多。圖1給出本文網絡分區拓撲示意圖，感知節點隨機分布在監測區域內，有密集程度區分，Sink節點位于區域中心。

本文采用層次聚類算法先將大規模網絡劃分為若干子區，各區獨立選舉簇首和分簇以提高并行效率，減少所有節點的能耗。在網絡分區階段，節點首先將自己的位置信息發送給匯聚點，由匯聚點根據節點間的距離將整個網絡劃分為多個子區域，規定每個節點只隸屬于一個區。劃分結束后，由匯聚點向節點廣播子區劃分的相關信息，最后由各個節點根據這些信息及其位置確定所屬的子區。劃分好的子區在整個網絡生命周期內固定不變，以減少頻繁分簇的能量消耗。

由式（1）可知，節點之間數據傳輸的能耗與距離密切相關，所以分區時采用凝聚的層次聚類方法――AGNES（Agglomerative Nesting）[17]，基于節點間距離對各節點進行聚類劃分網絡，劃分后的各子區內節點分布相對均勻。需要注意的是，這里只考慮距離因素，而對其他可能對網絡生命周期也有影響的因素如剩余能量不作考慮，因為節點的剩余能量是實時變化的，這樣會導致分區也要動態變化。為防止過度擬合，減少離群點對聚類結果的影響，需設定閾值M（M∈（0，1）），即當被聚類的節點數占總數的比值為M時，聚類停止。這樣，將分布相對均勻的節點劃分到一個區域里，各區節點只需進行局部通信來競選簇首，既改善簇首分布不均勻問題，又減少了通信代價。

如圖2所示，經過聚類后，圖1的整個網絡會被劃分成3個密集程度不同的子區。在數據傳輸過程中，子區內的感知節點將數據傳給競選出的簇首再傳給匯聚點Sink；而對于子區之外的感知節點，稱為離群點，在數據傳輸過程中，選擇距其最近的簇并將數據傳輸給區內與其最近的節點或是直接傳給匯聚節點Sink。

3分布式的區域內分簇策略

從圖2中可以看出，監測區域內感知數據需以多跳的方式傳送到匯聚點，易導致在匯聚點周圍形成能量空洞，進而無法將感知數據送達到匯聚點，嚴重影響網絡壽命[2]。實驗結果[18]表明，一個傳感器網絡生命結束后，總的節點剩余能量超過90%。本文經過上述網絡分區后將網絡劃分為若干個子區，各區彼此獨立，而區內依據局部競爭，采用分布式的不均勻分簇策略以緩解能量空洞問題，有助于提高競選效率，延長網絡生命周期。

3.1分簇策略

本文分布式的區域內分簇策略按周期性進行數據采集，每輪包括設置和穩定兩個階段，在設置階段完成簇首競選和組簇的工作，數據的收集和融合處理、簇間通信則在穩定階段進行。在設置階段開始時，匯聚點Sink廣播一條用于網絡初始化的消息，節點根據接收到的消息強度計算與 Sink的距離。

3.1.1 競選簇首

同EEUC[10]中，參與競選的候選節點都維護一個鄰居節點表，見表1，并按一定規則競爭出最終簇首。

表1中，id字段為節點的唯一標識；state字段表示節點狀態，為“Candidate”；Eres是鄰居節點的剩余能量；dtosk是鄰居節點到匯聚點Sink的距離長度。

規則1在競選過程中，若候選簇首si宣布其競選獲勝，則在si的競爭半徑內的所有候選簇首均不能成為最終簇首，需要退出競選過程。

而候選簇首si的鄰居節點集合包括與si具有規則1所約束的競爭關系的所有候選簇首節點，其定義如下：

定義1在RCS簇首競選算法中，候選簇首si的鄰居節點集合si.Neb為：

si.Neb=

{sj|sj是候選簇首，d（si，sj）

每個候選簇首的競爭范圍為Rcomp[9]，見式（3）：

[12]MIAO C， CHEN Q， CAO J， et al. Energy balanced uneven clustering algorithm based on ant colony for wireless sensor network[J]. Journal of Computer Applications， 2013， 33（12）： 3410-3414. （繆聰聰 陳慶奎 曹劍煒，等. 基于蟻群的無線傳感器網絡能量均衡非均勻分簇路由算法[J]. 計算機應用， 2013， 33（12）： 3410-3414.）

[13]DONG R， MA Z， GUO Y， et al. A Markov game theorybased energy balance routing algorithm[J]. Chinese Journal of Computers， 2013， 36（7）：1500-1508. （董榮勝，馬爭先，郭云川，等. 一種基于馬爾可夫博弈的能量均衡路由算法[J]. 計算機學報， 2013， 36（7）：1500-1508.）

[14]KONG Y， YAO J， ZHANG M. QoS multicast routing optimization algorithm in Ad Hoc networks based on MMAS with lifetime estimation[J]. Journal of Chinese Computer Systems， 2015，36（1）：44-48. （孔宇彥，姚金濤，張明武. Ad Hoc網絡基于壽命估算MMAS的QoS組播路由優化算法[J]. 小型微型計算機系統，2015，36（1）：44-48.）

[15]ZHAO T， GUO T， YANG W. Energy balancing routing model and its algorithm in wireless sensor networks[J]. Journal of Software， 2009，20（11）：3023-3033.（趙彤，郭田德，楊文國. 無線傳感器網絡能耗均衡路由模型及算法[J]. 軟件學報，2009，20（11）：3023-3033.）