基于边缘协同的城市物联网通信分布式接入精准调控系统的制作方法

本发明涉及通信调控，具体涉及基于边缘协同的城市物联网通信分布式接入精准调控系统。

背景技术：

1、城市物联网边缘节点，常借用电线杆、交通信号灯、建筑物外墙等既有设施安装，受限于空间、供电和市政许可，节点位置往往无法达到理想蜂窝布局，这会导致部分区域多个边缘节点覆盖重叠，彼此干扰，部分区域出现覆盖空洞；分布式接入调控算法，通常基于节点自身感知的终端分布和信道占用进行优化，但若节点覆盖范围与设计假设不符，算法计算出的最优资源分配，可能与实际终端可达性不一致：例如，一个终端在两个节点覆盖重叠区，两个节点可能同时为其分配资源，造成重复调度；而在覆盖空洞区的终端，则无人管理，接入失败率高，存在边缘节点部署位置不合理导致覆盖重叠与空洞，接入调控结果与真实无线环境失配的缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于边缘协同的城市物联网通信分布式接入精准调控系统，用于解决背景技术中提到的技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、基于边缘协同的城市物联网通信分布式接入精准调控系统，包括：

4、覆盖偏差场生成补偿输出模块：各边缘节点周期性播发携带节点标识与发射功率等级的探测参考帧，同时采集相邻边缘节点探测参考帧接收功率，构建节点×栅格维度的初始实测覆盖可达矩阵，并将其与理论覆盖矩阵逐栅格比对，生成原始覆盖偏差场，对原始覆盖偏差场执行偏差场补偿计算，输出经补偿后的精化覆盖偏差场；

5、覆盖责任区动态重塑模块：基于生成的精化覆盖偏差场与实测覆盖可达矩阵，执行覆盖责任区重塑：对重叠栅格集合，以各候选边缘节点在该栅格的实测接收功率，相对于终端最低可用功率的裕量，构建加权生成元，通过加权voronoi剖分，将每个重叠栅格唯一判给裕量最大的边缘节点，形成责任归属表；对空洞栅格集合，筛选与空洞栅格实测信号最强的供体节点，并为其生成天线电下倾角调整量与分扇区功率补偿掩码，以扩展其覆盖边界，并为扩展后仍不可达的空洞栅格指定接力节点，构建由供体节点经接力节点至空洞栅格终端的两跳转发链路；

6、分布式接入调控执行模块：终端接入请求到达时，边缘节点校验请求终端所处栅格是否属于本节点责任归属表范围，属于则分配接入资源，不属于则按契约转发至责任节点；当重叠区终端，同时向两个边缘节点发起接入时，触发责任令牌仲裁机制，仅持有该栅格责任令牌的节点执行资源分配，另一节点回收已预留资源；实时统计各空洞栅格的接入失败率并分析，根据分析结果动态更新覆盖偏差场。

7、进一步地，在探测参考帧播发的同时，启动两类感知数据的并行采集流程：第一类感知数据为节点间互听数据，第二类感知数据为移动物联网终端上报数据；将采集到的两类离散原始数据，映射至统一的空间参考框架。

8、进一步地，对原始覆盖偏差场执行偏差场补偿计算时，提取上一调控周期内，各栅格的终端实际接入成功/失败记录作为反馈真值，统计各栅格的预测-实际状态不一致率，以该不一致率为置信度衰减因子，对原始覆盖偏差场中对应栅格的偏差值进行加权修正，并将连续多个周期均被反馈真值证伪的栅格，标记为环境突变锚点，利用环境突变锚点对邻近低置信栅格进行空间插值补偿，输出经补偿后的精化覆盖偏差场。

9、进一步地，栅格g处对于边缘节点n的预测-实际状态不一致率的计算表达式为：；其中，为上一调控周期内在栅格g中尝试接入边缘节点n的终端总尝试次数；为其中接入失败的次数；为预设的正则化小量；g为栅格索引变量，g=1，2，…，g，g为栅格总数；n为边缘节点索引变量，n=1，2，…，，为部署区域内的边缘节点总数。

10、进一步地，对重叠栅格集合中的每一个栅格g，执行加权voronoi剖分，将每个重叠栅格唯一判决给功率裕量最大的边缘节点，定义加权生成元，为边缘节点n在所有重叠栅格上的平均功率裕量；

11、对于任意重叠栅格，定义其到边缘节点n的加权距离，选择加权距离最小的边缘节点，作为该栅格的唯一责任节点。

12、进一步地，对生成的责任归属表执行一致性校验时，定义负载均衡因子，为边缘节点n在责任归属表中被分配的重叠栅格数量；若存在任意节点n，满足，则触发冲突消解过程；为预设的单节点最大责任栅格数。

13、进一步地，针对标识出的空洞栅格集合中的每一个栅格，筛选能够扩展覆盖以填补该空洞的供体节点；针对筛选出的供体节点生成天线电下倾角调整量，以扩展其覆盖边界。

14、进一步地，为供体节点生成分扇区功率补偿掩码，以定向增强朝向空洞栅格方向的发射功率；针对经过前序步骤调整后，仍然无法由供体节点直接覆盖的空洞栅格，构建由供体节点经接力节点至空洞栅格终端的两跳转发链路。

15、进一步地，当处于地理位置坐标的目标终端，向边缘节点n发起接入请求时，节点n首先根据终端上报的全球导航卫星系统位置信息，计算该终端所处的栅格索引；获得栅格索引后，边缘节点n执行归属校验：查询本地责任栅格列表，判断是否成立；若成立，表明该终端所处栅格属于本节点的责任范围，节点n有权为该终端分配接入资源；若不成立，则进入后续步骤的转发处理流程。

16、进一步地，当接入失败率大于接入失败率阈值时，将对应的栅格判定为失效栅格；对于被判定为失效的栅格，进一步标记失效区域，定义失效区域集合，为所有失效栅格及其空间邻域栅格的并集；

17、在收到失效区域标记后，触发增量式探测采样，仅针对失效区域而非全量城市区域进行更新。

18、相比于现有方案，本发明实现的有益效果：

19、本发明通过融合节点互听数据与移动终端上报数据，无需依赖人工路测，即可实现城市级覆盖的自动化、规模化感知，以终端接入成功/失败记录作为反馈真值，对理论偏差场进行置信度加权修正，使模型能够自适应跟踪环境动态变化，输出具有空间连续性和物理真实性的精化偏差场，从源头解决了理论模型与实际环境失配导致的误判问题。

20、通过加权voronoi剖分，将重叠栅格唯一归属至最优节点，消除了多节点重复覆盖造成的干扰累积；针对空洞栅格，通过天线电下倾角调整和分扇区功率补偿掩码，实现定向增强，并对顽固空洞构建供体-接力两跳转发链路，以最小化硬件改动实现覆盖补盲。

21、基于本地责任归属实现接入请求的快速判决和契约转发，杜绝了中心化处理的瓶颈；责任令牌仲裁机制，从根本上解决了重叠区并发接入的资源冲突；通过实时监测空洞栅格接入失败率，自动触发失效区域的增量式探测和局部契约重生成，形成了感知、重塑、调控、再感知的闭环自愈能力，无需人工干预即可快速响应环境变化，显著提升了系统在动态城市环境下的鲁棒性和运维智能化水平。

1.基于边缘协同的城市物联网通信分布式接入精准调控系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于边缘协同的城市物联网通信分布式接入精准调控系统，其特征在于，在探测参考帧播发的同时，启动两类感知数据的并行采集流程：第一类感知数据为节点间互听数据，第二类感知数据为移动物联网终端上报数据；将采集到的两类离散原始数据，映射至统一的空间参考框架。

3.根据权利要求1所述的基于边缘协同的城市物联网通信分布式接入精准调控系统，其特征在于，对原始覆盖偏差场执行偏差场补偿计算时，提取上一调控周期内，各栅格的终端实际接入成功/失败记录作为反馈真值，统计各栅格的预测-实际状态不一致率，以该不一致率为置信度衰减因子，对原始覆盖偏差场中对应栅格的偏差值进行加权修正，并将连续多个周期均被反馈真值证伪的栅格，标记为环境突变锚点，利用环境突变锚点对邻近低置信栅格进行空间插值补偿，输出经补偿后的精化覆盖偏差场。

4.根据权利要求3所述的基于边缘协同的城市物联网通信分布式接入精准调控系统，其特征在于，栅格g处对于边缘节点n的预测-实际状态不一致率的计算表达式为：；其中，为上一调控周期内在栅格g中尝试接入边缘节点n的终端总尝试次数；为其中接入失败的次数；为预设的正则化小量；g为栅格索引变量，g=1，2，…，g，g为栅格总数；n为边缘节点索引变量，n=1，2，…，，为部署区域内的边缘节点总数。

5.根据权利要求1所述的基于边缘协同的城市物联网通信分布式接入精准调控系统，其特征在于，对重叠栅格集合中的每一个栅格g，执行加权voronoi剖分，将每个重叠栅格唯一判决给功率裕量最大的边缘节点，定义加权生成元，为边缘节点n在所有重叠栅格上的平均功率裕量；

6.根据权利要求5所述的基于边缘协同的城市物联网通信分布式接入精准调控系统，其特征在于，对生成的责任归属表执行一致性校验时，定义负载均衡因子，为边缘节点n在责任归属表中被分配的重叠栅格数量；若存在任意节点n，满足，则触发冲突消解过程；为预设的单节点最大责任栅格数。

7.根据权利要求6所述的基于边缘协同的城市物联网通信分布式接入精准调控系统，其特征在于，针对标识出的空洞栅格集合中的每一个栅格，筛选能够扩展覆盖以填补该空洞的供体节点；针对筛选出的供体节点生成天线电下倾角调整量，以扩展其覆盖边界。

8.根据权利要求7所述的基于边缘协同的城市物联网通信分布式接入精准调控系统，其特征在于，为供体节点生成分扇区功率补偿掩码，以定向增强朝向空洞栅格方向的发射功率；针对经过前序步骤调整后，仍然无法由供体节点直接覆盖的空洞栅格，构建由供体节点经接力节点至空洞栅格终端的两跳转发链路。

9.根据权利要求8所述的基于边缘协同的城市物联网通信分布式接入精准调控系统，其特征在于，当处于地理位置坐标的目标终端，向边缘节点n发起接入请求时，节点n首先根据终端上报的全球导航卫星系统位置信息，计算该终端所处的栅格索引；获得栅格索引后，边缘节点n执行归属校验：查询本地责任栅格列表，判断是否成立；若成立，表明该终端所处栅格属于本节点的责任范围，节点n有权为该终端分配接入资源；若不成立，则进入后续步骤的转发处理流程。

10.根据权利要求9所述的基于边缘协同的城市物联网通信分布式接入精准调控系统，其特征在于，当接入失败率大于接入失败率阈值时，将对应的栅格判定为失效栅格；对于被判定为失效的栅格，进一步标记失效区域，定义失效区域集合，为所有失效栅格及其空间邻域栅格的并集；