覆盖技术论文范文

覆盖技术论文篇1

关键词：面向功能 覆盖件模具 设计理论 设计方法

中图分类号：TG 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）05-0284-01

1前言

随着我国科学技术的不断发展，我国的汽车覆盖件模具设计无论是在理论方面还是设计方法方面较国外都相对落后，因此，我国的覆盖件模具设计面临着非常严峻的挑战，覆盖件的设计需要进一步的提高，所以，在对覆盖件进行设计时，要采用面向功能的方法。本文就面向功能的覆盖件模具进行系统的阐述，通过对目前覆盖件模具设计产生的弊端，表明它在设计模具时的重要性，并进一步的介绍了其设计过程，使人们对面向功能的覆盖件模具设计的理论和方法有更深入的了解。

2面向功能的覆盖件模具设计理论的提出

目前，我国的覆盖件模具设计面临着非常严峻的挑战，国外很多的先进科技已逐渐成为了我们在对其进行覆盖件模具设计时的依靠，面对这样的问题出现，我们不能坐以待毙，虽然模具设计和一般的产品设计不同，但它同样有市场需求，同样给市场经济带来不菲的效益。因此，我们不能将这种机会拱手让与他人，我们应抓住机遇，并努力的去应对挑战，使我国的覆盖件模具设计得到进一步的提高。所以，我们应该找到一种设计理论与方法不同于目前的CAD软件对覆盖件模具的设计，现有的CAD软件设计方法是以几何图形为设计的主体，虽然图形在有利于零件的后续处理，且在制造过程中也得到了非常广泛的应用，但使用CAD软件制图是一个单向的过程，不能直接满足用户的需求。而现代对覆盖件模具的设计需要设计者能方便快捷的表明设计的意图，并能直接与用户的需求相联系，很容易就能实现用户的各项要求。因此，面向功能的覆盖件模具设计理论得到了提出，并逐渐被广大设计者所接受，面向功能的模具覆盖件的研发将成为未来覆盖件模具设计的发展方向。

3面向功能的覆盖件模具设计过程

3.1面向功能的覆盖件模具中功能的描述方法

对于面向功能覆盖件模具的设计方法来说，有两个关键问题是需要被解决的，其一就是层次结构对功能的分解，其二就是功能信息的保持和实现。简单来说，就是功能建模和在设计过程中对用户所要求的功能得以实现。由此看来，功能的描述方法对于覆盖件模具来说是非常关键的。首先，功能描述方法是简单易懂的，能被人们所理解，才能使设计顺利完成；其次，对功能的描述要综合的映射出用户的各项要求；最后，对功能的描述最终是需要结构来实现，其描述要与结构相对应，保证所描述的功能通过结构能实现。总之，对功能的描述是从抽象到具体的转变过程，它需要结构来实现。

3.2面向功能的覆盖件模具装配模型

装配模型主要是用来对各种装配体的组成进行描述，大多数都是层次模型。这种层次模型相对简单，且体现出了装配的设计次序，各个零部件之间的功能作用也都被明显的体现出来。功能建模是覆盖件模具的整个系统的关键，我们可以用功能树来实现功能建模的所要表明的层次关系，换句话说功能建模主要指的是对功能树进行建立于管理。我们可以通过功能树查看覆盖件模具当下所处的状态，设计者也可以利用功能树对设计进行修改。

3.3面向功能的覆盖件模具的装配设计

一般来讲，对覆盖件模具的装配操作通常分为三种，包括贴合、对齐和偏移。覆盖件模具一般情况下需要很多的功能结构单元，这些功能结构单元实际的形状与覆盖件模具上描述的是不一样的，且很多设计者由于缺少设计依据和设计经验，但对于结构单元来说通常所使用的定位及元素也是不一样的。因此，很多设计者在设计过程中其设计效率是非常低的，而且有时设计出来的作品不能满足用户所要求的功能。所以，为了避免这样的问题出现，设计者应该通过在功能结构面上定义装配面且在覆盖件模具的基准零件上定义基准面来完成功能结构单元的定位工作。

3.4面向功能的覆盖件模具的功能结构单元

面向功能的覆盖件模具的设计采用自顶向下的设计方法，这种设计的步骤是先进行装配设计，然后在进行零件的设计。而功能结构单元的提出恰好使这种设计理念得以顺利的实现，这就要求覆盖件模具的功能结构单元中包含设计者的各类需要的信息。因此，将功能结构单元顺利生成是面向功能的覆盖件模具能够实现的关键。

总而言之，面向功能的覆盖件模具实现的具体过程就是首先对用户的需求进行系统的分析确认，确保用户的这些需求通过面向功能的设计方法能够得到满足；其次对需要设计的覆盖件进行大致的设计，明确设计的目的；然后在经济和技术方面加以确认，保证用户的需求得以满足，在降低成本的同时保证生产出的产品质量得到公认的好评；接着设计者设计的总体框架要清晰地列出，保证设计能顺利的进行，且对所需要的材料应择优进行选购；最后对加工的过程要仔细熟练，加工技术应成熟稳定，保证产品顺利达标。

4结束语

总之，对于覆盖件的设计是非常复杂的，面向功能的覆盖件模具设计理论相对于传统的CAD制图软件来说有很多的优势，它能满足用户的各项需求，设计研发的周期也大大缩短，保证了成本的同时又提高了产品的质量，使我国的汽车覆盖件模具不再依靠国外的技术，走向了自主研发的新征程。

参考文献：

[1]石磊，杨玉英，侯金花.覆盖件模具设计中的曲面重构[J].材料科学与工艺，2005（3）.

[2]周新建，王琦，梅自元.基于冲压成形分析的车身覆盖件模具设计[J].机械设计与制造，2010（1）.

[3]王耕耘，王义林，李志刚.面向功能的覆盖件模具设计中的应用[J].塑性工程学报，2001（2）.

覆盖技术论文篇2

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图3 软件覆盖率分析数据

（6） 如某一个函数覆盖率没有达到100%，需要进入函数具体分析界面，如图4所示。其中线框起来的是未执行到的部分，需要查找原因，如果是用例设计不够充分，需要添加设计测试用例，执行插装软件后再分析覆盖数据，直到覆盖率指标达到要求为止。

图4 软件程序覆盖执行情况

3 结 语

通过嵌入式软件覆盖率测试研究与应用，发现LDRA TestBed不仅能够快速地对软件程序进行插装、覆盖数据分析，而且根据覆盖率结果的函数覆盖情况，快速定位到未执行的程序。针对开发人员可以定位软件错误，针对测试人员，根据代码覆盖情况可以梳理、优化、减少冗余的测试用例，争取达到对程序的全覆盖。覆盖率测试工具在嵌入式软件测试中广泛应用，能够大幅度提高覆盖水平，规避嵌入式软件难于测试的缺点，帮助测试人员大幅提高测试效率。

参考文献

[1] 范勇，兰景英，李绘卓.软件测试技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009.

[2] 郑人杰.软件工程[M].北京：清华大学出版社，1999.

[3] 上海创景计算机系统有限公司.LDRA Testbed中文技术说明[EB/OL].[2007?11?04].http：//.

[4] 朱红军.一种嵌入式软件覆盖和分析测试方法[J].航空计算技术，2009（5）：65?67.

[5] 流萤，王英，刘漫丹.嵌入式软件的覆盖测试[J].自动化仪表，2012（6）：63?66.

覆盖技术论文篇3

关键词:汽车覆盖件;数值模拟;有限元;冲压成形

中图分类号:TG386文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)21-0042-02

汽车覆盖件一般由钢板冲压而成,冲压成形是一种非常复杂的力学过程,用传统方法很难求解。近年来,随着计算机软硬件技术、图形学技术、人工智能技术、板料塑性变形理论和数值计算方法等的发展,以及与传统的工艺/模具设计技术的交叉集成开创了利用CAD/CAM/CAPP技术和CAE数值模拟分析技术进行覆盖件成型工艺设计的新领域。板料冲压过程的计算机分析与仿真技术已能在工程实际中帮助解决传统方法难以解决的模具设计和冲压工艺设计难题,如计算金属的流动、应力应变、板厚、模具受力、残余应力等,预测可能的缺陷及失效形式,如起皱、破裂、回弹等。在汽车覆盖件的设计中采用数值模拟技术能从设计阶段准确地预测各种工艺参数对成形过程的影响,进而优化工艺参数和模具结构,缩短模具的设计制造周期,降低产品生产成本,提高模具和冲压件产品质量。

1冲压成形数值模拟理论

板料成形过程及特点决定了其成形是涉及几何非线性、材料非线性和边界条件非线性的弹塑性大变形力学问题,如果用传统的理论分析方法来分析成形过程是不可能的,甚至根本无法实现。长期以来,国内外学者对板料成形性能、成形过程中应力、应变分布的研究基本建立在实验或经验公式的基础上。随着有限元数值模拟理论技术的发展,人们开始把眼光转移到其在汽车覆盖件冲压成形的应用上来。经过多年的研究,板料成形有限元技术在材料本构关系、单元技术、接触算法、求解格式等方面得到了发展。

1.1本构关系

目前在汽车覆盖件冲压过程进行分析中,凸模、凹模及压边圈在冲压过程中的变形小,通常采用刚体材料模型,而对于板料大多采用弹塑性本构关系,对于不同的金属有不同的弹塑性模型可以选择。

建立弹塑性本构关系模型首先要解决复杂受力情况下屈服状态以及屈服后的塑性流动,解决复杂受力情况下屈服状态就要建立屈服准则。冲压成形领域中经常采用的屈服准则有:von Mises屈服准则、Hill屈服准则以及3参数Barlat屈服准则。在早期的冲压分析中,板料被假设为各向同性材料,因此经常采用von Mises屈服准则,后来随着有限元的发展,研究人员证明板料是各向异性的。Hill提出了用二次函数来描述正交各向异性材料的塑,即Hill屈服准则。但Hill屈服准则却无法正确分析分析多晶体塑性材料,因此人们进一步研究建立了许多屈服函数和屈服准则来描述多晶体塑性材料。例如Barlat等人提出了一种形式化的方法来描述多晶体材料的屈服准则。

经实验分析表明:当厚向异性系数r较小时,使用Hill屈服准则建立的材料模型,计算结果误差很大,甚至大于使用von Mises屈服准则的材料模型。而采用3参数Barlat屈服准则进行分析时,则能够得到满意的结果。当厚向异性系数r较大时,则Hill准则和3参数Barlat屈服准则都能获得正确的结果。3参数Barlat屈服准则的结果要优于Hill准则,vonMises屈服准则结果最差。因此在汽车覆盖件冲压成形分析中3参数Barlat屈服准则是最常用的材料模型。

1.2单元技术

用于冲压成形有限元分析的单元有三种:基于薄膜理论的薄膜单元、基于板壳理论的壳单元和基于连续介质理论的实体单元。薄膜单元格式简单,但忽略了弯曲效应,因而只适用于分析胀形等弯曲效应不明显的成形过程。在薄板壳的成形分析中,又因为薄膜理论是二维理论,因此薄膜单元只适合二维成形问题分析。实体单元虽然考虑了弯曲效应和剪切效应,但由于计算时间太长,除非板料厚度非常大的情况下,一般在汽车覆盖件成形分析中不采用实体单元。基于板壳理论的壳单元不仅考虑了弯曲效应和剪切效应,而且板壳单元是处理薄板三维变形的工具。因此,在汽车覆盖件成形分析中常采用壳单元。

对于薄壳单元,人们提出采用Kirchhoff理论和Mindlin理论其应力或应变状态进行简化。Kirchhoff理论需要构造C1连续性插值函数,在三维分析中构造C1连续性插值函数是非常困难的,构造的壳单元效率也很低,因此在冲压成形分析中不采用基于Kirchhoff理论的C1型壳单元。Mindlin理论采用位移和转动独立插值的方法,从而使问题简化。近年来人们开发了很多种基于Mindlin理论的壳单元,例如BT壳单元,由于其计算结果准确、计算效率高,因此常用来建立汽车覆盖件成形分析中板料的有限元模型。

1.3接触算法

板料变形时,接触发生的时间和位置随着接触体的变形而改变,用有限元处理接触问题时必须建立正确的接触问题模型。接触界面的处理实际上找出所有接触对及状态,然后计算每个接触对的作用力。前者需要解决的是接触点、接触区域的搜索及接触状态,后者需要解决的是接触区域间法向接触力和切向摩擦力的计算。在进行有限元分析时寻找接触对的方法通常采用增量搜寻或桶式分类搜寻。接触力的计算主要应用的是罚函数法,切向摩擦力的计算采用修正的库仑摩擦定律。

2数值模拟软件

经过多年的发展,利用冲压成形模拟技术和相关理论,人们已经可以对部分板材冲压加工过程进行准确模拟,并且人们开发了许多商业软件应用于生产实践中,通常软件的开发往往基于不同的原理,不同的软件反映了冲压成形分析中有限元方法的差异,例如按变形原理可以分为基于刚塑性变形的SHEET-3软件和基于弹塑性变形的Auto-Form、PAM-Stamp和Dyna-Form软件,按求解格式又可以分为基于静力隐式格式的Auto-Form软件和基于动力显式格式的PAM-Stamp和Dyna-Form软件。虽然基于不同的原理,但实践表明利用这些软件对板料成形过程进行模拟从而指导实际生产过程的方法是切实可行的。

但是由于汽车覆盖件本身的复杂性,覆盖件冲压成形的影响因素极其复杂,覆盖件冲压成形涉及的领域极广,所以对汽车覆盖件冲压成形问题的研究依然存在许多问题,例如仿真建模的合理性和准确性;材料屈服模型;计算效率和计算精度问题;回弹问题等。这些问题涉及复杂覆盖件成形模拟的关键部分,因此它的解决定会使汽车覆盖件成形的数值模拟产生质的飞跃,因此也成为人们关注的重点。

3结论

随着计算机技术和数值计算方法的发展,有限元数值模拟技术在汽车覆盖件成形工业中发挥着越来越重要的作用。利用它可以指导实际的冲压成形过程,可以实现新产品开发周期短、质量高、低成本的目标。目前板料数值成形技术在汽车覆盖件制造领域的应用越来越广泛,经比较和分析表明采用3参数Barlat屈服准则,单元类型为BT壳单元和求解格式为动力显式格式的有限元方法更适于汽车覆盖件冲压问题的分析。

参考文献

[1] 危熠平,王健,雷君相.汽车覆盖件冲压模具仿真设计[J].模具工业,2005,(10).

[2] 代洪庆,刘晓晶,闫巍,刘江涛.汽车覆盖件冲压成型的计算机仿真[J].机械工程师,2006,(5).

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[4] 王勖成,邵敏.有限单元法基本原理和数值方法[M].北京:清华大学出版社,1997.

[5] 于汇泳,祁文军,李昌雪.有限元数值模拟技术在汽车冲压成形中的应用[J].现代制造工程,2005,(81).

覆盖技术论文篇4

关键词：TD；无线网优平台；关键技术

中图分类号：C35文献标识码： A

引文

虽然现在研究领域有关TD无线网络建设的论文与专著数量很多，但是大部分的论著的侧重点还是停留在TD无线网络规划概况加以分析。而本文将结合着实际的工程技术来对TD无线网优平台的某些关键的技术是如何实现的来加以探讨。因为我国国内还没有最终明确TD所采用的具体频段，所以本文将不再具体地讨论频率的规划，而只是从OFDM的技术角度、多天线的技术角度、规划站点选取的技术角度、分布系统建设的技术角度等方面，来对整个的TD无线网络建设提供一些有力的技术层面上的支持。

一、TD无线网优平台中的关键技术的研究

针对TD系统的关键技术，主要有以下几个方面。

1、TD无线网优平台中的OFDM技术

OFDM技术主要是运用基于正交频分复的频分多址的技术，这种技术和过去的那些技术所不同的地方在于其中的各载波是采用彼此叠加与正交的方式从而成功避免干扰的，这样做的优点在于既能够将宽带的资源使用的效率大大提高，又能够把频率的利用的效率从中得到适当的提高。OFDM这一技术的核心便是它的调制与解调，主要还是通过对离散傅里叶变化DFT来实现的，从而让调制工作变得越来越简单，不断的循环前缀CP，这也是OFDM技术的又一个重要层面。OFDM技术，是TD无线网络规划关键技术中的多址技术，它有着高效的频谱利用率、简便的接收机、强化的带宽扩展性;容易地去帮助MIMO系统的实现，和能够让它和同连接路的自适应技术加以结合等优点，然而因为这一技术的峰均功率相对较高，这也就大大降低了射频功率方面的效益，进而造成了发射机射频模块在资金的投入上和耗电等方面都有所增加。由于OFDM技术的上下行多址的方式，可以通过提高投入的资金与相对复杂的技术的方法，进而帮助TD系统能够获得更高的数据频率，并且再通过SC-FDMA的相关使用，便极好的解决掉了OFDM眼中的高PAPR的问题。

2、TD无线网优平台中的多天线技术的具体情况

TD无线网优平台上的多天线技术，也被称作MIMO技术。主要就是在发送端和接收端，来借助设置多条天线的方式，去完成负责信号的接收工作与发送工作，进而使系统的容量大大增加，系统容量的提升是可以加快信息的传输速率的，由于信息的冗余度在增加，还可以提高它的可靠性与安全性。采用这种技术，其关键的步骤是可以提高对于空间加以复用的频谱利用效果，与此同时借助这一技术还可以对系统传输的可靠性提供保障的作用，最终把接收机的灵敏度能够降低至一定的程度，然后便有效地提高了系统容量与小区覆盖的半径。

3、TD无线网优平台的物理层技术

首先就是TD无线网优平台的结构，在TDD双工模式下TD系统的结构，其主要功能是为在同一工作频率的上下行提供占用资源的时间和位置信息。对其TD无线网优平台的物理层资源块，主要包括资源单元（RE）、资源块（RB）、资源单元组（REG）、控制信道单元（CCE）等四类资源块，TD无线网优平台中一些关键技术的实现分析且具有OFDM技术的多址特点；物理层信道主要包括上行和下行信道，用于承载来自高层信息的资源单元。

二、TD无线网优平台中关键技术的实现

1、TD无线网优平台中关键技术的需求

TD网络建设要以市场业务需求为导向，将网络建设到用户真正需求的地方，中国移动建设TD无线网络平台，最大的可能是采用D频段或者F频段，而TD无线网络覆盖范围与频段的选择是密切相关的。一般情况下，D频段覆盖室外热点区域，F频段进行室外全覆盖，选择TD无线网络覆盖范围时不应仅仅考虑网格测试区、主城区、城区等范围，建议对影响因素进行综合考虑。首先对网络覆盖应该重点考虑数据区域和网络测试区，在规划TD无线网络覆盖区域时应尽量连续，特别是规划D频段时，不能因为D频段是覆盖热点区域，而被划分成一个个的小区域，如果规划覆盖范围过小，会造成后期网络测试及TD无线网络业务推广均会出现很大的问题。

2、TD无线网优平台宏站规模

通常根据覆盖预测来进行TD宏蜂窝站点数量的确定。根据理论计算，在达到同等覆盖质量的前提下，如果使用F频段可比使用D频段节省46%的建站资源。在进行TD规划时，D频段站点可略多于覆盖预测的站点。但由于TD频段规划站点多于现网TD-SCDMA站点数，受限于选点难度，新选站点不宜太多。但在进行F频段的TD无线网络规划时，相对于覆盖预测，建议加大F频段的站点数量。因为在TD无线网络采用F频段时，站点数少与同覆盖区的TD-SCDMA站点数，站点可选择的余地较大，而且TD无线网络采用F频段的目的是进行连续覆盖，为了保证TD的网络质量，宜加大F频段的站点数量。

3、TD无线网优平台分布系统选择

因为TD无线网络的频段较高，对于规划区内的TD-SCDMA物业点均建议建设TD无线系统，TD无线网络室内分布系统建设方式包括单路建设方式和双路建设方式两种。双路分布系统相对于单路分布系统具有1.5～1.8倍的容量增益，对于提升小区吞吐量和用户峰值速率体验具有明显的性能优势，故在数据流量较大的区域，网络应建设双路分布系统。但实际规划设计中很难按此考虑，双路分布系统由于需要双路馈线和双倍天线，建设难度很大，特别对已建单路分布系统的物业点，再建设一路分布系统协调难度很大。对某地市的现网情况进行调研后发现，现网有双路分布系统的物业点不到1%，主要原因就是因为协调困难。而且从投资效益上说，双路分布系统投资接近翻倍，但是很多物业点并没有建设双路分布系统的必要。现网很多分布系统是为了解决TD-SCDMA网络的覆盖需求而建设的，并没有很高的用户数及数据流量，在这些物业点建设双路分布系统会造成投资浪费。

三、TD无线网优平台关方面的设计

TD无线网络规划得主要步骤上分为网络规模的估算、网络规划的需求分析、覆盖容量的仿真工作、站址的选择与无线参数的规划设计等几大部分。在设计TD无线网络时，能够采用以下几个环节来进行。

1、TD网络的频率规划

为了最终解决好小区间的干扰问题，在TD无线网络的频率规划的具体阶段，应当大力提高对于频段的分配与复用工作。运用同频组网或者异频组网的方法来实现。

2、TD网络的覆盖规划

进行TD无线网络的覆盖规划工作，要求覆盖对象要多样化，编码的调制方式也要多样化，并且帧结构的支持覆盖的极限功能要实现进一步的提高。借助由覆盖目标的计算覆盖的半径与采用覆盖的区域半径来计算覆盖的速率这两种方有效法，最终进行网络的覆盖规划。

3、TD网络的链路预算

在进行规划的仿真工作的前期，是需要来采用相关的链路预算的方法的，从而预计出系统覆盖的具体性能。在这一实现阶段，需要首先制定出一个相对明确的、尽量详细的计划，包括技术和时间等多个方面，并使用制定的预算来确定TD网络建设的大体规模，以及主要需求、重要参数和所需要补充的设备等等。

4、TD网络的容量规划

进行TD无线网络的容量规划工作，主要是使用系统的仿真、实际测量来统计数据的方法，从而获取小区的吞吐量、小区的边缘的吞吐量的信息，最终使得站址选择工作更为便捷。

5、TD网络的仿真规划

TD网络的仿真规划需要具备多天线的增益配置、承载参数配置与ICIC干扰的消除功能的，和无线资源调度等特点。在这一阶段当中，还需要应用专门的TD仿真工具去对已经确定的规划方案来进行相应的测试工作，并一定要注意对其容量和覆盖的范围加以仿真的分析。具体上讲也就是要做好导入规划数据、规划邻区、传播预测、时隙以及频率规划、蒙特卡罗仿真、业务模型配置等内容。

结束语

通过对TD无线网优平台中一些关键技术的研究探讨，能够帮助实现TD无线网络的合理规划设计，以及帮助未来TD无线网络的部署工作展开。当前中国移动计划部以及工信部都已经开始对其展开网络试验，并推动TD无线网络产业特别是终端产品的商用化发展，从某种程度上说，TD无线网优平台技术成为日后通信领域的主流发展趋势。

参考文献

[1]林海.TD无线网优平台中一些关键技术的实现[J].移动通信,2011,(3).

覆盖技术论文篇5

关键词：DNA计算；顶点覆盖；分子信标

中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：16727800（2013）003004603

0 引言

传统计算机的快速发展，对解决一些问题起了很大的作用，但是还存在不足之处，如运算速度和存贮容量都不足以满足解决问题的需要。而且，随着现代社会科学技术的不断进步和发展，许多新的复杂疑难问题在不断出现，如一些非线性问题和NP完全问题，特别是在一些工程领域内，电子计算机很难满足计算机发展的需要。为可以更好地解决这类问题，科学界的人士努力寻找一种新型的计算方法。DNA分子存储遗传密码的能力非常强，在生物酶的作用下可以呈现高度的并行性，故以此为背景的DNA计算机也具有相应的特点。近些年来，DNA计算很受科学领域的关注。它的进步之处不仅仅在于其存储量和运算速度的改善，更重要的是它开发了本身潜在的计算能力。实践证明，DNA计算机在计算速度和存储容量等方面确实有很大的进展。

DNA计算的原理主要是在相应生物酶的作用下进行分离、结合、连接、测量、提取、扩增等一系列的操作来解决一些复杂疑难问题。使其运算时间达到多项式时间，电子计算机却要达到指数时间。最早提出利用分子生物技术来解决NP完全问题的是美国加利福尼亚大学的Adleman教授， 突破了传统计算，使分子生物计算方法得以问世。随后，DNA计算领域的研究被科学家们高度重视。许多DNA计算模型被科学家们相继提出，并用来解决了很多问题，如图论中的可满足问题、邮递员问题、最小顶点覆盖问题、最大独立集问题等。国内关于DNA计算机的研究大体上经历了理论阶段和实践阶段。2001年，我国对于DNA的研究还仅限于理论知识方面，自2005年开始，对DNA计算的研究开始进入实验阶段。为克服DNA计算中的一些不足，一种将编码DNA序列固定在表面上进行操作的方法被广泛研究。

最小顶点覆盖问题是图论中一个著名的NP完全问题。董亚飞等于2004年利用表面DNA计算的方法给出了最小顶点覆盖问题的DNA计算模型。此方法的优点是结合了图论中的基本结论，增加了DNA计算的可操作性。2009年，羊四清等利用基于表面的DNA计算，采用荧光标记的策略，将图的最小顶点覆盖问题转化为特殊的0-1规划问题，有效地解决了图的最小顶点覆盖问题。由于分子信标作为生物芯片可以充分利用自身的优点：编码简单、耗材低、操作时间短、技术先进，所以，对于不同的组合优化问题，可以将标有不同荧光分子的信标、不同识别区长度的分子信标、不同茎杆长度的分子信标通过生物素的形式固定到硅片的表面上，制成分子信标片，利用所构造的分子信标芯片实现问题的自动化求解过程。所谓分子信标是由圆形的识别区、茎杆和连接荧光剂与荧光淬灭分子的连接臂三个部分组成的，其中识别区是由碱基序列组成。在分子信标茎杆的底部常常可以连接上荧光剂与荧光淬灭分子，当茎杆被打开后会产生荧光。它是一种设计巧妙的核酸探针，能将核酸序列结构信息转变为荧光信号，具有很高的灵敏性与选择性。利用这一特性，2007年，殷志祥等人采用分子信标算法给出了0-1规划问题的一种新解法，它具有编码简单、耗材低、操作时间短、技术先进等优点。本文在此基础上，首先将图的最小顶点覆盖问题转化为特殊的0-1规划问题，然后再结合求解0-1规划问题的最优解方法分子信标模型来解决图的最小顶点覆盖问题。分子信标技术的应用为图的最小顶点覆盖问题又提出了一个新的解决途径。

1 图的最小顶点覆盖问题

下面给出图的最小顶点覆盖的基本定义：给定一个简单的无向图G=（V，E），对于此图的一个子集K，如果G的每一条边都至少有一个端点在K中，那么K就是G的一个顶点覆盖；而且如果对于任何一个顶点V∈K，则K-{V}就不可再构成一个顶点覆盖，那么K就是G的一个极小顶点覆盖；进一步讨论，如果在G中的任意子集K'都有| K'|≥|K|成立，那么K就是G的最小顶点覆盖；G的顶点覆盖可以简称为G的覆盖。简而言之，图的最小顶点覆盖也就是指对于一个具体的图，找出一个最小顶点集，使它可以覆盖图中的所有边。对于任意一个有n个顶点的图G，可以用n位二进制数表示顶点的子集。用xi表示图中各顶点，ei表示相对应的边。变量的下标对应于顶点的顺序。若二进制数的第i位值为1，如xi=1，i=1，2，…，n，则表示vi存在于该最小顶点覆盖中；反之，如果二进制数的第i位值为0，则表示vi不存在于该最小顶点覆盖中。事实上，任意一个具有m条边n个顶点的图形的最小顶点覆盖问题都可以转化为线性规划问题，找出其相对应的目标方程和约束方程。可以把最小顶点覆盖问题转化为如下：min 2 图的最小顶点覆盖问题的分子芯片模型

2.1 基本算法

以下我们简单给出基于分子信标的图的最小顶点覆盖问题的基本算法：①找出给定问题的变量取值为0和1的所有情况；②通过约束条件来排除不满足问题的解，找出可行解；③生成剩余解；④重复步骤②、③，排除所有非解，找出满足问题的可行解；⑤再通过比较各可行解相对应的目标函数值，从而找出满足问题的最优解。

2.2 算法的生物实现步骤

下面分5步来简单介绍基于分子信标的图的最小顶点覆盖问题的生物操作过程：①构造出具体问题相对应的分子信标，分子信标的茎杆长度可以根据分子信标茎杆的键能和分子信标识别区和与其相对应的互补链杂交时所产生的张力来决定，且在对应的分子信标探针的茎杆底部设置荧光，把制作好的分子信标进行标号后并按一定的顺序置放在表面上；②把约束方程中各个变量对应的补链加到表面上，通过杂交使表面上的分子信标探针产生荧光，利用激光共聚焦显微镜观察到某一列分子信标探针所对应的解是否满足该约束条件；③对步骤②的产物进行加热解开双链，清洗掉与分子信标探针杂交的所有补链，然后进行退火，把打开的分子信标进行复位，使其形成与初始相同的结构（对于已经判断为不满足约束条件的不再考虑）；④重复操作步骤②、③，直到把所有的约束条件验证完；⑤找出所有满足约束条件的解，然后再把它们相对应的目标函数值进行比较，进而就可以找出给定问题的最小顶点覆盖及其覆盖数。

3 实例分析

现在以图1为例，介绍一下具体操作过程。首先找出图1的最小顶点覆盖相对应的目标方程和约束方程如下：min z=x1+x2+x3

步骤1：首先构造成9种DN段，把它们平均分为3组，其中每一组都包含3个变量所对应的寡聚核苷酸。然后分别进行标记：第一组的3种DN段可以标记为x1，x2，x3；第2组的3种DN段可以标记为1， 2， 3；其余的3种分别表示第一组x1，x2，x3相对应的补链，把它们分别标记为x′1， x′2， x′3（注意只需构造6个寡聚核苷酸，其它的3个就可以确定了）（图2）。接下来再把前两组的6种DN段进行杂交构造成8种不同的分子信标探针，并把它们依照x1 x2 x3，x1 x2 3，…，123 的顺序固定在芯片的表面上，包含3个全部变量的DNA链为一组，且排成一行。同时，在分子信标探针的茎杆底部进行荧光素标记（以防不同寡聚核苷酸片段的错误杂交，在构造DNA链时，应保证所选的前两组寡聚核苷酸链差异性比较大）（图3）。

步骤2：对于约束方程组的第一个子式，首先在表面上加入核苷酸x1，x2对应的补链x′1，x′2，然后仔细观察发光的位置，此位点所对应的分子信标识别区的DN段所对应的编码变量满足该约束方程，对于此不等式，可以得出其相对应的可行解为100，010，110 ，101，011，111，拍下其图片并记录（不满足条件的分子信标在下面的过程不再考虑）。

步骤3：加热上一步的产物，并把所有的双链解开进行清洗，再把已经打开的分子信标茎杆重新结合成双链，形成和初始相同的分子信标。对于约束方程组的第二个子式，我们在表面上加入核苷酸x1，x3对应的补链x′1，x′3。然后同样仔细观察发光的位置，此位点所对应的分子信标识别区的DN段所对应的编码变量满足该约束方程，对于该式子，其相对应的可行解为100，001，110，101，011，111，拍照其图片并进行记录。

步骤4：对于约束方程组的第三子式，还是先在其表面加入核苷酸x2，x3对应的补链x′2，x′3，然后仔细观察发光的位置，此位点所对应的分子信标识别区的DN段所对应的编码变量满足该约束方程，对于该不等式，其相对应的可行解为010，001，110，101，011，111。

步骤5：综上所述，通过以上操作满足条件的可行解就可以找出来，最后再把它们相对应的目标函数值进行比较，就可以找出最优解。满足于上述问题的可行解有110，101，011，111。显然110，101，011对应的编码变量是该问题的最优解，且目标函数的最小值为2，故可以得出上图1的最小顶点覆盖为{1，2}，{1，3}和{2，3}。且其覆盖数为2。

4 结语

本文对于图论中的一重要问题，即图的最小顶点覆盖问题给出了一种基于分子信标技术的DNA计算模型。模型的主要思路是把该问题转化为特殊的0-1规划问题。这也是本文的创新之处。然后再结合分子信标的有关技术，通过观察荧光来找出相对应的0-1规划问题的可行解，最后再判断剩余解中1的个数最少的解集，其相对应的顶点应该为图的最小顶点覆盖。在此模型中分子信标技术的使用能够使每个约束条件相对应的生物操作过程可以满足自动化。这是因为这一点大大简化了操作过程，加之荧光技术的利用，使此方法更加简单，并且错误率低。此模型的不足之处在于构造分子信标的茎杆长度时不易操作，这一问题还有待于进一步研究。

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覆盖技术论文篇6

关键词：基站配置频率复用;小区;覆盖技术无线覆盖;频率利用率;自适应天线;调制技术

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2012）003-0071-03

作者简介：吴守阳(1977-)，男，浙江温州人，北京中网华通设计咨询有限公司工程师、高级项目经理，研究方向为无线通信。

0 引言

现阶段，各移动通信运营商都面临频带紧缺的问题，如何以有限的频率资源为更多的用户提供服务，是各大运营商非常关注的问题。在频点紧缺的现状下，各运营商多采用高配置、多小区的方式进行基站配置，以此追求较高的频谱利用率，如此意味着可以用有限的投入产出高的效益。从移动通信技术近年来在小区运用的实际情况看，越来越多的以低挂高、低增益的天线来细分区域，代替原有的高挂高、高增益天线实现的大区域覆盖。在技术层面上，小区通信制的技术采用是在频率复用问题上的革命性进展，对移动通信技术的发展产生了重要影响。小区域覆盖技术作为移动通讯中比较关键的技术之一，近年来得到极大完善和推广，特别是随着相关研究的不断深入，实际应用中已初现成效。从采用高发射功率大区域到微发射功率的小区域，从基站全天候全区域到自动化、智能化分区；从单调的层次数据方式到蜂窝结构的小区数据结构；从单基站两、三个扇区方式到最大六扇区方式；在特殊地形环境下利用射频拉远小区域覆盖需要等，不断发展。此外，近年来发展的自动适用调整姿态的波束多功能天线，可降低基站、改善通信质量、提高覆盖面积、系统扩容。

1 小区技术的合理运用

移动通信系统的首要问题，是用有限的基站资源和信道资源完成对特定业务区的覆盖和容量需求，并满足相关质量要求。从这个区域的覆盖程度来看，理论上的小区覆盖程度应该是均匀的而且是封闭的，在服务区域内提供质量一致的双向传输通信信道。这包括了在区域内用户的通信质量不会因为所处通信位置的不同、上行信道信号或是下行信道信号而产生通信质量的不同，也就是说在通信区域内任意位置上用户拥有相同数量的上行信道和下行信道供通信用户使用，并且通信质量是一致的；另一方面，在整个通信区域内，信道的利用率也是非常高的。小区域通信技术的发展，起步于无线通信效果和无线通信频率的重复使用程度，上述两个方面影响了整个移动通信系统的性率和架构。在移动通信系统中，上述两个指标，通产采用覆盖效果和频率复用因子两个变量进行衡量，包括定性和定量两个方面的表述。

现有移动通信网络，一般由多个小区域组成小区大区域群模式，以小区大区域群作为一个统一的单位进行频率的重复使用和通信区域的网络覆盖，这也是目前主流移动通信系统所采用的方法。由于同一个频率小点在组成小区大区域模式单位中的不同小区域重复使用，随之也就出现了相同频率或邻近频率之间发生干扰的现象，这种现象需要在小区大区域模式下尽量避免。因此，在小区大区域模式中构成大区域模式的小区数量不变，而小区面积减少了，将有效地缩小相同频率重复使用的距离（通信距离）。与此同时,也就有效地提高整个群模式的重复利用程度。同理，如果减少构成大区域群模式的小区域数目，也能起到相同的结果：有效地缩小相同频率重复使用的距离（通信距离），同时，有效地提高整个群模式的重复利用程度。

但是，当采用较少群模式下的小区面积或减少小区数量，也会导致相同频率重复利用的距离缩短等负效应，由于相同频率重复利用的距离缩短将会干扰整个系统，整个系统的通信质量将会下降，甚至出现连正常的通信都无法保证的严重后果，整个系统处在崩溃的边缘。因此，在单一利用上述措施时，必然会出现通信质量的要求相矛盾的现象也就是小区域通信效率的提高与小区通信质量负相关，在追求网络质量和网络运行高效能中必须进行折衷选择。

无线环境的千差万别，话务分布的随机性，造成实际网络应用中会遇到种种需求和与之带来的种种矛盾和问题，比如说：实际的地形地貌会对无线电波的扩散产生影响，进而导致这个通信小区内很难做到信号均匀，更有甚者，会出现小区域内的盲区（也就是信号无法完全覆盖）；而且根据现实中的应用情况，通过数理统计分析小区域内通信需求类似随机变量的正态分布的特点，在实际中可能将小区的通信资源得到最大化的利用。

鉴于以上原因，在实际应用中需要采用强有力的技术手段来解决上述网络实际应用问题，以达到网络运行高效能、网络质量高标准的目的。

2 缩小相同频率重复使用的距离（通信距离），有效改善小区信号覆盖均匀程度

（1）采用扇形分区技术。该技术现已被广泛的运用，如使用三扇区、两扇区基站。

所谓的分区（扇形）是指在一个基站里，采用多个扇形的电波约束定点天线装置，将这个通信区域划分为多个小的扇形区域（小区），并且每个小区采用各不相同的信道组或频道。这样的天线布置方式理论上可以有效地减小同频干扰的现象，提高通信质量。比如，7个小区组成的小区大区域群模式，以该群中某一个小区为例，如果采用全向方式的区域划分模式，第一层就会有6个相同频率的干扰；而如果采用小区分区（扇形）模式呢，那么相同频率的干扰就会减少到2个甚至是1个。

综上所述，对原有的通信区域进行分区（扇形）可以缩小相同频率重复使用的距离（通信距离），有效地提高整个群模式的重复利用程度。

（2）小区采用分层结构。这种模式是指在原有的通信小区中再重叠覆盖相应的蜂窝小区结构，也就是说在同一区域内重叠覆盖若干个小区。由于蜂窝式的小区覆盖范围很小，相同频率重复使用的距离（通信距离）也就减小了，这种层模式有效地提高整个群模式的重复利用程度。在一个系统内采用分区和分层机构，使原有的小区结构变得立体和纷杂，能缩小相同频率重复使用的距离（通信距离），有效地提高整个群模式的重复利用程度。

（3）小区可采用同心圆划分技术。该技术将原有的小区分为了内层和外层。小区的通信外层区域主要是原有的蜂窝小区，小区通信的内层区域覆盖范围主要集中在基站附近。具体来说，外层采用4*3，内层采用3*3、2*3、1*3。同心圆划分的主要是内、外层共用站址、BCCH信道和该基站的天线装置，在此模式下，通信始终是在建立在外层区域上。缩小相同频率重复使用的距离（通信距离）。

以上论述的几个区域划分的方案，都是将区域划分为2个部分，分别进行规划。如果在整个区域上采用更细的划分方法可以将整个系统的频率利用率进行质的提高。

（4）多重频率复用技术(Multiple Reuse Pattern ，简称为MRP)。该技术的核心理论就是在进行小区频率整体规划时进行蜂窝分层，同时针对不同层次进行频率复用规划，频率根据小区和距离进行不同的划分，使得频率的距离由于分层而缩短。该技术与传统的固定频率理念完全不一样，该种技术分配时，更加灵活多变，利用效率更高。这种技术将一个小区的频段进行二项分割，小区之间都不一样，但可以利用跳频、动态功率控制、不连续发射等抗干扰技术，实现干扰的补偿。这一方式等效地缩短了缩小相同频率重复使用的距离（通信距离）。

3 通信盲区的解决

（1）可考虑利用小区微分技术和RF扩展对产生通信信号难以达到（盲区）周边区域进行微分。利用小区微分技术可以有效减少小区的盲区数量和提高通话质量。在原有的小区覆盖或者小区本身客观条件（基站位置较低、发射功率不足）比较差的情况下，可以有效地改善信号强度，提高整个小区的覆盖有效率。频谱(RF)扩展方案，这种技术是将通信实现传递的方式，提高小区区域的触角，实现了实际意义上的盲区减少。通过两个方案的对比，我们可以发现：微分技术是将相关信号直接交换回基站；而频谱(RF)扩展方案是将原有的信号或数据不断传输下去，并没有产生额外的信号。所以在实际引用上，频谱(RF)扩展方案可以提供更高的效率，使整个小区的功率用于面积更大的通信区域，而且价格便宜，缺点是安全性低，不便管理，而且不利于频率规划。

（2）采用分层小区结构。这种小区结构可有效地通过宏蜂窝与微蜂窝的结合使用来解决城市“信号盲点”(城市中受建筑物阻挡的盲区、密集低矮建筑等) 的覆盖，并可通过微蜂窝的配置提供额外的容量，结合室内分布系统解决城市大中型建筑物室内以及隧道、地下设施等的覆盖，从而实现无缝覆盖及对热点话务的吸收。

4 小区通信技术发展趋势

当移动通信系统发生干扰受限，应尽可能降低相同频率的干扰，提高系统容量。小区覆盖面积、通信信号播放环境、基站数量、天线方位角的指向、基站发射功率等变量是影响相同频率信道间的干扰主要因素。因此，自动跟踪调制解调技术、自动适用调整姿态的波束多功能天线、自适应小区覆盖和信道动态分配的研究具有非常重要的意义。此外，小区技术的发展不能局限于特定范围内的研究，应密切联系相关技术和研究。一方面要进一步提高小区覆盖有效率和通信频道利用率，提高单位频段话务量；另一方面尽量降低不同小区的通信次数，提高传输和交换的效率，提高网络质量。因此，在现有小区技术合理运用的基础上，为进一步提高小区技术需要进行以下几个方面的研究，主要有：

（1）研究自动跟踪调制解调技术。由于存在数量各异的蜂窝半径，移动通信轨道信号强度不一，小区覆盖中远近效应比较明显。由于存在无限传播环境对不同用户、不同信道特点反映不同。特别地，当不同用户在不同的使用环境下导致无线信号强度变化，使用户对通信质量有直接的感知。基于以上情况，需要研究小区内自动跟踪调制解调技术，实现多方位、全天候、多角度改善信道质量，使用户通信质量大为提高。在研究过程中只要依据用户在网络中的位置、信号强度、市场目前可调速度技术成熟程度等变量信息进行研究。可见自动跟踪调制解调技术对于改善移动通信轨道信号强度、改善用户通信质量、扩容系统具有重要意义。

（2）研究自动适用调整姿态的波束多功能天线。

波束天线在小区通信同频干扰基站中起到非常大的作用，对提高通信质量、提升小区实际覆盖面积、改善信道质量等方面有着紧密的联系。目前，在我国传统的几个波段频率控制办法中主要采用的技术是小区分区化。不过通过实际使用，发现存在适用率低、小区实际覆盖面低于理论翻盖面等问题。当基站采用自动适用调整姿态的波束多功能天线可以模拟实现小区分区，使分区的个数大于3个或6个区域。该天线能将波束在非常小的范围，降低了相同频率信号的扰动，提高了通信质量和利用率。具体来讲，就是一个小区内可共享所有的通信资源，自动适用调整姿态的波束多功能天线可以准确跟踪确定用户gps位置，同步将用户通信信道切换到相应的频率。这种技术在真正意义上实现了通信资源利用率的大幅提高。由此可见，自动适用调整姿态的波束多功能天线应广泛应用在基站、改善通信质量、提高覆盖面积、系统扩容等方面。

（3）进行自适应小区覆盖和信道动态分配的研究。

前面提到的自动适用调整姿态的波束多功能天线仍然是原有固定的小区通信架构，并且不同小区之间的用户通信仍需要BSC或 MSC的支撑。所以，下一步需要进行小区覆盖范围自动适应调整技术就显得尤为重要了。该研究可以提高小区的实际覆盖面，降低越区通信，降低小区通信对BSC或 MSC的依赖。自动适用调整姿态的波束多功能天线可以根据波向、自适应调整波束宽度和指向调整不同小区的通信数量，从而实现波束跟踪不同区域用户，减少切换次数，提高通信持续性。对高密度高强度通信的小区进行无缝覆盖和通信信号自动分配，降低切换终端频率，提高网络利用率。自动适用调整姿态的波束多功能天线可降低基站数、改善通信质量、提高覆盖面积、系统扩容。

综上所述，自动化高智能小区是外来小区通信技术课题主要的发展趋势。在小区通信时，要适时地对变化的通信环境、播放通道进行自动跟踪调整，信号分级分段处理。根据用户的实际位置，自动调整信号覆盖面和频率。BSC或 MSC总线前台处理能力和智能化得到进一步加强。同时在实际项目决策、实施中，要设法降低项目成本，加强项目资金筹措决策，合理确定融资渠道，不断提高项目的经济效益。

5 结束语

在我国，小区技术需占用已经比较有限的无线频率资源。特别是当小区技术作为关键技术之一，应用在提高移动通信质量、覆盖网络数量去满足更高话务的需求时，研究小区技术的发展尤为重要。在我们设计规划过程中，在进行设计方案经济效益财务决策时，需要有选择地使用智能型天线进行小区网络规划，在现阶段网络运行状态下，将进一步提升网络质量和满足网络话务需求，提高用户忠诚度，加强整体网络竞争力。在规划设计时丰富了技术手段，突出了创新意识，并达到了良好的效果。

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Research on Development of Area Covers Technology

Abstract:This paper introduced region coverage by the existing technologies, combined with the actual engineering situation in the application, compared the effect of various technology and limitations, analyzed the cover the existing problems in the development of technologies, and put forward the direction of development and research direction.

覆盖技术论文篇7

数字发射覆盖技术之所以能够促进国内广播电视行业的发展，关键在于依托其自身技术优势。数字发射覆盖技术主要由通信设备、信息技术设备等软硬件共同组成，正是因为这些设备的可靠性才保证了其在广播电视系统中应用的可靠性，对于促进系统长期稳定可靠运行有积极意义。数字发射覆盖技术利用先进的设备将原本不可能实现的目标变为现实，信息技术与计算机技术支持下，广播电视系统中数字技术的应用先进可靠，增强了系统运行的生命力，且通过多年探究实践与发展，目前技术体系已经相对较为成熟，广播电视系统运行风险被极大的降低，系统运行安全性、可靠性、有效性得到了强力保障。目前广播电视系统在国家标准和行业规范的约束下可实现数字设备的无缝接入，保证了系统的延展性与功能的可扩充性，数字发射覆盖技术的服务空间与层次都得到了进一步拓展。广播电视系统运行中安全问题至关重要，数字发射覆盖技术的应用在保障系统顺利运行的同时可通过建立完善的系统访问权限机制、专用网络、备份恢复机制等确保系统运行安全，规避用户及工作人员或有意或无意的破坏，为系统的持续、健康运行提供可靠支持。目前我国广播电视系统所容纳的用户越来越多，为满足用户数量增加、需求增加现状应用数字发射覆盖技术可提升服务的前瞻性，通过灵活构建系统、改动系统构架等途径提升服务质量，增强广播电视行业发展的动力。数字发射覆盖技术本身的实用性与扩充性为广播电视系统与时俱进提供了支持与保障，本身数字网络的建设是一项耗时长且复杂的工程，这个过程中利用本身的实用性和扩充性可消除系统建设滞后带来的诸多问题，为用户提供多元化服务，进一步降低服务成本、减少停播情况，保证数字信号的优质覆盖，更深层次的挖掘受众群体资源，促进广播电视行业实现可持续发展。

2广播电视系统中数字技术分析

广播电视系统中应用的数字发射覆盖技术以ATSC技术、DVB技术、ISDB技术与DMB-T技术为主。ATSC技术服务广播电视系统主要是依靠自身组成层面、构成层级的清晰配合实现，第一层定像层确定图像形式，第二层依照MPEG模式压缩图像，第三层完成信号数据传输，前两层图像数据最终由第三层完成发射覆盖。DVB技术是典型的欧洲技术，利用卫星、地面数据交换机数字电视完成信号发射与覆盖，不仅能够接收传送音视频文件信号，还可接收传送图标图像及TRD等节目，不过DVB业务传送条件受限制，需支付一定费用，其业务开展有利有弊，国内参考该技术对广播电视系统进行了改造，为用户提供了更好的服务。ISDB技术来源于日本，核心在于利用计算机与无线信息网络技术为广播电视系统信号传输覆盖提供更加多元化的服务，尤其是在3G、4G业务方面有出众表现。DMB-T技术在我国广播电视系统中的应用可更好的实现数字信号的传导与接收，其采用的FJL技术促使数字电视传输网络逐步向多载波技术领域发展，可在多径时拖延信号扩散避免来自乱码的干扰，保证信号传输的准确与顺畅，其采用的循环前缀填充技术可有效实现保护间隔，并极大的提升了数字电视信号发射覆盖的效率。实现了20dB以上同步保护增益，对于促使我国广播电视行业更好的发展有积极意义。

3结论

综上所述，广播电视系统中数字发射覆盖技术的应用可更好的实现数字广播电视信号的传输与接收，极大的拓展了覆盖范围与效果，提升了广播电视系统运行的安全性、稳定性与可靠性，促使其向着更好的方向发展。

覆盖技术论文篇8

【关键词】智能建筑;传感器;节点覆盖

0.引言

社会在发展，科技在进步。人们对于建筑的要求越来越高，从传统的坚固、舒适，提升为健康、安全，智能建筑应运而生。智能建筑能够适时调控室内的温度、湿度等一系列参数，确保给人们提供最适宜的生活环境，并且能在发生火灾时及时报警，自动进行灭火，确保生命财产的安全。传感器是智能建筑的重要组成部分，在满足建筑要求的前提下，如何放置传感器是一个十分值得研究的问题。

1.传感器在智能建筑中的应用

该传感器系统的应用环境是建筑的室内区，由于应用环境相对简单，所以传感节点布置相对野外环境的节点布撒要容易定位，而且系统对传感节点的移动性要求不高，节点一旦布置完成后位置基本上不会改变。因此在节点布置和节点定位比较明确的情况下，如果能找到一种布置方法使节点高效无缝地覆盖整个监控区域，那么我们的整个传感网络的使用效率将大大提高。我们在此研究节点的覆盖问题主要是找出用尽可能少的节点去覆盖更广的区域的算法，从而参照这种覆盖算法在建筑的室内环境中去布置节点。在传感网络中，假设每个节点的传感范围为一个半径为R的圆形区域。

2.节点覆盖

2.1两种覆盖模型综述

目前，智能建筑中传感器网络覆盖模型较多，但是综合考虑各种模型，其经济性和实用性都有待进一步提高。在此，本文只对两种比较好的传感器网络在建筑中的节点覆盖模型进行深入研究。两种模型分别为矩形节点和正六边形节点。

2.2模型一：正六边形节点

多圆相交时的排列情况，由于要将不规则监测区域全部覆盖也就意味着节点间的重复覆盖,我们关心的问题就是如何用最少的圆覆盖一定的区域,我们知道单个节点的覆盖面积是圆如图1(A),两个节点的覆盖的最大面积是两圆相切如图1(B),三个节点的无缝最大覆盖面积即三个圆心相互间离得尽可能远,即圆心距尽量长如图1(C),要得到最大的覆盖面积就要找出三个圆心距何时最大，即O1O2O3的面积何时为最大。

图1节点抽象图

当三个圆面相互重叠时如图2(A)所示,重叠面积为弧ab、ac、bc 之间围成的面积S1,S1越小O1O2O3的面积就越大,当a、b、c三点重合时S1最小,假定a、b、c 重合于图2(C)中P点,此时三个圆交于P 点,我们可以找出此时O1O2O3面积最大满足什么条件因为三圆交于一点P,故PO1=PO2=PO3=R(R 为圆半径) , 可以将得出O1、O2、O3在以P为圆心,半径为R的圆上,如图3(B)所示，O1O2O3为圆内的内接三角形,我们可以证明这个内接三角形为等边角形时面积最大。

图3 节点理论覆盖图

则上述证明结果我们可以知道, 当相邻三个节点相互构成正三角形, 且该三角形的边长等于R(R 为节点半径)时它的覆盖面积是最大的,覆盖率最高，冗余量最少，此时，即是将圆简化为其内接正六边形。

在监测区域内,传感节点按照高效覆盖算法进行布置,我们可以知道此时的覆盖率最高。那么在实际运用中我们怎么确定在一定区域内需要放置多少节点才能按此算法实现高效覆盖。假设在a×b 区域内布置节点, 节点的传感半径为R , 通过数学计算我们可以知道当以此种算法覆盖时,最大覆盖率为82.7%。

图4区域节点放置示意图

2.3模型二：矩形节点

由于一般住宅都可以拆分一个个矩形单元，所以用矩形可以充分覆盖死角，从而使在覆盖率达到百分百的情况下所需要的传感器数量减少，所以把传感器的检测范围从圆形简化成矩形。而在一个圆中最大的矩形就是正方形，如图5（A）所示，其理论有效覆盖率63.7%。

实际上，民用建筑往往不是规则的图形，需要人为地将其划分若干单元，划分为矩形单元（如图5（B））比较容易计算、施工，基于此。再次将正方形模型变换为矩形模型，在划分的单元中分为两种方式放置传感器（沿长放置和沿宽放置），并将两种放置结果进行比较，选择使用效率高的放置方式。这种放置方式可以通过计算机，编写一个比较简单的程序，只需输入传感器的监控半径和矩形单元的长和宽，便可算出所需传感器数量及传感器放置的位置坐标，也可以用offic中的excel进行数据处理，二者皆可。其理论依据如下：

图5（A）节点理论覆盖图（B）区域节点放置示意图

沿长排列

2.4两种方法对比

方法一覆盖效率较高，能充分利用传感器。在大型建筑中，应采用发方法一，这样可以有效减少传感器数量，降低建筑成本。方法二覆盖效率不高，但是应用起来比较简单，便于计算，易于确定放置位置。在小型建筑中，其覆盖效率往往超过方法一，且传感器放置位置对称，视觉效果好，所以在小型建筑中应优先考虑采用方法二。

3.结语

采用节点覆盖法算法在此类节点布置的问题应用较广，能有效地优化相关模型。而此处我们提出的两种节点覆盖算法圆形覆盖和正方形覆盖都具有较高的覆盖率，理论上圆覆盖率可达83%，正方形的可达64%；在实际应用中应考虑实际布置场所的大小来选择，在面积较宽广的场所应用理论覆盖率较高的圆覆盖法，而在面积较小的场所则为提高可操作性可采用正方形的覆盖法。

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