基于密度峰值聚類的無線專用覆蓋指標(biāo)指示的工作技術(shù)研究

陳 悟，張 月，戴光明

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司揚州供電分公司 江蘇 揚州 225000）

0 引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，專用無線覆蓋指標(biāo)指示也在逐步實現(xiàn)高帶寬、多用戶、高速率、低延時上網(wǎng)的需求。對于無線覆蓋的評估，不僅要看覆蓋范圍，還要考慮信號質(zhì)量和干擾情況等因素［1］。目前，基于密度峰值聚類的無線專用覆蓋指標(biāo)指示工作正在被越來越多的企業(yè)和組織所采用。這種技術(shù)通過聚類分析無線信號的覆蓋范圍和質(zhì)量，能夠有效地評估無線覆蓋的性能，并提供針對性的優(yōu)化建議，以改善通信系統(tǒng)的性能和用戶體驗。密度峰值聚類算法作為一種較為有效的聚類分析方法，其具有廣泛的應(yīng)用前景，未來可以進(jìn)一步研究算法的優(yōu)化和擴(kuò)展，以更好地適應(yīng)不同類型的數(shù)據(jù)集和實際應(yīng)用場景［2－3］。

基于密度峰值聚類的無線專用覆蓋指標(biāo)指示的工作技術(shù)可以為網(wǎng)絡(luò)管理員提供決策支持。例如，通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，可以預(yù)測未來的話務(wù)需求分布，從而提前做好資源調(diào)配［4－5］。此外，還可以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的一些異常情況，如信號干擾、設(shè)備故障等，從而及時進(jìn)行處理。將無線網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的區(qū)域，并為每個區(qū)域提供定制化的管理策略。例如，在辦公區(qū)域和公共區(qū)域，可能需要更高的無線覆蓋質(zhì)量，而在會議室等特定場所，可能只需要滿足特定的設(shè)備連接需求。通過聚類分析，可以更為精細(xì)地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理?；诿芏确逯稻垲惖臒o線專用覆蓋指標(biāo)指示的工作技術(shù)研究能夠提高網(wǎng)絡(luò)性能、優(yōu)化用戶體驗、實現(xiàn)精細(xì)化管理、輔助決策支持以及促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的研究和發(fā)展。

1 密度峰值聚類算法及其主要發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 密度峰值聚類算法概念

密度峰值聚類（density peak clustering， DPC）算法是無監(jiān)督算法的其中一種，其能夠發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)里的密度峰值，并根據(jù)相關(guān)的峰值點進(jìn)行數(shù)據(jù)的聚類與計算，密度峰值算法提出之前，有許多基于密度的聚類算法，如DBSCAN、OPTICS 等，此類算法能夠?qū)?shù)據(jù)集中的密集區(qū)域進(jìn)行聚類，但對于密度區(qū)域的形狀和大小都有一定量的假設(shè)，對于不同類型的數(shù)據(jù)集的效果不同。密度峰值聚類算法自源起便不斷得到發(fā)展。許多學(xué)者對算法進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，如局部密度優(yōu)化、分配策略優(yōu)化、多密度峰優(yōu)化以及計算復(fù)雜度優(yōu)化等，與此同時，密度峰值聚類算法在不同領(lǐng)域的應(yīng)用研究也得到了廣泛開展，如圖像分割、文本分類、社交網(wǎng)絡(luò)分析等。具體原理主要基于以下兩種假設(shè)：這些算法主要通過尋找數(shù)據(jù)集中的密集區(qū)域來進(jìn)行聚類，但它們對于密集區(qū)域的形狀和大小都有一定的假設(shè)，對于不同類型的數(shù)據(jù)集可能效果不佳。其具體原理主要基于以下兩種假設(shè)：①簇心的密度比其周圍的點高；②簇心距離其他密度大的數(shù)據(jù)點相對更遠(yuǎn)。根據(jù)簇心進(jìn)行判斷，將其余的點分配到附近的簇心。

此算法的優(yōu)勢之處在于無須設(shè)置類簇數(shù)量，根據(jù)數(shù)據(jù)中的類簇，對于不同類型的數(shù)據(jù)集具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，雖然如此，此算法仍然存在一些問題，如對交叉纏繞及密度不均的數(shù)據(jù)集的處理效果進(jìn)行分配，除此之外，該聚類算法的效果不斷受到影響，需要根據(jù)具體的數(shù)據(jù)集大小進(jìn)行合適的函數(shù)選擇。密度峰值聚類算法的具體步驟如下：

（1）計算數(shù)據(jù)點的密度。

（2）尋找密度峰值點，每個峰值點作為一個簇心。

（3）以每個峰值點為中心，向外擴(kuò)展不同程度的區(qū)域，將區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)點聚到一起，形成一個簇。

（4）如果某一簇內(nèi)的數(shù)據(jù)點數(shù)大于閾值，則重復(fù)步驟1 和2，將該簇中的數(shù)據(jù)點繼續(xù)聚類。

（5）重復(fù)步驟1 ～3，直到所有的數(shù)據(jù)點都被聚類完畢。

而該算法的核心在于局部密度和相對距離的計算，以及找到密度峰值點作為聚類中心，對于局部密度的計算需要考慮每個數(shù)據(jù)點及其周圍一定范圍內(nèi)的其他數(shù)據(jù)點，局部密度的具體計算方法可以通過采用高斯核函數(shù)、截斷核函數(shù)、葉帕涅奇尼科夫（Epanechnikov）核函數(shù)等，高斯核函數(shù)作為最為常用的核函數(shù)之一，其通過計算數(shù)據(jù)點之間的歐氏距離來衡量它們之間的相似性，根據(jù)截斷核函數(shù)和葉帕涅奇尼科夫核函數(shù)，在高斯核函數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)不同類型的數(shù)據(jù)集。具體的公式里，局部密度ρi可以使用截斷核函數(shù)來計算，如式（1）所示。

對于連續(xù)值，局部密度ρi可以使用高斯核函數(shù)來計算，如式（2）所示：

式（2）中，xi j表示樣本i在第j個特征上的值，xj j表示樣本j在第j個特征上的值，ε是截斷距離，σ是高斯核函數(shù)的寬度參數(shù)。

1.2 密度峰值聚類算法主要發(fā)展現(xiàn)狀

密度峰值聚類算法在許多行業(yè)得到了應(yīng)用，如在電商行業(yè)中，密度峰值聚類算法可以用于對用戶的行為進(jìn)行分析，將用戶劃分為不同的群體，以便更好地推薦商品和服務(wù)。通過分析用戶的瀏覽記錄和購買歷史，識別出用戶的購買習(xí)慣和偏好，檢測用戶的異常行為，如惡意刷單、賬號異常等，以保障平臺的正常運營和用戶的權(quán)益。分析出不同商品之間的相似度和相關(guān)性，從而為用戶推薦最符合他們需求的商品。在金融行業(yè)中，密度峰值聚類算法可以用于對股票價格進(jìn)行分析，識別出不同的股票價格趨勢和模式，以幫助投資者做出更明智的投資決策，通過將用戶的個人信息、資產(chǎn)狀況、歷史借貸數(shù)據(jù)等納入算法分析，可以判斷用戶是否存在潛在的風(fēng)險，如逾期、欺詐等。金融機(jī)構(gòu)可以根據(jù)風(fēng)險評估的結(jié)果，制定合理的風(fēng)控策略，減少不良借貸發(fā)生的風(fēng)險，除此之外，也可以用于對金融市場數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的異常點和潛在簇狀結(jié)構(gòu)，從而幫助金融機(jī)構(gòu)更好地了解市場趨勢和風(fēng)險。在社交媒體的行業(yè)中，密度峰值聚類算法用于對社交媒體上的用戶行為進(jìn)行分析，了解用戶的需求和興趣，以便更好地推薦內(nèi)容和產(chǎn)品。

DPC 算法包含了幾項優(yōu)點及缺點，該算法不需要迭代，具有高效的計算性能，并且能夠自適應(yīng)地確定聚類數(shù)量，無需提前設(shè)定，同時考慮了數(shù)據(jù)的局部密度和距離，能夠更全面地描述數(shù)據(jù)特征，而截斷距離的取值是按經(jīng)驗策略設(shè)定的，如果取值不當(dāng)，會導(dǎo)致局部密度和距離計算錯誤。聚類中心的選取采用人機(jī)交互模式，對聚類結(jié)果的主觀影響較大。針對DPC 算法的這些缺陷，目前的改進(jìn)方向主要有：改進(jìn)截斷距離的取值方式、改進(jìn)局部密度和距離的計算方式以及改進(jìn)聚類中心的選取等方式，同時，DPC 算法在各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用研究，例如在圖像處理、文本挖掘、生物信息學(xué)等領(lǐng)域，本研究將主要從無線專用覆蓋指標(biāo)指示方面進(jìn)行研究。

2 無線專用覆蓋指標(biāo)指示的發(fā)展與現(xiàn)狀

2.1 無線專用覆蓋指標(biāo)指示的發(fā)展

無線專用覆蓋指標(biāo)指示的發(fā)展與WiFi 技術(shù)的演進(jìn)緊密相關(guān)。隨著WiFi 技術(shù)的不斷進(jìn)步，無線專用覆蓋指標(biāo)指示也在不斷發(fā)展和優(yōu)化。在WiFi6（802.11ax）之前，802.11ac 和802.11n 分別作為主流的無線技術(shù)，它們分別稱作WiFi5 和WiFi4。這些技術(shù)在企業(yè)級無線覆蓋方面發(fā)揮了重要作用，尤其在辦公信息化和辦公移動化趨勢中，為了滿足企業(yè)自身發(fā)展需求，如改善以往有線端口的限制、提高硬件維護(hù)工作、優(yōu)化線路等，很多企業(yè)開始建設(shè)更加便捷、移動性更強(qiáng)的無線接入網(wǎng)絡(luò)。

2.2 無線專用覆蓋指示的現(xiàn)狀

隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，無線專用覆蓋的范圍不斷擴(kuò)大，從早期的2G、3G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，到現(xiàn)在的4G、5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，以及未來可能出現(xiàn)的6G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，無線專用覆蓋的范圍會越來越廣。信號質(zhì)量也得到了顯著改善。在4G、5G 網(wǎng)絡(luò)中，采用了更加先進(jìn)的信號處理技術(shù)和多天線技術(shù)，使得無線信號的傳輸速率和穩(wěn)定性得到了極大的提升。

現(xiàn)代的無線專用覆蓋系統(tǒng)具有更高的智能化和自適應(yīng)性，通過自動化技術(shù)和人工智能技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)能夠自動感知環(huán)境變化和用戶需求，并做出相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。如在物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等領(lǐng)域，無線專用覆蓋系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的習(xí)慣和需求，自動調(diào)整信號傳輸方式和傳輸速率，以提供更加個性化的服務(wù)。隨著無線通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，安全性問題也得到了越來越廣泛的關(guān)注。無線專用覆蓋指標(biāo)指示的發(fā)展過程中，安全性問題得到了充分的重視。例如，在系統(tǒng)設(shè)計和部署過程中，會采取一系列的安全措施，如數(shù)據(jù)加密、訪問控制、漏洞掃描等，以保證系統(tǒng)的安全性。

2.3 無線專用覆蓋指標(biāo)指示的優(yōu)缺點分析

無線專用覆蓋指標(biāo)指示的優(yōu)缺點需要結(jié)合具體的應(yīng)用場景和需求進(jìn)行評估。在需要靈活部署、快速響應(yīng)和移動性強(qiáng)的情況下，無線專用覆蓋網(wǎng)絡(luò)是一個不錯的選擇；在高傳輸速率、強(qiáng)穩(wěn)定性和嚴(yán)格安全保障的情況下，主要的優(yōu)點有以下幾點：

（1）靈活性高。無線專用覆蓋網(wǎng)絡(luò)不受傳統(tǒng)線路的限制，可以根據(jù)實際需要靈活地調(diào)整覆蓋范圍和信號強(qiáng)度。

（2）部署快速。無線專用覆蓋網(wǎng)絡(luò)的部署相對簡單，不需要進(jìn)行復(fù)雜的有線布線和配置，可以快速部署到需要的地方。

（3）移動性強(qiáng)。無線專用覆蓋網(wǎng)絡(luò)可以支持移動設(shè)備的使用，用戶可以在覆蓋范圍內(nèi)隨時隨地接入網(wǎng)絡(luò)，提高了使用的便捷性。

（4）適應(yīng)性強(qiáng)。無線專用覆蓋網(wǎng)絡(luò)可以適應(yīng)各種不同的環(huán)境，包括室外、室內(nèi)、高樓、地下室等，覆蓋效果也相對較好。

主要的缺點有以下幾點：

（1）信號干擾。無線專用覆蓋網(wǎng)絡(luò)可能會受到其他無線設(shè)備的干擾，如微波爐、藍(lán)牙設(shè)備等，影響信號質(zhì)量和穩(wěn)定性。

（2）傳輸速率限制。無線專用覆蓋網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率相對有線網(wǎng)絡(luò)較慢，尤其在數(shù)據(jù)量較大的情況下，如視頻會議等應(yīng)用中可能會受到影響。

（3）安全性問題。無線專用覆蓋網(wǎng)絡(luò)存在一定的安全性問題，如被黑客攻擊、數(shù)據(jù)泄露等，需要采取相應(yīng)的安全措施進(jìn)行防范。

（4）設(shè)備成本高。無線專用覆蓋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備成本相對較高，尤其是一些高質(zhì)量的設(shè)備，如AP、路由器等，可能會增加部署成本。

3 基于密度峰值聚類的無線專用覆蓋指標(biāo)指示的工作

基于密度峰值聚類的無線專用覆蓋指標(biāo)指示的工作主要是利用密度峰值聚類算法對無線信號的覆蓋范圍和質(zhì)量進(jìn)行評估和優(yōu)化，通過收集無線信號的覆蓋數(shù)據(jù)，包括信號強(qiáng)度、信號質(zhì)量、信號干擾等方面的數(shù)據(jù)，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、過濾和標(biāo)準(zhǔn)化處理，以去除異常值和噪聲數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性，并且通過利用密度峰值聚類算法對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，將無線信號的覆蓋范圍劃分為不同的簇，識別出簇內(nèi)的核心區(qū)域和邊緣區(qū)域，最終根據(jù)聚類分析的結(jié)果，評估無線專用覆蓋指標(biāo)的水平和質(zhì)量，包括覆蓋范圍、信號質(zhì)量、干擾情況等。具體評估指標(biāo)如表1 所示。

表1 具體評估指標(biāo)

根據(jù)上述具體指標(biāo)情況進(jìn)行分析，具體優(yōu)化建議如下：

（1）覆蓋范圍

覆蓋范圍是指無線信號能夠覆蓋到的區(qū)域范圍，基于密度峰值聚類的分析方法可以應(yīng)用于覆蓋范圍指標(biāo)，以確定信號覆蓋的熱點區(qū)域和盲區(qū)。而其在覆蓋范圍較小的區(qū)域增加基站數(shù)量，可以提高信號覆蓋范圍，并通過調(diào)整基站天線的高度和方向，可以改變信號的傳播方向和覆蓋范圍，除此之外，根據(jù)覆蓋區(qū)域的實際情況，適當(dāng)調(diào)整基站的發(fā)射功率，可以擴(kuò)大或縮小覆蓋范圍。

（2）信號質(zhì)量

信號質(zhì)量是指無線信號的穩(wěn)定性和可靠性?；诿芏确逯稻垲惖姆治龇椒梢詰?yīng)用于信號質(zhì)量指標(biāo)，以識別信號質(zhì)量較差的區(qū)域。通過在信號質(zhì)量較差的區(qū)域增加基站數(shù)量并優(yōu)化布局，可以提高信號質(zhì)量。而通過增加基站天線的增益和調(diào)整濾波器參數(shù)，可以提高信號質(zhì)量和降低干擾，除此之外，采用先進(jìn)的信號調(diào)制解調(diào)技術(shù)，可以提高信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

（3）干擾情況

干擾情況是指無線信號受到其他信號干擾的程度?；诿芏确逯稻垲惖姆治龇椒梢詰?yīng)用于干擾情況指標(biāo)，以識別干擾嚴(yán)重的區(qū)域。具體改善方法包括了調(diào)整基站發(fā)射功率和天線方向，通過調(diào)整基站發(fā)射功率和天線方向，可以降低干擾和提高信號質(zhì)量，其次通過采用先進(jìn)的信號調(diào)制解調(diào)技術(shù)，可以提高信號的抗干擾能力，還能夠通過協(xié)調(diào)不同運營商的頻譜使用，降低不同系統(tǒng)之間的干擾。

4 結(jié)語

綜上所述，本文研究了基于密度峰值聚類的無線專用覆蓋指標(biāo)指示的工作技術(shù)，介紹了密度峰值聚類的基本原理和優(yōu)勢，闡述了該技術(shù)在無線專用覆蓋指標(biāo)指示方面的應(yīng)用，通過對該技術(shù)的背景分析、優(yōu)缺點判斷及優(yōu)化建議研究，選取覆蓋范圍、信號質(zhì)量和干擾情況三項指標(biāo)為基礎(chǔ)，提出了針對性的優(yōu)化建議，以改善通信系統(tǒng)的性能和用戶體驗，其作為一種新的評估和優(yōu)化策略，同樣能夠為無線通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供有益的參考和借鑒。