[发明专利]以内容为中心的无线网状网络中继节点布置方法

权利要求书

1. 一种以内容为中心的无线网状网络中继节点布置方法，包括以下步骤：

A：获取所述以内容为中心的无线网状网络的参数，所述参数包括：A1：表达已存在的无线网状子网的布置状况的参数；A2：表达网络中通信需求的历史记录信息参数；A3：与中继节点相关的参数；

B：根据步骤A获取的参数将所述以内容为中心的无线网状网络表示为有向图，所述有向图由节点和链路构成，所述节点包括网关节点、中继节点、无线网状路由器节点和无线存储节点，其中，对于每个可布置中继节点的位置设定为一个虚拟中继节点，互相通信的两个节点之间具有两条方向相反的链路；

C：根据所述有向图建立中继节点的优化布置数学模型；包括：

C1：根据步骤A获得的参数定义已知参数；

C2：对变量进行定义，所述变量为：

对等通信集合中一个对等通信的数据吞吐率与带宽需求的比率、以及无线链路上属于该对等通信的数据吞吐率负载；所述无线存储节点上实际存储每个文件的空间大小与该文件大小的比率；对于所述每个请求某个文件的无线节点，其从每个存储节点上下载的该文件的总数据量、以及无线链路上属于该文件下载数据吞吐率负载；虚拟中继节点变量，该变量为0-1变量，布置中继节点时，变量为1，不布置中继节点时，变量为0；

C3：利用所述定义的参数和变量构建目标函数，最大化网络吞吐率，并根据无线网状网络的要求构建约束条件；

D：采用整数线性规划求解方法对所述数学模型进行求解，所述整数线性规划求解方法为隐枚举法、分枝定界法或割平面法；

E：根据数学模型的解，获取中继节点的最优布置位置。

2. 根据权利要求1所述以内容为中心的无线网状网络中继节点布置方法，其特征在于：所述步骤A中的参数包括：

A1：表达已存在的无线网状子网的布置状况的参数：无线网状路由器节点集合、无线终端节点集合以及各节点位置信息集合；无线网状路由器中担任无线存储节点的集合以及每个无线存储节点的存储容量；单个无线信道的容量、节点的通信半径以及每个无线通信信道的信号干扰范围半径；

A2：表达网络中通信需求的历史记录信息参数：对等通信集合、每个对等通信的通信双方节点以及每个对等通信的带宽需求；无线网状网络中节点与因特网之间的通信集合以及每个通信的带宽需求；需要存储在网络中的不同文件的集合、每个文件的大小以及请求不同文件的无线节点集合；

A3：与中继节点相关的参数：每个中继节点到网关以及中继节点间的通信信道容量；需要布置的中继节点数量以及可布置中继节点的位置信息。

3. 根据权利要求1所述以内容为中心的无线网状网络中继节点布置方法，其特征在于：步骤B中有向图的构建方法包括以下步骤：

B1：在无线网状子网中，如果两个无线网状路由器在彼此的通信半径内，则在两个无线网状路由器节点之间连接两条方向相反容量相同的链路；如果两个无线网状路由器不在彼此的通信半径内，则它们之间不连接任何链路，且每条链路设置一个信号干扰链路集合，该集合是由与这条链路相干扰的链路构成，重复步骤B1直至所有符合条件的链路连接完毕；

B2：对于中继节点子网，将有向图中每个可布置中继节点的位置当做一个虚拟中继节点，且每个虚拟中继节点与网关对应的节点之间连接两条方向相反的链路，任意两个虚拟中继节点之间连接两条方向相反的链路；任意两个虚拟中继节点之间的链路、每个虚拟中继节点与网关节点之间的链路的容量按照实际信道容量进行设置，且每个链路的信号干扰链路集合为空集；

B3：如果虚拟中继节点与无线子网中的无线网状路由器在彼此的通信范围内，则所述可布置中继节点的位置节点与所述无线网状路由器节点之间连接两条方向相反容量相同的链路，重复步骤B3直至所有符合条件的链路连接完毕；

其中步骤B1和步骤B2的执行没有先后次序。

4. 根据权利要求1所述以内容为中心的无线网状网络中继节点布置方法，其特征在于：步骤C具体包括：

C1：根据步骤A获得的参数定义已知参数；

所述已知参数包括：无线网状路由器节点集合、无线终端节点集合以及各节点位置信息集合；无线网状路由器中担任无线存储节点的集合以及每个无线存储节点的存储容量；单个无线信道的容量、节点的通信半径、每个无线通信信道的信号干扰范围半径；对等通信集合、每个对等通信的通信双方节点以及每个对等通信的带宽需求；无线网状网络中节点与因特网之间的通信集合以及每个通信的带宽需求；存储在网络中的不同文件的集合、每个文件的大小以及请求不同文件的无线节点集合；每个中继节点到网关以及中继节点间的通信信道容量；需要布置的中继节点数量以及可布置中继节点的位置信息；

C2：对变量进行定义，所述变量为：

对于所述对等通信集合中的一个对等通信而言，网络所能满足的数据吞吐率与带宽需求的比率、以及无线链路上属于该对等通信的数据吞吐率负载；对于所述无线存储节点，其上实际存储每个文件的空间大小与该文件大小的比率；对于所述每个请求某个文件的无线节点，其从每个存储节点上下载的该文件的总数据量、以及无线链路上属于该文件下载数据吞吐率负载；对于所述中继节点的每个位置，设置0-1变量；

C3：利用所述定义的参数和变量构建目标函数，最大化网络吞吐率，并构建约束条件，所述约束条件用于保证进出无线网状路由器的数据流量守恒、保证进出中继节点和网关的数据流量守恒、定义无线链路的信号干扰所带来的约束、保证无线链路上的总数据流量不超过该链路的容量、保证如果一个中继节点布置在了可布置中继节点的位置时才会有数据流量经相应的虚拟中继节点、保证仅从所述可布置中继节点的位置集合中选取所述需要布置的中继节点总数个节点进行布置、保证存储在存储节点上的所有文件的数据总量不超过该节点的存储容量、保证每个文件请求节点从每个存储节点上下载某文件的数据总量不超过节点上存储的该文件的总数据量、保证每个文件请求节点从所有存储节点上下载文件的数据总量不超过该文件大小、给出整数变量和实数变量的取值范围。