[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

说明书

技术领域

本发明涉及无线网状网络领域，具体涉及一种用于以内容为中心的无线网状网络的中继节点的布置方法。

背景技术

近年来，由于网络应用的快速发展和新技术的不断应用，人们不但对传输带宽的需求越来越大，而且对从网络中更方便地获取所需文件也提出了更高的要求。以内容为中心的网络（Content-Centric Network）将用户端所需的文件存储到较近的路由器上，提供从用户端到文件存储路由器的优化路径，通过优化的路径和资源，来保证对内容传输的高效性。这些具有存储文件功能的路由器叫做存储节点。

针对网络使用者对移动性的要求，无线网状网络等无线接入技术发展迅速。无线网状网络通常由一组无线网状路由器组成，相邻无线网状路由器之间通过无线信道进行通信，无线网状路由器提供了网络接入、多条路由等功能。虽然无线网状网络具有安装容易、设置简单、可满足网络使用者移动接入网络的要求等优点，但无线链路之间不可避免的信号干扰导致了无线网状网络具有网络带宽低的缺点。

以内容为中心的无线网状网络是一种将以上两种技术优点结合的新技术，它向用户提供了高带宽和移动性的网络服务。以内容为中心的无线网状网络中包含三种节点：无线网状路由器（Wireless Mesh Router），中继节点（Relay Node）和网关（Gateway）。首先，大量的无线网状路由器提供了网络覆盖、连通性以及数据交换。其中部分无线网状路由器具有文件存储功能，可以将部分文件存储在本地以实现高效的文件分发。其次，相对于无线网状路由器，中继节点具有更强的无线通信功能。少量的中继节点之间可通过高带宽，长距离通信（如光通信、认知无线电技术等）组成高速骨干网。而且，每个中继节点可与其覆盖范围内的无线网状路由器进行通信，为网络中的数据提供交换功能，从而增强网络连通性，扩大网络覆盖范围，提高网络吞吐率。第三，以内容为中心的无线网状网络存在一个网关节点，该节点连接无线网状网络和外部因特网以使连接在该网络中的用户与因特网之间可进行数据交换。

众所周知，在以内容为中心的无线网状网络中，无线网状路由器子网中无线链路之间不可避免的信号干扰严重限制了网络的吞吐率，从而导致了服务质量的下降，现有技术中从最小化无线网状路由器到中继节点的平均跳数的角度考虑，优化中继节点的布置位置，从而将数据发往因特网的时延最小化，提高网络的吞吐率。然而，由于现有技术中仅考虑了无线网络终端与因特网的通信，而未考虑无线网络终端之间的对等通信以及以内容为中心的无线网状网络中存储节点中文件存储策略对网络吞吐率的影响，因此提高网络吞吐率的效果不佳。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种以内容为中心的无线网状网络中继节点的优化布置方法，以解决现有的方法仅考虑了无线网络终端与因特网的通信，从而导致提高网络吞吐率的效果不佳的问题。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：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。

上述技术方案可具体化如下：