[发明专利]一种多目标关注的无线Mesh路由器部署优化方法

权利要求书

1.一种多目标关注的无线Mesh路由器部署优化方法，其部署原则是：保障接入节点覆盖与网络整体连通性的前提下，以小的部署成本，在网络覆盖健壮性、网络传输吞吐量、传感器能耗以及Mesh路由器负载均衡方面达到好的性能；其特征在于，

令网络内可部署Mesh路由器位置CL的集合为S＝{CL₁,...,CL_m}，制造物联网中分布的无线终端T的集合为T＝{T₁,...,T_n}，无线路由器部署在位置CL_j的成本为c_j，在该位置部署无线Mesh网关的额外成本为p_j，则在位置CL_j部署无线Mesh网关的总成本为c_j+p_j；

无线终端T_i产生的数据流量为d_i，当位置CL_j与CL_l之间能通过一条无线链路双向连通，则两部署位置之间无线链路的流量容量为u_jl，位置CL_j部署有路由器，其无线接口访问容量为v_j，M代表无线Mesh网关能承载的上限流量；a_ij＝1表示无线终端T_i与位置CL_j之间通过一条无线链路双向连通；b_jl代表位置集合中各个候选部署位置的无线连接参数，当位置CL_j与CL_l间能够通过一条无线链路双向连通，则b_jl＝1；o_ik代表各个无线终端间的连接参数，若o_ik＝1，则表示无线终端T_i与T_k间能够通过一条无线链路双向连通；

考虑部分无线终端需通过多跳连接到Mesh路由器或网关，无线终端T_i与部署于位置CL_j的Mesh路由器/网关之间的最短路径为s_path_ij，当存在最短路径，则定义L_ij＝hop(s_path_ij)，否则L_ij＝0，L_ij为最短路径s_path_ij的跳数；若相邻Mesh路由器/网关部署位置分别为CL_j，CL_l，则从CL_j到CL_l数据流量表示为f_jl，F_j表示由部署在位置CL_j的Mesh网关到互联网的数据流量；

基于以上参数定义，那么求解Mesh路由器/网关部署问题，即为求解以下决策变量：1)分簇决策变量x_ij，当无线终端T_i被分配到位置CL_j时，x_ij＝1，否则为0；2)Mesh路由器/网关部署决策变量r_j，当位置CL_j部署有一个Mesh路由器/网关，r_j＝1，否则为0；3)Mesh网关部署决策变量e_j，当位置CL_j部署有一个Mesh网关时，e_j＝1，否则为0；4)无线Mesh路由器/网关连接决策变量y_jl，当位置CL_j、CL_l部署有Mesh路由器/网关，且b_jl＝1时，则y_jl＝1，否则为0；

建立各项优化目标数学描述模型为：

1)部署成本模型

f1(x)=minΣj∈Scjrj+pjej]]>

subject to：

Σj∈Sxij=1∀i∈T,]]>

Σi∈Tdixij+Σl∈S(flj-fjl)-Fj=0∀j∈S,]]>

Σi∈Tdixij≤vj∀j∈S,]]>

flj+fjl≤ujlyjl∀j,l∈S,]]>

Fj≤Mej∀j∈S,]]>

yjl≤rj,yjl≤rl,yjl≤bjl∀j,l∈S,]]>

xij,rj,yjl,ej∈{0,1}∀i∈T,∀j,l∈S,]]>

2)网络覆盖健壮性模型

f₂(x)＝subject to：

表示每个节点能连上至少一个以上MR/MG；

表示每个MR/MG能连上至少一个以上MR/MG；

3)网络传输吞吐量模型

f3(x)=maxΣj∈SΣl∈Sfjlujl]]>

4)传感器能耗模型

f4(x)=minΣj∈SΣi∈Trj·dixij·Lij·(Etx+Erx)]]>

5)Mesh路由器/网关负载均衡模型

f5(x)=maxΣj∈SΣl∈S(fjl/ujl)2Σj∈SΣl∈Sfjl/ujl]]>

结合上述模型，将Mesh路由器部署问题转变为一个多目标寻优的求解问题：

f(x)＝F(minf₁(x),maxf₂(x),maxf₃(x),minf₄(x),maxf₅(x))

将max函数可以转化为min函数，用加权法求得综合寻优函数为：

g(x)=minΣi=15wifi(x)]]>

其中w_i为相应优化目标的权值，采用多目标粒子群优化算法进行求解，寻找最优近似解，再进行无线Mesh路由器的部署。

2.根据权利要求1所述的多目标关注的无线Mesh路由器部署优化方法，其特征在于，在部署无线Mesh路由器前，先获取车间场景与传感器节点实际部署位置数据，建立传感器节点地理位置分布图；根据传感器节点通信范围计算得到传感器节点无线链路连接参数o_ik，进而构建其拓扑连接图；将车间按平面进行网格划分，每个网格对角长度为Mesh路由器通信距离，Mesh路由器候选部署位置为每个网格中心点，得到候选部署位置无线链路连接参数b_jl；根据候选部署位置以及传感器节点位置，结合Mesh路由器与传感节点通信范围，计算a_ij。