[发明专利]一种多目标关注的无线Mesh路由器部署优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造物联网领域，更具体地，涉及一种制造物联网中多目标关注的无线Mesh路由器部署优化方法。

背景技术

制造物联网环境中大规模分布着各类无线感知节点，而如何对大规模分布式无线感知节点进行有效组织，构建高性能的制造物联网络拓扑结构，直接关系到整个网络性能，是实现稳定、快捷、低能耗的感知数据获取的重要基础。考虑传统的有线网络解决方案和基于无线AP(Access Point)的网络解决方案由于受到诸如车间场地限制、制造资源移动性强和通讯盲点等问题，并不适用于在复杂车间环境中动态制造信息的传输，为此，可构建具备垂直分层拓扑结构的制造物联传输网络。骨干传输网络由高性能无线Mesh路由器构建的高速多跳传输网状网络构成。下层为cluster层，Mesh路由器负责本地cluster范围内无线节点的管理以及上下行数据的转发。

为构建该分层网络，需解决的基本问题即是：给定下层接入节点集合及其地理位置，如何在合适位置部署无线Mesh路由器，以尽可能低的部署成本保障接入节点的网络覆盖与网络整体连通性，在此基础上进一步优化网络负载能力、能耗、实时性、吞吐量、可靠性等各个方面的性能。现有针对该问题的相关技术成果较少，论文“无线Mesh网中费用最小且QoS约束的网关部署算法研究”公开了一种满足QoS约束且费用最小的无线Mesh网网关优化部署方法，把该问题归结为图的最小权有限支配集的问题进行求解。论文“无线Mesh网络中满足带宽需求的路由器部署方法”公开了一种基于网络流的MR部署贪心算法NF Greedy，该算法以迭代的方式从MR候选位置集中选择权重最大的节点进行相应的节点部署。

尽管上述研究成果提出了不同的部署优化目标，但其优化目标还比较片面，不能涵盖制造物联网中Mesh路由器部署所需考虑的优化目标。事实上，在制造物联环境中部署Mesh路由器时，除要考虑网络带宽需求外，还需要考虑实现更健壮的网络覆盖、更少的传感器节点能量消耗、Mesh路由器的负载均衡等特殊需要，而这导致Mesh路由器的部署成为一个多目标优化的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的问题，本发明提出一种制作物联网中多目标关注的无线Mesh路由器部署优化方法，在保障接入节点覆盖与网络整体连通性的前提下，以尽可能小的部署成本，在网络传输吞吐量、传感器能耗以及Mesh路由器负载均衡方面达到尽可能好的性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

根据图1所描述拓扑结构，首先做如下定义：

定义S＝{CL₁,...,CL_m}表示可部署Mesh路由器的位置(CL)集合，T＝{T₁,...,T_n}表示制造物联网中分布的无线终端(T)集合。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.

定义d_i为终端T_i产生的数据流量，u_jl为位置CL_j与CL_l之间无线链路的流量容量(如果两部署位置之间能通过一条无线链路双向连通)。如位置CL_j部署有路由器，假定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。定义a_ij＝1表示无线终端T_i与位置CL_j之间可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，若位置CL_j与CL_l可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间可通过一条无线链路双向连通。