[发明专利]基于多目标优化的物联网网关部署方法

说明书

本发明是基于多目标优化的物联网网关部署方法，属于物联网领域。本发明为了克服现有方法的物联网网关部署将网络集覆盖半径作为单目标优化而导致网关负载不均衡的问题，进而提出了基于多目标优化的物联网网关优化部署方法。本发明具体步骤包括：一、建立多目标优化的物联网优化部署数学模型；二、网关粒子初始化；三、计算网关粒子适应值；四、计算网关粒子个体极值；五、计算粒子全局极值；六、计算网关粒子全局极值的均值与距离；七、计算网关粒子个体极值的均值与距离；八、更新网关粒子位置与速度向量；九、输出网关最优部署位置坐标，获得基于多目标优化的物联网网关部署方法。本发明提高了网络服务质量。

技术领域

本发明属于物联网领域，具体涉及一种基于多目标优化的物联网网关部署方法。

背景技术

物联网(Internet of Things,IoT)是通过射频识别(Radio frequencyidentification,RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议把物品与互联网连接起来进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种物物相连的网络。

随着无线通信、传感器技术、嵌入式应用和微电子技术的日趋成熟，无线传感器网络可以在任何时间、任何地点、任何环境条件下获取人们所需信息，为物联网的发展奠定基础。由于无线传感器网络具有自组织、部署迅捷、高容错性和强隐蔽性等技术优势，因此非常适用于战场目标定位、生理数据收集、智能交通系统和海洋探测等众多领域。

在物联网系统中，各个感知节点采集的物品数据通过无线通信方式在中继节点的控制下构成无线传感器网络，实现局部信息共享；各局部的无线传感器网络通过网关汇聚到互联网中，最终实现信息的广域共享，无线传感器网络通过网关接入物联网的结构如图1所示。。

由于物联网中无线传感器网络的大部分流量汇聚于网关，离网关较近的节点服务质量较好，而离网关较远的节点服务质量较差，各节点间存在服务质量的不公平性。因此，网关常成为物联网性能的瓶颈，其部署合理与否对物联网性能有较大的影响。

从数学问题角度上看，物联网系统下的网关部署问题实际上是二维平面内的几何K中心问题，寻找网关的最优位置，缩小网关集覆盖半径是物联网系统中网关部署的核心问题之一。同时，由于网关同时需要为多个节点提供数据转发服务，容易成为系统的网络性能瓶颈，如何平衡各个网关的负载也是物联网网关部署过程中需要关注的问题之一。

目前，现有的物联网系统下的网关部署方法在寻找网关部署方案时，都以优化无线传感器网络网关集覆盖半径为目标，而对于网关集内部各网关之间的负载平衡则缺乏必要的考虑，使得各无线传感器网络在接入物联网时出现部分网关负载较高，而其它网关负载较轻的问题，进而导致整个系统的整体性能下降。

无线传感器网络网关集覆盖半径是物联网网关部署的重要评价指标，覆盖半径越小通信质量越高，网络服务质量也会相应提高，物联网系统中网关部署的一个优化目标是减小网关集覆盖半径；为提高整个网络的服务质量，在优化无线传感器网络网关集覆盖半径的基础上，进一步平衡各个网关之间的负载水平；物联网系统中网关部署的另一个优化目标就是使各网关之间的负载水平差距最小。

发明内容

本发明为了克服现有方法的物联网网关部署将网关集覆盖半径作为单目标优化而导致网关负载不均衡的问题，提出了基于多目标优化的物联网网关优化部署方法。

优化网关集覆盖半径和网关负载均衡水平，采用多目标网关粒子群优化方法进行网关位置的求解；具体过程如下：

步骤一、建立多目标优化的物联网优化部署数学模型；

步骤一一、建立网关集覆盖最小半径；

步骤一二、建立网关负载最小水平差距；

步骤二、根据多目标优化的物联网优化部署数学模型进行网关粒子的求解，获得物联网网关部署位置；