[发明专利]一种多目标关注的无线Mesh路由器部署优化方法

摘要

本发明公开一种多目标关注的无线Mesh路由器部署优化方法，即在制造物联环境中部署Mesh路由器，除要考虑网络带宽需求外，还需要考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。针对该问题，本发明的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，进而提供尽可能好的网络性能，并提出了相应的无线Mesh路由器部署多目标优化模型与寻优求解算法。

主权项

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,...,CLm}，制造物联网中分布的无线终端T的集合为T＝{T1,...,Tn}，无线路由器部署在位置CLj的成本为cj，在该位置部署无线Mesh网关的额外成本为pj，则在位置CLj部署无线Mesh网关的总成本为cj+pj；无线终端Ti产生的数据流量为di，当位置CLj与CLl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ujl，位置CLj部署有路由器，其无线接口访问容量为vj，M代表无线Mesh网关能承载的上限流量；aij＝1表示无线终端Ti与位置CLj之间通过一条无线链路双向连通；bjl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CLj与CLl间能够通过一条无线链路双向连通，则bjl＝1；oik代表各个无线终端间的连接参数，若oik＝1，则表示无线终端Ti与Tk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Ti与部署于位置CLj的Mesh路由器/网关之间的最短路径为s_pathij，当存在最短路径，则定义Lij＝hop(s_pathij)，否则Lij＝0，Lij为最短路径s_pathij的跳数；若相邻Mesh路由器/网关部署位置分别为CLj，CLl，则从CLj到CLl数据流量表示为fjl，Fj表示由部署在位置CLj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xij，当无线终端Ti被分配到位置CLj时，xij＝1，否则为0；2)Mesh路由器/网关部署决策变量rj，当位置CLj部署有一个Mesh路由器/网关，rj＝1，否则为0；3)Mesh网关部署决策变量ej，当位置CLj部署有一个Mesh网关时，ej＝1，否则为0；4)无线Mesh路由器/网关连接决策变量yjl，当位置CLj、CLl部署有Mesh路由器/网关，且bjl＝1时，则yjl＝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wi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。