一种无线Mesh应急通信网络部署及优化方法技术

本发明专利技术公开了一种山区灾害无线Mesh应急通信网络部署及优化方法，包括：步骤100，放置最少数量的AP，使得每个终端节点能够连接到一个AP，并且满足降级的吞吐量通信需求；步骤200，继续添加AP，满足每个终端节点正常的通信量需求；步骤300，核查任何在第一个阶段放置的AP失效情况下的终端节点的最低通信量的带宽限制公式是否满足，然后在需要的情况下继续放置一些AP。该方法可有效提高WMN的网络连通率及性能，为山区灾害情况下的无线应急通信能力的提升提供了有效途径。

Wireless Mesh emergency communication network deployment and optimization method

The present invention discloses emergency communication network deployment and optimization method, a kind of mountain disaster wireless Mesh comprises: step 100, place a minimum number of AP, so that each terminal node can be connected to a AP, and meet the demand of communication throughput degradation; step 200, add AP, meet the communication demand of each terminal node normal step 300, the bandwidth limit formula; minimum communication capacity checking any place in the first stage of the failure of AP terminal nodes under the condition is satisfied, and then continue to put some AP in case of need. This method can effectively improve the network connectivity and performance of WMN, and provide an effective way for the improvement of wireless emergency communication capability in mountain disaster situation.

【技术实现步骤摘要】
一种无线Mesh应急通信网络部署及优化方法
本专利技术涉及无线网络领域，具体为一种无线Mesh应急通信网络部署及优化方法。
技术介绍
山区灾害情况下的无线Mesh网络(WMN，WirelessMeshNetwork)应急通信由于受到复杂地形条件的限制而使网络连通状态不稳定，常常因信息不能及时传递，导致应急救援无法有效展开，最终对人民的生命财产安全造成较大威胁。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无线Mesh应急通信网络部署及优化方法，以解决上述
技术介绍
中提出的山区灾害情况下的无线Mesh网络应急通信由于受到复杂地形条件的限制而使网络连通状态不稳定的问题。针对山区灾害情况下WMN的部署和优化问题，首先要解决的是失效容忍的WMN网络部署方法。在一个无线网络中，给定一个无线终端节点的集合以及各自的通信量需求，那么失效容忍的网络部署方法的基本目标就是放置最少数量的访问点(AP，AccessPoint)，使得当有一个AP失效的情况下，受这个AP失效影响的无线终端节点能够从其它的AP得到可接受的服务。其中，考虑障碍物环境下WMN的网络环境并不可靠，因此定义基本的网络QoS对网络部署效果进行约束，分别是最小网关数、最小AP到网关平均跳数和最小负载均衡指数这三个网络部署的目标参数。围绕这三个目标参数，在AP和网关确定的情况下，需要考虑整个网络的无线终端节点接入问题，这涉及到WMN的拓扑结构构建方法，需要考虑的问题包括：a)以什么样的方式把接入节点逐个加入到拓扑树中；b)如何设置各个接入节点的传输功率，从而得到相应的数据传输率，进而得到该链路的活动时间；c)如何确定每个接入节点的通信量；d)如何构造拓扑来达到各个接入节点所构成的树之间的干扰负载平衡；e)如何在连接终止或信道冲突的情况下设置功率控制阀值和限制连接跳数，以使节点更好的进行邻近节点发现和自动感知加入网络。因此，在给出山区条件下QoS目标参数(最小网关数、最小平均跳数和最小负载均衡指数)的约束下，本专利技术给出了WMN网络部署方法和基于冲突负载均衡的WMN网络优化方法，以提升WMN整体网络性能和高性价比的连通效率。网络部署要解决的问题是如何在目标区域里部署合适数量的AP来为无线终端节点来提供无线访问服务。尽管通过部署足够数量的AP能够满足网络数据率和失效容忍的需求，但是成本会非常高，所以如何部署尽可能少的AP来减少部署成本，同时满足WMN网络QoS和容错性的需求，是一个重要的研究方向。下面给出网络部署问题的数学形式化描述。本专利技术中的WMN系统包括两种类型的节点，终端节点和接入节点(AP)。给定一个位置固定和通信量需求确定的移动终端节点集合以及一个用来放置AP的候选位置集合。一般的，每个终端节点只能够连接到一个AP。通过障碍物移动模型图可以抽象的用来表示用户节点和AP节点的连接。对于图中任何边，它表示终端节点连接到AP。这样，通过一个或多个连接的的边可以表示终端节点和它的AP之间的链路。本专利技术考虑的QoS需求主要指每个终端节点的通信量需求。当系统中不存在AP故障的情况下，所有用户的通信量需求应该得到满足。一旦一个AP发生故障，由这个AP提供服务的用户应该切换到其它的AP，并且每个终端节点通信量的一定百分比应当得到满足。也就是说，在AP失效的情况下，对于终端节点，至少终端节点的最低通信量应当得到满足。在本专利技术中，终端节点通信量的百分比被称为AP失效情况下的吞吐量降级比率。假设所有的终端节点和AP使用相同的通信信道，通信链路是双向的。每个AP能够调节它的传输功率来覆盖它服务的所有终端节点。每个终端节点能够选择相应的功率来保证AP和它之间的成功通信。终端节点和AP之间是否能够通信取决于它们的传输功率和二者之间的物理距离。考虑最保守的情况，也就是说为了保证成功的传输，同一个干扰集合里的任何两个链路不能够同时通信。相互干扰的用户将会通过竞争方式来使用无线信道，从而共享信道带宽。对于连接用户u到一个AP的链路lu来说，它和连接到这个AP的所有链路共享信道带宽。这样，用户的带宽限制可以被表述为：其中W为所有AP节点的集合，U为连接到W的所有用户的集合，u为连接到W的任一用户，lu为用户u连接到W的链路，B(lu)为链路lu的带宽，C为所有AP节点集合W的总带宽。在本专利技术中，考虑了对于AP故障的容忍。在所有的AP部署完毕之后，如果所有AP正常运作来提供服务的话，那么公式1中的带宽限制应当得到满足。但是，当系统中有一个APwf失效时，由这个AP提供服务的所有用户应当切换到其它的AP进行无线访问。因为AP的失效，系统的性能将会有所下降。定义性能降级率为α，0≤α≤1，存在AP失效情况下的带宽限制可被描述为：其中wf为失效的AP节点，W-{wf}为其余正常工作的AP节点，CW为其余正常工作的AP节点的总带宽。在一个区域中，给定一个用户的集合V和一个放置AP的候选地点的集合，任务是在这些候选点当中，找出最少数量的AP放置点来安放AP，同时调整AP和用户的传输功率，使得在所有AP正常运行的情况下，带宽限制公式1能够被实现，并且当有一个AP失效的情况下，带宽限制公式2能够得到满足。目标是最小化部署在这个区域内的AP的总数量，也就是：Min|W|。从以上描述中，我们可形式化的定义出满足所有无干扰终端节点的最低通信量的带宽限制公式，由此可得出最小化部署在这个区域内的AP的总数量，这个数量必须能够保证即使有单个AP失效，带宽限制公式2也成立。本专利技术提出了一种山区灾害无线Mesh应急通信网络部署的方法，包括：步骤100，放置最少数量的AP，使得每个终端节点能够连接到一个AP，并且满足降级的吞吐量通信需求；步骤200，继续添加AP使得对每个终端节点，满足其正常的通信量需求；在此之后，在当前部署的所有AP的基础上，所有用户正常的通信量需求都能够得到满足，并且任何在步骤200中放置的AP失效的情况下，系统仍然能够满足降级的通信量需求；步骤300，核查任何在第一个阶段放置的AP失效情况下的终端节点的最低通信量的带宽限制公式是否满足，如果满足，终止部署；如果不满足，继续放置一些AP直至最低通信量的带宽限制公式成立。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的技术方案能够在山区灾害条件下，保证山区应急通信无线Mesh网的通信质量，即使在有个别AP失效的情况下，依然能够满足所有用户降级的通信要求，从而能够方便在山区灾害条件下，应急救援工作的开展，较好的保护了人民的生命和财产安全。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种实施例：一种山区灾害无线Mesh应急通信网络部署的方法，包括：步骤100，放置最少数量的AP，使得每个终端节点能够连接到一个AP，并且满足降级的吞吐量通信需求；步骤200，继续添加AP使得对每个终端节点，满足其正常的通信量需求；在此之后，在当前部署的所有AP的基础上，所有用户正常的通信量需求都能够得到满足，并且任何在步骤200中放置的AP失效的情况下，系统仍然能够满足降级的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种山区灾害无线Mesh应急通信网络部署的方法，其特征在于，包括：步骤100，放置最少数量的AP，使得每个终端节点能够连接到一个AP，并且满足降级的吞吐量通信需求；步骤200，继续添加AP使得对每个终端节点，满足其正常的通信量需求；在此之后，在当前部署的所有AP的基础上，所有用户正常的通信量需求都能够得到满足，并且任何在步骤200中放置的AP失效的情况下，系统仍然能够满足降级的通信量需求；步骤300，核查任何在第一个阶段放置的AP失效情况下的终端节点的最低通信量的带宽限制公式是否满足，如果满足，终止部署；如果不满足，继续放置一些AP直至最低通信量的带宽限制公式成立。

【技术特征摘要】
1.一种山区灾害无线Mesh应急通信网络部署的方法，其特征在于，包括：步骤100，放置最少数量的AP，使得每个终端节点能够连接到一个AP，并且满足降级的吞吐量通信需求；步骤200，继续添加AP使得对每个终端节点，满足其正常的通信量需求；在此之后，在当前部署的所有AP的基础上，所有用户正常的通信量需求都能够得到满足，并且任何在步骤200中放置的AP失效的情况下，系统仍然能够满足降级的通信量需求；步骤300，核查任何在第一个阶段放置的AP失效情况下的终端节点的最低通信量的带宽限制公式是否满足，如果满足，终止部署；如果不满足，继续放置一些AP直至最低通信量的带宽限制公式成立。2.根据权利要求1所述的一种山区灾害无线Mesh应急通信网络部署的方法，其特征在于：步骤100进一步包括：步骤110，确定需要接入应急通信网络的用户集合U，部署完毕的AP集合W′，可被部署的AP集合APs以及每个AP能够覆盖用户的映射关系，部署完毕的AP集合初始化为空集；步骤120，根据AP能够覆盖的用户数量，从可被部署的AP集合APs中选择最大功率模式下覆盖用户最多的AP部署到应急通信网络；步骤130，将部署完毕的AP从集合APs中移除，将部署完毕的AP加入到集合W′中，将被覆盖的用户从集合U中移除；步骤140，重复步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨眉，李伟，李菲，
申请(专利权)人：西安知北信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61