【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种综合固定终端和移动终端的ap部署优化方法，属于工业互联网和无线网络领域。
技术介绍
1、随着工业互联网发展迅猛，无线局域网成为工业通信中广泛采用的解决方案。无线访问接入点(无线ap)是构建小型无线局域网的常用设备，其具备无线传输距离远、可靠性高和设备灵活性强等优势。为了更好地覆盖无线信号，通常会在工业互联网组网中部署多个无线ap。
2、然而，当前的无线ap部署方案主要考虑固定终端，而忽略了工业对移动互联的增长需求。移动终端是实现移动互联的基础，与静止的固定终端相比，移动终端通常具有移动轨迹和移动速度。若没有合理的部署优化方案，可能导致通信质量下降、设备冗余和资源浪费等问题。因此，在工业互联网中，我们需要兼顾移动终端，以满足不断增长的移动互联需求。
技术实现思路
1、本申请的主要目的在于提供一种针对固定终端和移动终端的ap部署优化方法，旨在满足现实中对于终端固定和终端移动的需求的基础上，更高效地取得更好的网络性能。
2、为达到上述目的，本申请提供了一种针对固定终端和移动终端的ap部署优化方法，包括以下步骤：
3、步骤一、获取三维空间的环境信息、固定终端的位置信息以及移动终端的轨迹信息，建立空间模型和终端移动模型；
4、步骤二、基于空间模型，包括已知场景下的障碍物位置、路径损耗衰减系数、ap发射功率等信息，以及固定终端的位置与移动终端的路径，生成固定终端和移动终端的ap信号强度热力图；
5、步骤三、对ap数量执行
6、步骤四、利用已知的ap信号强度热力图，快速生成较优的初始解，减少求解迭代的次数；
7、步骤五、使用启发式算法，使用上一步中得到的初始解与ap信号强度热力图，执行混合步长寻优，快速求解最优的ap部署方案；
8、步骤六、重复以上步骤三到步骤六，调整二分搜索的上界和下界，直至解出最少ap数量基础上满足信号强度约束的最大化总体信号强度的ap部署方案。
9、其中，步骤一中，获取三维空间环境信息后，对该三维空间进行网格离散化处理后，可以获取到障碍物、固定终端的位置信息以及移动终端的轨迹信息，其中障碍物信息为各方向的起止边界以及穿透损耗，终端位置为离散分割后某个空间块的中心坐标。
10、其中，步骤二中，对于固定终端，直接使用场景信息和固定终端位置生成ap信号强度热力图；对于移动终端，可以将其移动路径上的每一个立方体块视为一个固定终端并生成ap信号强度热力图，第i个ap发射的信号在第j个终端处取得的信号强度的计算公式为：
11、pi,j＝pa-pl(i,j,barriers)
12、
13、其中，pa为发射功率，pl为信号的路径损耗，βk为障碍物集合barriers中第k个障碍物的穿透损耗，αi,j,k表示第i个ap发射的信号在传播到第j个终端的路径中，是否穿过第k个障碍物，γ为路径损耗系数，dij为第i个ap和第j个终端的距离。
14、其中，步骤三中，需要确定一个一定能对场景有效覆盖的ap数量na0，作为二分搜索的上界，下界设置为1，在此基础上执行二分搜索，依据步骤四和步骤五，更新上界和下界。
15、其中，步骤四中，计算初始解时，需要在每个固定终端与每个移动终端的路径中的每个立方体块的ap信号强度热力图中，分别找到热量值最高的立方体块的位置，并在一个代表场景天花板平面的二维矩阵e之中，记录每个取得最高热量值的位置对初始解的贡献，在乘上相应的权值后，对e各个位置处取得的贡献度进行排序，贡献最高的na(需要部署的ap数量)个位置所对应的场景天花板处的位置即可作为ap部署的初始解。
16、其中，步骤五中，混合步长寻优指的是解集合中的每个解将分别有p的概率进行大范围搜索，否则进行小范围搜索，从而对局部与整个解空间进行搜索，小范围搜索时，个体在x、y方向移动距离的范围分别为
17、
18、大范围搜索时，个体在x、y方向移动距离的范围分别为
19、
20、其中，步骤五中，所述基于ap信号强度热力图的ap部署位置求解算法包括如下步骤：
21、步骤51、基于ap信号强度热力图的ap部署位置初始解生成；
22、步骤52、使用初始解初始化解集合；
23、步骤53、执行随机步长寻优，包括大范围随机搜索和小范围随机搜索；
24、步骤54、计算各个解的目标函数；
25、步骤55、更新解集合为最优解；
26、步骤56、判断迭代次数是否达到上限，若未达到上限，则复制最优解为新的解集合，并返回执行步骤53；若达到上限，则结束并输出最优解。
27、所述基于ap信号强度热力图的ap部署位置求解算法，相比传统算法，求解速度更快，不会因为网络规模的增大而出现指数级的求解速度增长。步骤五所提的算法，同时考虑了固定终端和移动终端的优化，解决了传统整数规划方法如割平面法和分支定界法难以求解的问题。在启发式求解的过程中，为了能在局部寻找到更好的解的同时，在整个解空间寻找可能存在的更优解，在本步骤的算法中，解集合中的每个解将分别有p的概率进行大范围搜索，否则进行小范围搜索，从而对局部与整个解空间进行搜索，有效解决固定步长寻优下的陷入局部最优解的问题。同时，基于ap信号强度热力图的ap部署位置求解算法，将问题转化为对另一种计算量更小的热力矩阵计算，无需在每轮迭代中反复求解信号强度，降低了运行时间，有效保证了高精度下的运行效率。此外，步骤五所提的算法，是综合考虑了信号强度和网络总吞吐量的优化算法，既能保证在局部某个位置的终端的信号强度又能保证网络的整体吞吐量最优以及部署成本最低。
28、其中，步骤六中，最少ap数量基础上满足信号强度约束的最大化总体信号强度的优化公式为
29、
30、
31、
32、其中，p0为终端设备中wi-fi无线电接收器能正常通信的最低信号强度，若终端处的信号强度低于p0后将无法正常通信。为第j个固定终端在关联ap处获得的信号强度。为第k个移动终端在运动轨迹上获得的整体信号强度。ns为固定终端数量，nm为移动终端数量，na为ap数量。使用ap的部署位置ρ与已知的终端位置与路径，即可计算各终端处的信号强度，从而计算目标函数中的与
33、相对于现有技术，本专利技术的优点如下：本申请提供了一种针对固定终端和移动终端的ap部署优化方法，本申请首先获取三维空间的环境信息和各个终端的初始位置以及移动轨迹，建立空间模型和终端移动模型，进而基于空间模型，包括障碍物位置、路径损耗衰减系数、ap发射功率、固定终端的位置与移动终端的路径等信息，初始化参数，生成固定终端和移动终端的ap信号强度热力图，将问题转化为对另一种计算量更小的热力矩阵计算，无需在每轮迭代中反复求解信号强度，降低了运行时间本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种综合固定终端和移动终端的AP部署优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的综合固定终端和移动终端的AP部署优化方法，其特征在于，步骤一中，获取三维空间环境信息后，对该三维空间进行网格离散化处理后，获取到障碍物、固定终端的位置信息以及移动终端的轨迹信息，其中障碍物信息为各方向的起止边界以及穿透损耗，终端位置为离散分割后某个空间块的中心坐标。
3.如权利要求1所述的综合固定终端和移动终端的AP部署优化方法，其特征在于，步骤二中，对于固定终端，直接使用场景信息和固定终端位置生成AP信号强度热力图；对于移动终端，将其移动路径上的每一个立方体块视为一个固定终端并生成AP信号强度热力图，第i个AP发射的信号在第j个终端处取得的信号强度Pi,j的计算公式为：
4.如权利要求1所述的综合固定终端和移动终端的AP部署优化方法，其特征在于，步骤三中，需要确定一个一定能对场景有效覆盖的AP数量Na0，作为二分搜索的上界，下界设置为1，在此基础上执行二分搜索，依据步骤四和步骤五，更新上界和下界。
5.如权利要求1所述的综合
6.如权利要求1所述的综合固定终端和移动终端的AP部署优化方法，其特征在于，步骤五中，混合步长寻优指的是解集合中的每个解将分别有p的概率进行大范围搜索，否则进行小范围搜索，从而对局部与整个解空间进行搜索，小范围搜索时，个体在x、y方向移动距离的范围分别为
7.如权利要求1所述的综合固定终端和移动终端的AP部署优化方法，其特征在于，步骤五中，所述基于AP信号强度热力图的AP部署位置求解算法包括如下步骤：
8.如权利要求1所述的综合固定终端和移动终端的AP部署优化方法，其特征在于，步骤六中，最少AP数量基础上满足信号强度约束的最大化总体信号强度的优化公式为
...【技术特征摘要】
1.一种综合固定终端和移动终端的ap部署优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的综合固定终端和移动终端的ap部署优化方法，其特征在于，步骤一中，获取三维空间环境信息后，对该三维空间进行网格离散化处理后，获取到障碍物、固定终端的位置信息以及移动终端的轨迹信息，其中障碍物信息为各方向的起止边界以及穿透损耗，终端位置为离散分割后某个空间块的中心坐标。
3.如权利要求1所述的综合固定终端和移动终端的ap部署优化方法，其特征在于，步骤二中，对于固定终端，直接使用场景信息和固定终端位置生成ap信号强度热力图；对于移动终端，将其移动路径上的每一个立方体块视为一个固定终端并生成ap信号强度热力图，第i个ap发射的信号在第j个终端处取得的信号强度pi,j的计算公式为：
4.如权利要求1所述的综合固定终端和移动终端的ap部署优化方法，其特征在于，步骤三中，需要确定一个一定能对场景有效覆盖的ap数量na0，作为二分搜索的上界，下界设置为1，在此基础上执行二分搜索，依据步骤四和步骤五，更新上界和下界。
5.如权利要求1所述的综合固定终端和移动...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹向辉，王远泽，孙鸣阳，焦可意，熊伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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