[发明专利]一种无线Mesh应急通信网络部署及优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络领域，具体为一种无线Mesh应急通信网络部署及优化方法。

背景技术

山区灾害情况下的无线Mesh网络(WMN，Wireless Mesh Network)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。

发明内容

本发明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，以解决上述背景技术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，Access Point)，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，本发明给出了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。

本发明中的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。

本发明考虑的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。在本发明中，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l_u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，l_u为用户u连接到W的链路，B(l_u)为链路l_u的带宽，C为所有AP节点集合W的总带宽。