一种无线云计算系统的接入点部署与信道分配方法与流程

本发明属于无线通信的技术领域，具体涉无线云计算系统的一种接入点部署和信道分配方法。

背景技术：

物联网与第五代无线蜂窝网络的发展，加之硬件技术的进步，给计算模式带来新的发展契机。5G网络在传统通信方式基础上，更多的考虑允许设备直接通信的新技术，比如D2D、M2M通信，使得设备间资源共享更加便捷；在硬件方面，终端的计算资源会有大幅度提高，在软件方面，虚拟化技术将会保障更加灵活的负载转移，资源匮乏的移动终端不仅可以选择利用远端云计算中心的计算资源，还可以就近利用周边资源丰富且空闲的终端资源。相较于强大的远程云计算中心，这种临近的计算资源被称之为微云(Cloudlet)，这种在无线通信技术支持下，移动终端利用设备周边微云资源的计算模式称之为移动微云计算。针对移动云计算中存在的问题，微云的概念被提出，微云由智能移动设备周边的一个或多个资源丰富的计算机组成，旨在以最小的安全风险，最短负载转移距离，以及最小通信时延增强智能移动设备的性能。

相较于远端云，微云能够提供的计算资源有限，但是具有时延短的优势，对于交互性应用具有更快的响应速度；用户可以选择可信任的终端作为接受负载的微云，数据转移不需要经过复杂的Internet网络，提高了安全性；微云资源不仅可以是周边高性能桌面设备，比如多核、千兆以太网互联的计算机，也可以是移动设备，即计算容量有剩余且愿意向其他瘦终端提供服务的移动终端，资源共享具有了更多的灵活性。远端云计算中心充当候补角色，在微云资源不足时，负载转移到远端云计算中心执行。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种无线云计算系统的接入点部署与信道分配方法，在接入点部署的过程中，采用了动态规划的算法，信道分配过程当中，确立了链路的干扰集，使信道在链路中平均分配。。

本发明采用的技术方案为：一种无线云计算系统的接入点部署与信道分配方法，具体包括以下步骤：

(1)假设有N_ap个AP(Wireless Access Point)，初始化第一个AP的位置，所有网格中的节点都可以作为可选点，假设有Q个可选AP，则此时第一个AP可以在任何的位置，则初始状态下得到的局部最优解有Q个；

(2)进行下一个AP的部署，对于此时已经得到的某个局部最优解，将网格中的可选点进行筛选，首先去除与已部署AP的可选点，之后去除无法符合已知AP连接状态的可选点；

(3)将步骤(2)中的可选点分别添加至该对应的局部最优解，计算这些可选点分别作为该AP的部署点时的覆盖面积，选取其中值最大的一组作为新的局部最优解，则可以得到更新后的Q个局部最优解；

(4)重复步骤(2)(3)，完成对N_ap个AP的部署，得到Q个局部最优解，这个过程中，即随着部署AP数目的增加，Q个局部最优解中的每一个解，其自身在不断的扩充；

(5)对于Q个局部最优解，这些最优解在不断的扩充，最终得到了N_ap个AP的部署方案，这里选取Q个局部最优解中AP覆盖面积最大的一组解作为N_ap个AP的部署方案；

(6)筛选得到每条链路的干扰集；

(7)确定某条链路的干扰集内包含的链路，将无线信道在该链路与其干扰集内链路平分，即按顺序对无线信道进行排查，当如果不属于其干扰集内链路，则可以分配给该链路，直到该链路达到平分后的值；

(8)因为步骤(7)中采用了向下取整的形式，则上述过程结束后，可能有剩余的无线信道，将剩余的无线信道平均分配给各个链路。

作为优选，所述步骤(2)中，假设此时正对第n个AP进行部署且n≤N_ap，对于第q个局部最优解，对网格中的Q个可选点进行筛选，首先去除与已部署AP的可选点，之后去除无法符合要求的AP连接状态的可选点，即假设第n个AP部署于该可选点后，AP间的连接状态已经确定，此连接状态不符合预定。假设此时有Q’个筛选后的可选点。

作为优选，所述步骤(3)中，对于此时Q个局部最优解中的第q个局部最优解，将步骤(2)中的Q’个可选点分别添加至该局部最优解，计算扩充后局部最优解下AP的覆盖面积，选取其中值最大的一组作为分配第n个AP第q个局部最优解，同理，得到第n个AP的Q个局部最优解。

作为优选，所述步骤(6)中，根据已知的AP连接状态，假设无线信道ch_k被分配给链路l_m,n，AP_n通过ch_k接收来自AP_m的数据，在这种情况下，若其他AP使用信道ch_k向AP_n发送收，那么该数据与来自AP_m的数据将在AP_n出相互干扰。与此同时，也不可以AP_n使用信道ch_k向其他接入点发送数据，因为从AP_n发出的信号会与来自AP_m的信号产生干扰。则如果无线信道ch_k被分配给链路l_m,n，那么所有与l_m,n存在公共接入点的无线链路均不能再使用ch_k，这些对l_m,n产生干扰的链路的集合定义为l_m,n的干扰集IF_m,n，通过筛选可以确定任意一条链路的干扰集。

作为优选，所述步骤(7)中，假设链路l_m,n的干扰集IF_m,n内有N_IF条链路，总的无线信道数为为N_ch，则l_m,n可以获得无线信道数N_m,n＝[N_ch/(N_IF+1)]，在分配信道的时候，对l_m,n的分配首先考虑到已分配到其干扰集链路中的无线信道，即将非在其干扰集内的N_m,n条无线信道分配给l_m,n。

在已知AP连接状态的情况下，本发明以AP覆盖面积最大为最优准则，通过动态规划的方法的逐步分配AP，每个AP寻找局部最优解，继而得到全局最优解，从而完成对AP位置的部署。之后，通过对AP位置的分析，确定某条链路的干扰集，基于公平分配的原则，使无线信道在某条链路及其干扰集内链路进行平均分配，从而使每条链路分到的无线信道数近似的相等。

本发明的有益效果：本发明针对无线云计算系统，提出了一种动态规划的AP部署方式，相对于穷举法，减少了计算的复杂度，同时也提出了一种基于干扰集的无线信道的分配方式。

附图说明

图1为一种3个接入点部署方案；

图2为步骤1～5确定接入点部署方案流程图；

图3为步骤6～8无线信道分配流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1-3所示，一种无线云计算系统的接入点部署与信道分配方法，具体包括以下步骤：

1.假设有Nap个AP需要部署，初始化第一个AP的位置，假设有Q个可选点，则此时第一个AP可以在任何的位置，则初始状态下得到的局部最优解有Q个。

2.进行下一个AP的部署，假设此时正对第n个AP进行部署且n≤Nap，对于网格中的Q个可选点进行筛选，首先去除与已部署AP的可选点，接着去除不符合条件的可选点，假设第n个AP部署于某可选点，当AP间的距离大于β的时候，AP之间无法通信，则根据β可以得到此时n个AP的连接状态，当该状态不符合部署要求则该可选点去除。例如，图1中，一个10×10个单位的网格，假设当AP间的距离大于4，因为无线信道带宽随着传输距离的衰减，AP之间将不在联通，则此时AP1与AP2之间的距离为3个单位，AP1与AP3之间的距离为个单位，AP2与AP3之间的距离为5个单位，那么AP2与AP3之间不连通，如果希望AP之间全联通，则AP3不可以部署于该位置。经过上述过程，假设此时有Q’个筛选后的可选点，分别为g1,g2,…,gQ’。

3.对于此时每个局部最优解，我们假第q个局部最优解为

pathqn-1＝[loc1,loc2,…,locn-1]，它表示AP1到APn-1的一组位置，将步骤2中的Q’个可选点分别添加至该局部最优解，这个过程中已知每一个AP的覆盖面积为以该AP部署点为圆心，以β为半径圆的的面积，那么我们可以得到所有AP的覆盖面积的和。假设对于Q’个可选点中的第m个可选点gm，计算[loc1,loc2,…,locn-1,gm]的覆盖面积，假设为coverm，则可以得到g1,g2,…,gQ’分别作为第n个AP的部署点的覆盖面积[cover1,cover2,…,coverQ’]，选取其中值最大的一组作为分配第n个AP第q个局部最优解pathqn＝[loc1,loc2,…,locn]。同理，计算其他局部最优解下，得到n个AP部署的Q个局部最优解。

4.重复步骤2,3，完成对N个AP的部署，得到Q个局部最优解，这个过程中，即随着部署AP数目的增加，Q个局部最优解中的每一个解，其自身在不断的扩充，直到达到Nap个AP。

5.通过步骤4，最终得到了N个AP的部署方案，这里选取Q个局部最优解中所有AP覆盖面积最大的一组解作为Nap个AP的部署方案。

6.根据已知的AP连接状态，假设无线信道chk被分配给链路lm,n，APn通过chk接收来自APm的数据，在这种情况下，若其他AP使用信道chk向APn发送收，那么该数据与来自APm的数据将在APn处相互干扰。与此同时，也不可以APn使用信道chk向其他接入点发送数据，因为从APn发出的信号会与来自APm的信号产生干扰。同理对于发送端的APm，无论APm通过chk接收数据还是发送数据，都会对APn到APm的通信产生影响，则可以总结为，如果无线信道chk被分配给链路lm,n，那么所有与lm,n存在公共接入点的无线链路均不能再使用chk，这些对lm,n产生干扰的链路的集合定义为lm,n的干扰集IFm,n＝{lp,q|p∈{m,n}or q∈{m,n},Im,n≠Ip,q}，则对于任意一条链路lm,n，通过穷举法配合上述过程进行筛选，可以确定该链路的干扰集。

7.假设链路lm,n的干扰集IFm,n内有NIF条链路，总的无线信道数为Nch，基于链路间公平分配的原则，无线信道资源在避免干扰集的基础上被均匀的分配给AP间的链路，则lm,n可以获得无线信道数Nm,n＝[Nch/(NIF+1)]。在分配无线信道的时候，对链路lm,n的分配要考虑到避开已分配到其干扰集链路中的无线信道，即对于信道集合Nm,n＝[Nch/(NIF+1)]，如果存在信道chk尚未分配给lm,n，且尚未被其干扰集内干扰链路占用，则chk可以分配给lm,n。通过上述过程，将无线信道按顺序穷举，直到链路信道数到达Nm,n＝[Nch/(NIF+1)]，之后进行下一条链路的无线信道分配，重复以上过程，即可完成对各个链路无线信道的分配。

8.因为步骤7中分配到链路lm,n的信道数采用了向下取整的形式，那么上述过程结束后，可能有剩余的无线信道，假设剩余信道数为Nre，集合为Nm,n＝[Nch/(NIF+1)]，为避免无线资源的浪费且遵循公平分配的原则，将剩余信道在各个链路中均匀分配，例如对于Nre＝4，链路总数为3，则可以任意两条链路分配到1条无线信道，剩余的一条链路分配2条无线信道。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。