一种路由器仿真部署方法、系统及相关装置与流程

本申请涉及路由器仿真部署技术领域，特别涉及一种路由器仿真部署方法、系统、设备及计算机可读存储介质。

背景技术：

无线mesh网也称无线网状网(wirelessmeshnetworks,wmn)，是一种新型的宽带无线网络，具有不同于传统无线网络的特点，在灵活组网、提高网络覆盖率、增加网络容量、减少前期投资等诸多方面都显现较大的优势。同时其拓扑结构是动态的，具有自组织、自愈合的功能即不需要人为干预就可以自动组成网络,且每个终端可以自由的加入或退出。在信息传递的时候通过多跳的方式将信息不断地转发直到目的终端。如果运用该技术来对无线传感器、wi-fi(wirelessfidelity)、wimax(worldwideinter-operabilityformicrowaveaccess)等技术进行组网，就可以延伸它们的应用范围、强化它们的功能，从而组成无线传感器网络、提高无线局域网的覆盖范围、组建城域网。也因为其广阔的应用前景，从而被人们越来越关注并应用到生活与工作中。

通常，无线mesh网络由路由器(meshrouters)和客户端(meshclients)组成，其中路由器构成骨干网络，并和有线的互联网相连接，负责为客户端提供多跳的无线网络连接。因此如何部署路由器的位置是实现无线mesh网络的网络优化的一个很重要的问题。现在已经有很多优化算法运用在路由器的部署中，但是实际情况中，由于网络中的客户端存在着优先级的情况，因此以往的网络优化策略只是根据网络的qos(服务质量)的需求进行路由器的部署的优化。这样的优化策略很大程度上没有考虑优先级客户端的qoe的需求，是网络整体的qoe(体验质量)的需求没有得到满足。

因此，如何进行路由器的仿真部署，进而提高网络的服务质量和体验质量是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种路由器仿真部署方法、系统、设备及计算机可读存储介质，能够提高网络的服务质量和体验质量。

为解决上述技术问题，本申请提供一种路由器仿真部署方法，包括：

在收集无线mesh网络中客户端的分布信息及优先级信息后，利用所述客户端的所述分布信息确定路由器的数量；其中，所述分布信息包括所述客户端的数量及位置信息；

根据所述无线mesh网络的网络连通性、用户覆盖率及所述优先级信息建立优化函数；

部署各个所述路由器的初始位置；

利用模拟退火算法将各个所述路由器从所述初始位置调整至对应的目标位置以确定所述优化函数的最大值。

优选地，所述利用模拟退火算法将各个所述路由器从所述初始位置调整至对应的目标位置以确定所述优化函数的最大值，包括：

计算各个所述路由器覆盖范围内所述客户端的数量，并确定所述覆盖范围内所述客户端的所述数量最少的路由器为目标路由器；

依据预设概率将所述目标路由器从所述初始位置调整至对应的目标位置。

优选地，所述在收集无线mesh网络中客户端的分布信息及优先级信息后，利用所述客户端的所述分布信息确定路由器的数量，包括：

在收集所述无线mesh网络中所述客户端的所述分布信息及所述优先级信息后，利用所述客户端的所述分布信息确定所述客户端的分布区域；

根据所述客户端的所述分布区域及单个所述路由器的覆盖范围，确定所述路由器的所述数量。

优选地，所述部署各个所述路由器的初始位置，包括：

根据所述客户端的所述分布信息确定各个客户端集中区域；

将各个所述路由器的所述初始位置部署在各个所述客户端集中区域中。

本申请还提供一种路由器仿真部署系统，包括：

路由器数量确定模块，用于在收集无线mesh网络中客户端的分布信息及优先级信息后，利用所述客户端的所述分布信息确定路由器的数量；其中，所述分布信息包括所述客户端的数量及位置信息；

优化函数建立模块，用于根据所述无线mesh网络的网络连通性、用户覆盖率及所述优先级信息建立优化函数；

初始位置部署模块，用于部署各个所述路由器的初始位置；

位置调整模块，用于利用模拟退火算法将各个所述路由器从所述初始位置调整至对应的目标位置以确定所述优化函数的最大值。

优选地，所述位置调整模块，包括：

目标路由器确定单元，用于计算各个所述路由器覆盖范围内所述客户端的数量，并确定所述覆盖范围内所述客户端的所述数量最少的路由器为目标路由器；

位置调整单元，用于依据预设概率将所述目标路由器从所述初始位置调整至对应的目标位置。

优选地，所述路由器数量确定模块，包括：

分布区域确定单元，用于在收集所述无线mesh网络中所述客户端的所述分布信息及所述优先级信息后，利用所述客户端的所述分布信息确定所述客户端的分布区域；

路由器数量确定单元，用于根据所述客户端的所述分布区域及单个所述路由器的覆盖范围，确定所述路由器的所述数量。

优选地，所述初始位置部署模块，包括：

客户端集中区域确定单元，用于根据所述客户端的所述分布信息确定各个客户端集中区域；

初始位置部署单元，用于将各个所述路由器的所述初始位置部署在各个所述客户端集中区域中。

本申请还提供一种设备，包括：

存储器和处理器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序时实现上述所述的路由器仿真部署方法的步骤。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述的路由器仿真部署方法的步骤。

本申请所提供的一种路由器仿真部署方法，包括：在收集无线mesh网络中客户端的分布信息及优先级信息后，利用所述客户端的所述分布信息确定路由器的数量；其中，所述分布信息包括所述客户端的数量及位置信息；根据所述无线mesh网络的网络连通性、用户覆盖率及所述优先级信息建立优化函数；部署各个所述路由器的初始位置；利用模拟退火算法将各个所述路由器从所述初始位置调整至对应的目标位置以确定所述优化函数的最大值。

该方法先是在收集无线mesh网络中客户端的分布信息及优先级信息后，利用所述客户端的所述分布信息确定路由器的数量，然后根据所述无线mesh网络的网络连通性、用户覆盖率及所述优先级信息建立优化函数，再部署各个所述路由器的初始位置，最后利用模拟退火算法将各个所述路由器从所述初始位置调整至对应的目标位置以确定所述优化函数的最大值。可见，该方法在建立优化函数时不仅依据了所述无线mesh网络的网络连通性、用户覆盖率，还依据了客户端的优先级信息，能够提高网络的服务质量和体验质量。本申请还提供一种路由器仿真部署系统、设备及计算机可读存储介质，均具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种路由器仿真部署方法的流程图；

图2为本申请实施例所提供的随机初始化路由器初始部署位置示意图；

图3为本申请实施例所提供的边缘初始化路由器初始部署位置示意图；

图4为本申请实施例所提供的集中初始化路由器初始部署位置示意图；

图5为本申请实施例所提供的一种模拟退火算法的流程图；

图6为本申请实施例所提供的一种路由器仿真部署系统的结构框图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种路由器仿真部署方法，能够提高网络的服务质量和体验质量。本申请的另一核心是提供一种路由器仿真部署系统、设备及计算机可读存储介质。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

通常，无线mesh网络由路由器(meshrouters)和客户端(meshclients)组成，其中路由器构成骨干网络，并和有线的互联网相连接，负责为客户端提供多跳的无线网络连接。因此如何部署路由器的位置是实现无线mesh网络的网络优化的一个很重要的问题。现在已经有很多优化算法运用在路由器的部署中，但是实际情况中，由于网络中的客户端存在着优先级的情况，因此以往的网络优化策略只是根据网络的qos(服务质量)的需求进行路由器的部署的优化。这样的优化策略很大程度上没有考虑优先级客户端的qoe的需求，是网络整体的qoe(体验质量)的需求没有得到满足，本申请不仅能够提高网络的服务质量，还能提高网络的体验质量，具体请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种路由器仿真部署方法的流程图，该路由器仿真部署方法具体包括：

s101、在收集无线mesh网络中客户端的分布信息及优先级信息后，利用客户端的分布信息确定路由器的数量；其中，分布信息包括客户端的数量及位置信息；

本申请实施例先是收集无线mesh网络中客户端的分布信息及优先级信息，其中，分布信息包括客户端的数量及位置信息。在此对客户端的数量不作具体限定，应由本领域技术人员根据实际情况作出相应的设定。进一步地，对于单个客户端的位置信息，在此也不做具体限定，需根据实际情况而定。进一步地，对于收集客户端的位置信息的方式不作具体限定，通常是利用初始化网络模型收集当前网络中的客户端的位置。具体地，为了方便计算，首先定义客户端都放置在一个n×n的网格中，其中每个mesh客户端都放置在网格的端点。可以根据以下的公式，收集到当前网络中的每个客户端的位置信息p^m(i,j)，其中网格对应的是一个n×n的二维矩阵a，以及i、j均为正整数：

p^m(i,j)＝a(i,j),0≤i≤n,0≤j≤n

通过收集每个客户端位置信息p(i,j)的集合，可以得出当前网络中客户端的位置信息p，其中所有客户端的数量是m：

p＝{p^m(i,j),0≤i≤n,0≤j≤n，m＝1,2,3.......m}

对于收集客户端的优先级信息，首先需根据预先定义的优先级表，对对应的客户端p^m(i,j)进行标识。例如表1所示，表1为客户端优先级表：

表1客户端优先级表

根据每个客户端的优先级信息的收集，由以下公式可得

p^m(i,j)(i,j)＝ag,0≤i≤n,0≤j≤n,g＝1,2,3

收集每个客户端的优先级信息，然后得出整个无线mesh网络中所有的客户端的位置信息和优先级信息的集合：

p＝{p^m(i,j),0≤i≤n,0≤j≤n,g＝1,2,3，m＝1,2,3....m}

为了方便理解，本申请实施例提供一个具体的参考实例，假设一个分布区域为32×32中随机产生的64个不同优先等级的无线mesh客户端，可以通过matlab仿真模拟客户端分布图，可以用一个32×32的矩阵a表示该网络的部署区域，此时：

p^m(i,j)＝a(i,j),0≤i≤32,0≤j≤32

p＝{p^m(i,j),0≤i≤32,0≤j≤32，m＝1,2,3.......64}

p^m(i,j)(i,j)＝ag,0≤i≤32,0≤j≤32,g＝1,2,3

p＝{p^m(i,j),0≤i≤32,0≤j≤32,g＝1,2,3，m＝1,2,3....64}

进一步地，上述在收集无线mesh网络中客户端的分布信息及优先级信息后，利用客户端的分布信息确定路由器的数量，通常包括：在收集无线mesh网络中客户端的分布信息及优先级信息后，利用客户端的分布信息确定客户端的分布区域；根据客户端的分布区域及单个路由器的覆盖范围，确定路由器的数量。具体地，单个路由器的覆盖半径为r，单个路由器对应的覆盖范围或服务范围s：

s＝π×r²

无线mesh客户端的分布范围或分布区域：

sⁿ＝n×n

至少需要放置的路由器的数量n，n^*表示正整数集：

n≈sⁿ/sn∈n^*

s102、根据无线mesh网络的网络连通性、用户覆盖率及优先级信息建立优化函数；

本申请实施例在利用客户端的分布信息确定路由器的数量后，根据无线mesh网络的网络连通性、用户覆盖率及优先级信息建立优化函数，以提高网络的服务质量(qos)和体验质量(qoe)为优化目标。

传统的无线mesh网络的优化函数以优化网络的服务质量(qos)为目标，考虑网络的网络连通性和用户覆盖率，φ(gp)是网络连通性的指标，指根据网络的需求，放置的路由器的数量和客户端的数量之和，ψ(gp)是用户覆盖率的指标，指网络中路由器覆盖范围的客户端的数量：

f(gp)＝λ×φ(gp)/m+n+(1-λ)×ψ(gp)/m

结合客户端优先级的影响，引入qoe指标改进的优化函数：

其中，ai、bi、ci分别对应优先级分别为1、2、3的客户端的体验质量，n1、n2、n3分别代表优先级分别1、2、3的客户端的数量。

针对不同跳数，用户体验质量如表2所示，表2为跳数与用户体验质量对照表：

表2跳数与用户体验质量对照表

s103、部署各个路由器的初始位置；

本申请实施例在建立优化函数后，部署各个路由器的初始位置。在此对部署各个路由器的初始位置的方式不作具体限定，应由本领域技术人员根据实际情况作出相应的设定，通常有三种部署路由器初始位置的方式：一种是随机初始化路由器初始部署位置。另一种是边缘初始化路由器初始部署位置。第三种，集中初始化路由器初始部署位置。

随机初始化路由器初始部署位置：即根据一个随机函数参数的随机数，将路由器部署在该随机数对应的位置，如图2所示，图2为本申请实施例所提供的随机初始化路由器初始部署位置示意图，图中三角形表示客户端，圆形表示路由器覆盖范围，该方法增大初始化的随机性，减少了一些人为布局的主观性。

边缘初始化路由器初始部署位置：即将路由器离散地分布在网络的指定边界位置，如图3所示，图3为本申请实施例所提供的边缘初始化路由器初始部署位置示意图，图中三角形表示客户端，圆形表示路由器覆盖范围，该方法比较适用于一下客户端位置相对分散，分布范围广的情况，因为这种程度避免了一些边界客户端被忽略的情况。

集中初始化路由器初始部署位置：该方法将路由器相对集中的放置在客户端相对集中的区域，如图4所示，图4为本申请实施例所提供的集中初始化路由器初始部署位置示意图，图中三角形表示客户端，圆形表示路由器覆盖范围，这种方法比较适用于一下客户端位置相对集中，分布范围窄的情况，该方法可以比较快地让部署接近最优的情况。具体地，根据客户端的分布信息确定各个客户端集中区域；将各个路由器的初始位置部署在各个客户端集中区域中。

s104、利用模拟退火算法将各个路由器从初始位置调整至对应的目标位置以确定优化函数的最大值。

本申请在部署各个路由器的初始位置后，利用模拟退火算法将各个路由器从初始位置调整至对应的目标位置以确定优化函数的最大值，即网络效果最好的路由器的部署位置。本申请选择模拟退火算法作为寻优算法，如图5所示，图5为本申请实施例所提供的一种模拟退火算法的流程图，具体步骤如下：

(1)、随机给定初始状态，设定合理的退火策略。(选择各参数值、初始温度t0＝2000)

(2)、每一个温度下，计算适应度函数为f＝1/f

(3)、令p′＝p+δp(p为路由器的部署位置，p′为新的路由器的部署位置)，计算δf＝f(p′)-f(p)。p′的产生方式是：产生0到1之间的随机数g，如果g＞0.2时，覆盖客户端最少的路由器随机进行新的位置分配，即计算各个路由器覆盖范围内客户端的数量，并确定覆盖范围内客户端的数量最少的路由器为目标路由器；依据预设概率将目标路由器从初始位置调整至对应的目标位置。否则，随机选取一个路由器进行新的位置分配，最终得到新的路由部署位置p′。

(4)、当δf＜0，则接受p′为新的状态，否则计算概率：k＝exp(-δf/(kt))，其中k为波尔兹曼常数。产生0到1之间的随机数p，若k＞p则接受p′，否则拒绝p′，系统仍停留在状态p。

(5)、重复步骤(2)、(3)直到系统达到平衡状态

(6)、按第(1)步中给定的规律降温，在新的温度下重新执行(2)～(4)步，直到预定低温tk+1＞t＝0.0001。

其中t0为起始高温，t为时间变量。温度下降公式为：

tk+1＝t0/log(1+k)，k＝k+1

本申请实施例先是在收集无线mesh网络中客户端的分布信息及优先级信息后，利用客户端的分布信息确定路由器的数量，然后根据无线mesh网络的网络连通性、用户覆盖率及优先级信息建立优化函数，再部署各个路由器的初始位置，最后利用模拟退火算法将各个路由器从初始位置调整至对应的目标位置以确定优化函数的最大值。可见，该方法在建立优化函数时不仅依据了无线mesh网络的网络连通性、用户覆盖率，还依据了客户端的优先级信息，能够提高网络的服务质量和体验质量。

下面对本申请实施例提供的一种路由器仿真部署系统、设备及计算机可读存储介质进行介绍，下文描述的路由器仿真部署系统、设备及计算机可读存储介质与上文描述的路由器仿真部署方法可相互对应参照。

请参考图6，图6为本申请实施例所提供的一种路由器仿真部署系统的结构框图；该路由器仿真部署系统包括：

路由器数量确定模块601，用于在收集无线mesh网络中客户端的分布信息及优先级信息后，利用客户端的分布信息确定路由器的数量；其中，分布信息包括客户端的数量及位置信息；

优化函数建立模块602，用于根据无线mesh网络的网络连通性、用户覆盖率及优先级信息建立优化函数；

初始位置部署模块603，用于部署各个路由器的初始位置；

位置调整模块604，用于利用模拟退火算法将各个路由器从初始位置调整至对应的目标位置以确定优化函数的最大值。

基于上述实施例，本实施例中位置调整模块604，通常包括：

目标路由器确定单元，用于计算各个路由器覆盖范围内客户端的数量，并确定覆盖范围内客户端的数量最少的路由器为目标路由器；

位置调整单元，用于依据预设概率将目标路由器从初始位置调整至对应的目标位置。

基于上述实施例，本实施例中路由器数量确定模块601，通常包括：

分布区域确定单元，用于在收集无线mesh网络中客户端的分布信息及优先级信息后，利用客户端的分布信息确定客户端的分布区域；

路由器数量确定单元，用于根据客户端的分布区域及单个路由器的覆盖范围，确定路由器的数量。

基于上述实施例，本实施例中初始位置部署模块603，通常包括：

客户端集中区域确定单元，用于根据客户端的分布信息确定各个客户端集中区域；

初始位置部署单元，用于将各个路由器的初始位置部署在各个客户端集中区域中。

本申请还提供一种设备，包括：

存储器和处理器；其中，存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现上述任意实施例的路由器仿真部署方法的步骤。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任意实施例的路由器仿真部署方法的步骤。

该计算机可读存储介质可以包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的系统而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本申请所提供的一种路由器仿真部署方法、系统、设备及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。