CN107872807B - 路由节点位置确定方法、装置和终端设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种路由节点位置确定方法、装置和终端设备，其中，所述方法包括：根据网络中传感器节点、网关节点以及可部署路由节点之间的链路连接关系，产生第0代路由节点部署方案集；计算第j代路由节点部署方案集中的每个路由节点部署方案的适应度，根据所述适应度，对所述第j代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+1代路由节点部署方案集；从满足所述预定条件的路由节点部署方案集中选择路由节点部署方案。通过本发明实施例，在确定路由节点位置时不仅考虑了优化路由节点数量，还考虑了优化路由路径，由此能够得到保证网络数据传输性能，且路由节点数量最少的路由节点部署方案。

Description

路由节点位置确定方法、装置和终端设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种路由节点位置确定方法、装置和终端设备。
背景技术
随着通信技术的进步，无线传感器网络取得快速发展，不仅给人们的生活带来了便利，而且正改变着人们生产和生活的方式。
无线传感器网络包括传感器节点、路由节点和网关节点，在无线传感器网络中，路由节点构成传感器节点与网关节点的信息交互通道，是网络的重要组成部分。传感器节点完成数据采集后，需要将数据发送到网关节点。当传感器节点与网关节点无法直接通信时，路由节点对它们之间的数据进行转发。
在实际网络部署中，用户根据具体应用需求、环境限制等选择传感器节点和网关节点的类型、数量和位置。当网路部署范围很大时，传感器节点和网关节点距离超过通信半径，很难直接构成网络，此时，需要在网络中部署一些路由节点。路由节点起着连接传感器节点和网关节点的作用，决定着数据传输的效率和可靠性，并且网络中路由节点的数量经常占很大的比重，即路由节点位置的硬件成本、部署成本和维护成本是网络成本的重要组成部分，因此，路由节点位置的选择对网络的性能和成本有重要影响。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
发明人发现，在目前的无线传感器网络的部署中，部署人员通常依靠经验或者特定规则选择路由节点位置，例如，常用的规则包括限制相邻节点之间的最大距离、保证节点之间无障碍物、节点位置构成特定的几何图形等。然而，上述方法无法保证网络部署的可靠性，达到最优的部署效果。
本发明实施例提出一种用于路由节点位置确定方法、装置和终端设备，在确定路由节点位置时不仅考虑了优化路由节点数量，还考虑了优化路由路径，由此能够得到保证网络数据传输性能，且路由节点数量最少的路由节点部署方案。
根据本发明实施例的第一方面，提供了一种路由节点位置确定装置，该装置包括：
初始化模块，其根据网络中传感器节点、网关节点以及可部署路由节点之间的链路连接关系，产生第0代路由节点部署方案集；
评估模块，其计算第j代路由节点部署方案集中的每个路由节点部署方案的适应度，该适应度是每个路由节点部署方案的最小代价路径和路由节点数量的关系函数，j为大于等于0的整数；
处理模块，其根据该适应度，对该第j代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+1代路由节点部署方案集；
第一确定模块，其在所述第j+1代路由节点部署方案集满足预定条件时，从满足该预定条件的路由节点部署方案集中选择路由节点部署方案。
根据本发明实施例的第二方面，提供了一种终端设备，其中，所述终端设备包括前述第一方面所述的装置。
根据本发明实施例的第三方面，提供了一种路由节点位置确定方法，该方法包括：
根据网络中传感器节点、网关节点以及可部署路由节点之间的链路连接关系，产生第0代路由节点部署方案集；
计算第j代路由节点部署方案集中的每个路由节点部署方案的适应度，该适应度是每个路由节点部署方案的最小代价路径和路由节点数量的关系函数，j为大于等于0的整数；
根据该适应度，对该第j代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+1代路由节点部署方案集；
在所述第j+1代路由节点部署方案集满足预定条件时，从满足该预定条件的路由节点部署方案集中选择路由节点部署方案。
本发明的有益效果在于：通过本发明实施例，在确定路由节点位置时不仅考虑了优化路由节点数量，还考虑了优化路由路径，由此能够得到保证网络数据传输性能，且路由节点数量最少的路由节点部署方案。
参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是实施例1的路由节点位置确定装置的示意图；
图2是实施例1中初始化模块的一个示例的示意图；
图3是实施例1中初始化模块一个示例的工作流程图；
图4和图5是实施例1中根据连接图得到初始化路由节点部署方案集示意图；
图6是实施例1中处理模块的一个示例的示意图；
图7是实施例1中处理模块一个示例的工作流程图；
图8是实施例1中变异模块一个示例的工作流程图；
图9是实施例1中根据连接图进行变异处理的一个示例的示意图；
图10是实施例1中变异模块一个示例的工作流程图；
图11是实施例1中根据连接图进行变异处理的一个示例的示意图；
图12是实施例1的路由节点位置确定装置工作流程图；
图13是实施例2的终端设备的示意图；
图14是实施例2的终端设备的系统构成示意图；
图15是实施例3的路由节点位置确定方法的示意图；
图16是实施例3的步骤1501的实施方式方法流程图；
图17是实施例3的步骤1503的实施方式方法流程图。
具体实施方式
参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。
为了便于理解，以下对本实施例中涉及到的术语进行说明，遗传算法是一种基于生物自然选择与遗传机理的随机搜索算法，通过模拟生物进化过程来完成优化搜索，近年来，遗传算法广泛的应用于无线网络部署领域。在遗传算法中，需要解决的问题的一个解称为个体，多个解称为种群，本实施例需要解决的问题是确定路由节点的部署方案，因此，将一个路由节点部署方案I＝{p1,p2,…,pi}称为遗传算法的一个个体，其中pi为一个路由节点的部署位置，I为网络部署所需的所有路由节点的部署位置的集合。
下面结合附图对本发明实施例进行说明。
实施例1
本发明实施例提供了一种路由节点位置确定装置，图1是该装置的示意图，请参照图1，该装置100包括：初始化模块101、评估模块102、处理模块103、第一确定模块104。其中，初始化模块101根据网络中传感器节点、网关节点以及可部署路由节点之间的链路连接关系，产生第0代路由节点部署方案集；评估模块102计算第j代路由节点部署方案集中的每个路由节点部署方案的适应度，所述适应度是每个路由节点部署方案的最小代价路径和路由节点数量的关系函数，j为大于等于0的整数；处理模块103根据所述适应度，对所述第j代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+1代路由节点部署方案集；第一确定模块104在该第j+1代路由节点部署方案集满足预定条件时，从满足所述预定条件的路由节点部署方案集中选择路由节点部署方案。
在本实施例中，初始化模块101生成第0代路由节点部署方案集，评估模块102计算第0(j＝0)代路由节点部署方案集中的每一个路由节点部署方案的适应度，处理模块103根据该适应度，对第0代路由节点部署方案集进行处理，生成第1(j+1)代路由节点部署方案集，如果该第1代路由节点部署方案集满足预定条件，第一确定模块104从该第1代路由节点部署方案集中选择最终的路由节点部署方案，否则针对第1代路由节点部署方案集，评估模块102和处理模块103进行类似的处理(相当于j＝1)，以此类推，直至获得最终的路由节点部署方案。
通过本实施例的装置，在确定路由节点位置时不仅考虑了优化路由节点数量，还考虑了优化路由路径，由此能够得到保证网络数据传输性能，且路由节点数量最少的路由节点部署方案。
下面对本实施例的该路由节点位置确定装置100的各组成部分分别进行说明。
在本实施例中，在初始化模块101生成第0代路由节点部署方案集前，需要获得无线传感器网络的网络部署信息，其包括传感器节点、网关节点以及可部署路由节点的位置以及其之间的连接关系等，其中，在两个节点之间的链路质量大于预设的阈值时，表示该两个节点之间存在连接关系，该链路质量可以用信号强度、丢包率等指标表示，但本实施例并不以此作为限制。
在一个实施方式中，该网络部署信息可以通过连接图结构G＝(V,E)来表示，其中，V为顶点集，包含网络中传感器节点的部署位置的集合PS、网关节点的部署位置的集合PG以及路由节点的可部署位置的集合PR，E为边集，包含存在连接关系的两个节点的集合E＝{(pi,pj)},pi,pj∈V，(pi,pj)表示pi和pj之间链路质量大于预设的阈值，即存在连接关系。
图2是该初始化模块101的一个实施方式的示意图，如图2所示，在该实施方式中，该初始化模块101包括：计算模块201，第二确定模块202和更新模块203。该计算模块201根据链路连接关系计算各个传感器节点到该网关节点的最小代价路径；第二确定模块202在所有该传感器节点都存在该最小代价路径时，将各个最小代价路径上的可部署路由节点位置集合作为一个路由节点部署方案；更新模块203将该一个路由节点部署方案中的可部署路由节点的位置从该链路连接关系中去除，生成更新的链路连接关系，以便该初始化模块101根据更新的链路连接关系生成下一个路由节点部署方案。
其中，最小代价路径表示从传感器节点到网关节点需要路由代价最小的路由路径。路由路径由多条链路组成，其中每一条链路有一个路由代价；路由路径上所有链路的路由代价的总和是该路由路径的路由代价。
在本实施例中，该第二确定模块202在所有传感器节点中有不存在所述最小代价路径的传感器节点时，将之前得到的路由节点部署方案集合作为成第0代(初始)路由节点部署方案集。
图3是本实施例中初始化模块101生成第0代路由节点部署方案集流程图，如图3所示，该流程包括：
步骤301，初始化种群为空集L；
步骤302，初始化新增个体为空集I；
步骤303，从传感器节点集合PS中选择一个节点pi；
步骤304，计算模块201根据链路连接关系，计算从pi到网关节点的最小代价路径H；
步骤305，判断是否存在H，在判断结果为是时，执行步骤306，否则结束操作；
步骤306，第二确定模块202将最小代价路径H中的路由节点位置添加到I中；
步骤307，判断是否PS中还存在未执行步骤304-306的节点，在判断结果为是时，返回步骤303，否则执行步骤308；
步骤308，第二确定模块202将得到的个体I增加到种群L中；并且更新模块203将在步骤308中得到的集合I中的节点从PR中去除，得到更新后的连接关系；并返回步骤302，根据更新后的链路连接关系，生成下一个个体I。
在步骤304-306中，可以根据连接图G计算最小代价路径，具体计算方法可以参考现有技术，常用的有Dijkstra算法和Bellman–Ford算法。
图4和图5是本实施例中根据连接图通过初始化得到第0代路由节点部署方案集的示意图，如图4和5所示，S1和S2是传感器节点，W是网关节点，其他节点A,B,C,D,E,F,H,I是路由节点的可部署位置，如图4所示，在步骤302-308中分别计算节点S1和S2到W的最小代价路径(例如，设每条边的代价都相同，最小代价路径相当于最短路径)，例如，S1到W的最小代价路径为S1-B-E-W，S2到W的最小代价路径为S2-I-W，将最小代价路径上的节点B,E,I增加到个体I1中，将个体I1增加到种群L中，而后执行步骤309，将节点B,E,I从PR中去除，得到更新后的连接图，如图5所示，在图5所示的更新后的连接图中，重复上述步骤302-308，得到新的个体I2＝{A,C,D,F,H}，将新的个体I2增加到种群L中，得到种群L＝{I1,I2}，由于将I2中的节点从图5中去除后，S1和S2不存在到网关节点的最小代价路径，因此，初始化种群的操作结束，将种群L＝{I1,I2}作为第0代路由节点部署方案集。
在本实施例中，评估模块102计算表示第j代路由节点部署方案集中每一个路由节点部署方案的最小代价路径和路由节点数量的关系函数作为该路由节点部署方案的适应度；由此，保证传感器节点的路由路径代价最小，并最小化路由节点的数量。
在一个实施方式中，评估模块102根据该每个路由节点部署方案中的路由节点数量、以及从各个传感器节点到网关节点的第一最小代价路径和从各个传感器节点到该网关节点的第二最小代价路径的路由代价差，计算该每个路由节点部署方案的适应度；其中，该第一最小代价路径经过在该路由节点部署方案中的路由节点位置范围内的路由节点；该第二最小代价路径经过在所有可部署路由节点范围内的路由节点。
其中，评估模块102可以利用公式(1)计算所述每个路由节点部署方案的适应度F：
Figure BDA0001120436130000071
其中，|I|为该路由节点部署方案中路由节点数量，|PS|为网络中传感器节点的个数，li是该第一最小代价路径的路由代价，即经过I中路由节点位置，传感器节点pi到网关节点的最小代价路径的路由代价，li'是该第二最小代价路径的路由代价，即经过所有可部署的路由节点位置，传感器节点pi到网关节点的最小代价路径的路由代价，λ用于调整路由路径长度和路由节点数量的关系，可以根据实际情况确定，本实施例并不以此作为限制，i为1至S之间的整数。
以下以图4和5为例说明如何计算路由节点部署方案的适应度，设λ＝1；如图4所示，传感器节点PS＝{S1,S2}，经过所有路由节点可部署位置A,B,C,D,E,F,H,I，S1到W的最小代价路径为S1-B-E-W，S2到W的最小代价路径为S2-I-W，根据上述步骤301-309得到的一个路由节点部署方案I1＝{B,E,I}，经过I1中的路由节点位置，S1到W的最小代价路径为S1-B-E-W，S2到W的最小代价路径为S2-I-W，因此，在公式(1)中，|I|＝3，|PS|＝2,l1'＝l1＝2，l2'＝l2＝1，个体I1的适应度F＝3；如图5所示，根据上述步骤301-309得到的一个路由节点部署方案I2＝{A,C,D,F,H}，经过I2中的路由节点位置，S1到W的最小代价路径为S1-C-F-H-W，S2到W的最小代价路径为S2-D-A-S1-C-F-H-W，因此，在公式(1)中，|I|＝5，|PS|＝2,l1'＝2，l2'＝1，l1＝3，l2＝6，个体I2的适应度F＝8。
在本实施例中，处理模块103根据评估模块102计算得到的适应度，对第j代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+1代路由节点部署方案集，其中，可以利用遗传算法对第j代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+1代路由节点部署方案集，遗传算法有很多具体的实施方式，例如(μ,λ)方法和(μ+λ)方法，本实施例并不以此作为限制，遗传算法通常包括选择、配对交叉、以及变异处理，其中，选择处理是根据适应度从前一代种群中选择一部分作为后代种群，配对处理是从一个种群中选择出一部分个体对，交叉处理是对选择出的个体对的信息进行交叉互换，产生新的个体，变异处理是对一部分个体的信息进行变更，其中，选择、配对交叉、以及变异处理可以采用现有技术，本实施例并不以此作为限制。
在处理模块103对第j代路由节点部署方案集处理后，生成第j+1代路由节点部署方案集，判断该j+1代路由节点部署方案集是否满足预定条件，在一个实施方式中，该预定条件为j+1等于第一阈值N，其中N是大于等于1的整数，但本实施例并不以此作为限制；在该第j+1代路由节点部署方案集满足该预定条件时，评估模块102可以计算该第j+1代路由节点部署方案集中的每个路由节点部署方案的适应度，并且第一确定模块104将第j+1代路由节点部署方案集中适应度最小的路由节点部署方案确定为最终的路由节点部署方案；但本实施例并不以此作为限制，该第一确定模块104还可以利用其他原则从路由节点部署方案集选择最终的路由节点部署方案；在该第j+1代路由节点部署方案集不满足该预定条件时，评估模块102可以计算该第j+1代路由节点部署方案集中的每个路由节点部署方案的适应度，处理模块103根据评估模块102计算的第j+1代路由节点部署方案集中的每个路由节点部署方案的适应度，对该第j+1代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+2代路由节点部署方案集，并重复迭代上述处理，直到生成满足该预定条件的路由节点部署方案集，以便第一确定模块104从满足该预定条件的路由节点部署方案集中选择最终的路由节点部署方案。
图6是本实施例中处理模块103的一个实施方式的示意图，如图6所示，该处理模块包括：选择模块601，配对交叉模块602，以及变异模块603，选择模块601从第j代路由节点部署方案集中选择适应度较高的第一预定数量的路由节点部署方案，以获得第一路由节点部署方案集；配对交叉模块602对该第一路由节点部署方案集中的路由节点部署方案进行配对、交叉处理；变异模块603对进行交叉配对处理后的该第一路由节点部署方案集中的路由节点部署方案进行变异处理，以获得该第j+1代路由节点部署方案集。
在本实施例中，还对该变异模块603进行了改进，在一个实施方式中，该变异模块603可以包括第一变异模块(未图示)，其将该路由节点部署方案中的第二预定数量个第一可部署路由节点的部署位置替换为该第一可部署路由节点的部署位置的一个路由邻居节点位置；在另一个实施方式中，该变异模块603可以包括第二变异模块(未图示)，其选择该路由节点部署方案中的第三预定数量对个第二可部署路由节点部署位置；计算每一对可部署第二路由节点部署位置间的最小代价路径；将该最小代价路径上的第三可部署路由节点部署位置添加到该路由节点部署方案中。
在本实施例中，该处理模块103还可以包括判断模块(未图示)，其用于判断该j+1代路由节点部署方案集是否满足预定条件，在判断结果为是时，第一确定模块104从满足预定条件的路由节点部署方案集中确定最终的路由节点部署方案；在判断结果为否时，评估模块102和处理模块103对该第j+1代路由节点部署方案集进行迭代的处理，以下将具体说明处理模块103的具体实施流程。
图7是该处理模块103对某一代路由节点部署方案集进行处理的具体处理方法流程图，如图7所述，该流程包括：
步骤701，选择模块601从第j代路由节点部署方案集中选择适应度较高的第一预定数量的路由节点部署方案，以获得第一路由节点部署方案集；
步骤702，配对交叉模块602对该第一路由节点部署方案集中的路由节点部署方案进行配对、交叉处理；
步骤703，变异模块603对进行交叉配对处理后的该第一路由节点部署方案集中的路由节点部署方案进行变异处理，以获得该第j+1代路由节点部署方案集。
在本实施例中，步骤701相当于遗传算法中的选择过程，在步骤701中，可采用如下方式得到该第一路由节点部署方案集：例如，将第j代路由节点部署方案集中的路由节点部署方案按照适应度大小排序，从第j代路由节点部署方案集中选择适应度较高的第一预定数量的路由节点部署方案，其中，该第一预定数量可以根据需要设定。
在本实施例中，步骤702相当于遗传算法中的配对交叉过程，在步骤702中，假设该第一路由节点部署方案集A中共有第一预定数量M个部署方案，每个部署方案表示为A(m)，m＝1,2,…,M；从该第一路由节点部署方案集中，选定第四预定数量P对的部署方案，将该每对部署方案中的两个部署方案A(s)和A(t)的部分路由节点位置互换；得到两个新的方案A(s)'和A(t)'，由此，得到新的方案集A'；其中，s和t的取值为1～M。
例如，选择出一对部署方案为I1＝{B,E,I}，I2＝{A,C,D,F,H}，然后将I1中的部分路由节点位置和I2中的部分路由节点位置互换，例如将I1中的节点B和I2中的节点A互换，得到新的一对部署方案为I1’＝{A,E,I}，I2’＝{B,C,D,F,H}，或者将I1中的节点B,I和I2中的节点D,F互换，得到新的一对部署方案为I1’＝{D,E,F}，I2’＝{A,C,B,I,H}。
其中，在完成一对A(s)和A(t)互换后，使用上述相同的方法进行其他P-1对部署方案的互换，其互换过程与上述过程相同，此处不再重复。
在本实施例中，步骤703相当于遗传算法中的变异过程，在步骤703中，从该新的方案集A'中选定预定数量的部署方案，从该预定数量的部署方案中，选择预定位置，将其改变为与当前不同的节点，且变异后的节点与该部署方案中的其他节点位置不重复。
在一个实施方式中，在变异时，可以将该路由节点部署方案中的第二预定数量个第一可部署路由节点的部署位置替换为该第一可部署路由节点的部署位置的一个路由邻居节点位置。
图8是该变异实施方式方法流程图，如图8所示，该流程包括：
步骤801，选择需要进行变异的路由节点部署方案I＝{p1,p2,…,pi}；
步骤802，对I中的第二预定数量n个部署位置pi执行以下步骤803和804中的操作；
其中，该第二预定数量n可以根据需要确定，本实施例并不以此作为限制。
步骤803，选择一个节点pi的路由邻居节点pj；
其中，可以根据连接图G从节点pi的邻居节点中随机选择一个邻居节点pj；
步骤804，将路由节点部署方案中的pi替换为pj；
步骤805，对I中的n个部署位置pi完成步骤803和804中的操作。
图9是一种变异实施示意图，如图9所示，设路由节点部署方案I＝{B,E,I}，设该第二预定数量n＝3，即对所有路由节点部署位置执行步骤803和804，例如，针对节点B，其邻居节点是{S1,A,C}，随机选择一个路由节点例如A，替换I中的节点B，针对节点E，其邻居节点是{B,D,H,I}，随机选择一个路由节点D，替换I中的节点E，针对节点I，其邻居节点是{S2,D,E,H}，随机选择一个路由节点E，替换I中的节点I，得到变异后的新路由节点部署方案I’＝{A,D,E}。
在另一个实施方式中，在变异时，可以选择该路由节点部署方案中的第三预定数量对个第二可部署路由节点部署位置；计算每一对可部署第二路由节点部署位置间的最小代价路径；将该最小代价路径上的第三可部署路由节点部署位置添加到该路由节点部署方案中。
图10是该变异实施方式方法流程图，如图10所示，该流程包括：
步骤1001，选择需要进行变异的路由节点部署方案I＝{p1,p2,…,pi}；
步骤1002，对I中的第三预定数量q对部署位置(pi,pj)执行以下步骤1003和1004中的操作；
其中，该第三预定数量q对可以根据需要确定，本实施例并不以此作为限制。
步骤1003，计算从pi到pj的最小代价路径H；
其中，可以根据连接图G计算从pi到pj的最小代价路径H，其具体实施方式可以参考现有技术，此处不再赘述。
步骤1004，将最小代价路径H上的路由节点部署位置添加到I中；
步骤1005，对I中的q对部署位置(pi,pj)完成步骤1003和1004中的操作。
图11是一种变异实施示意图，如图11所示，设路由节点部署方案I＝{C,E,F,H,J}，设该第三预定数量q＝1，即从I中选择1对部署位置执行步骤1003和1004，例如，选择的一对部署位置是{C,E}，根据连接图G(设每条边代价相同)，计算C到E最小代价路径为C-B-E，将最小代价路径上的路由节点位置B增加到原路由节点部署方案I中，得到变异后的新路由节点部署方案I’＝{B,C,E,F,H,J}。
以上变异的具体实施方式可以单独实施，也可以组合实施，本实施例并不以此作为限制，并且本实施例并不限定于上述变异的实施方式。
图12是本实施例的装置100确定路由节点位置的一个示例的流程图，如图12所示，该流程包括：
步骤1201，初始化模块101根据网络中传感器节点、网关节点以及可部署路由节点之间的链路连接关系，产生初始路由节点部署方案集；将当前的初始部署方案集设为第j代(j＝0)，
步骤1202，评估模块102计算第j代路由节点部署方案集中的每个路由节点部署方案的适应度；
步骤1203，处理模块103根据该适应度，对第j代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+1代路由节点部署方案集；
步骤1204，判断第j+1代路由节点部署方案集是否满足预定条件；在判断结果为是时，执行步骤1205，否则将j＝j+1，并返回执行步骤1202；
步骤1205，从满足该预定条件的路由节点部署方案集中选择路由节点部署方案。
其中，步骤1201-1205的具体实施细节请参考前文所述，此处不再重复。
通过本实施例的装置，在确定路由节点位置时不仅考虑了优化路由节点数量，还考虑了优化路由路径，由此能够得到保证网络数据传输性能，且路由节点数量最少的路由节点部署方案。
实施例2
本发明实施例提供了一种终端设备，该终端设备包括实施例1所述的用于无线网络部署的装置。
图13是该终端设备的示意图，如图13所示，该终端设备1300包含路由节点位置确定装置100，该装置100被配置为：根据网络中传感器节点、网关节点以及可部署路由节点之间的链路连接关系，产生第0代路由节点部署方案集；计算第j代路由节点部署方案集中的每个路由节点部署方案的适应度，该适应度是每个路由节点部署方案的最小代价路径和路由节点数量的关系函数，j为大于等于0的整数；根据该适应度，对该第j代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+1代路由节点部署方案集；在该第j+1代路由节点部署方案集满足预定条件时，从满足该预定条件的路由节点部署方案集中选择路由节点部署方案。由于在实施例1中，已经对该路由节点位置确定装置100进行了详细说明，其内容被合并于此，此处不再赘述。
图14是本实施例的终端设备的系统构成的示意框图。如图14所示，该终端设备1400可以包括中央处理器1401和存储器1402；存储器1402耦合到中央处理器1401。值得注意的是，该图是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现电信功能或其他功能。
在一个实施方式中，实施例1所述的路由节点位置确定装置100的功能可以被集成到中央处理器1401中。例如，该中央处理器1401可以被配置为：根据网络中传感器节点、网关节点以及可部署路由节点之间的链路连接关系，产生第0代路由节点部署方案集；计算第j代路由节点部署方案集中的每个路由节点部署方案的适应度，该适应度是每个路由节点部署方案的最小代价路径和路由节点数量的关系函数，j为大于等于0的整数；根据该适应度，对该第j代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+1代路由节点部署方案集；在该第j+1代路由节点部署方案集满足预定条件时，从满足该预定条件的路由节点部署方案集中选择路由节点部署方案。
在另一个实施方式中，实施例1所述的路由节点位置确定装置100可以与中央处理器1401分开配置，例如可以将该装置100配置为与中央处理器1401连接的芯片，通过中央处理器1401的控制来实现路由节点位置确定装置100的功能。
如图14所示，该终端设备1400还可以包括：通信模块1403、输入单元1404、音频处理器1405、显示器1406、电源1407。值得注意的是，终端设备1400也并不是必须要包括图14中所示的所有部件；此外，终端设备1400还可以包括图14中没有示出的部件，可以参考现有技术。
如图14所示，中央处理器1401有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器1401接收输入并控制终端设备1400的各个部件的操作。
其中，存储器1402，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述网络部署信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器1401可执行该存储器1402存储的该程序，以实现信息存储或处理等。其他部件的功能与现有类似，此处不再赘述。终端设备1400的各部件可以通过专用硬件、固件、软件或其结合来实现，而不偏离本发明的范围。
通过本实施例的终端设备，在确定路由节点位置时不仅考虑了优化路由节点数量，还考虑了优化路由路径，由此能够得到保证网络数据传输性能，且路由节点数量最少的路由节点部署方案。
实施例3
本发明实施例提供了一种路由节点位置确定方法，由于该方法解决问题的原理与实施例1的装置类似，因此其具体的实施可以参考实施例1的装置的实施，内容相同之处，不再重复说明。
图15是本实施例的路由节点位置确定方法一个实施方式的流程图，请参照图15，该方法包括：
步骤1501：根据网络中传感器节点、网关节点以及可部署路由节点之间的链路连接关系，产生第0代路由节点部署方案集；
步骤1502：计算第j代路由节点部署方案集中的每个路由节点部署方案的适应度，该适应度是每个路由节点部署方案的最小代价路径和路由节点数量的关系函数，j为大于等于0的整数；
步骤1503：根据该适应度，对该第j代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+1代路由节点部署方案集；
步骤1504，在该第j+1代路由节点部署方案集满足预定条件时，从满足该预定条件的路由节点部署方案集中选择路由节点部署方案。
在本实施例中，在步骤1502中，可以根据该每个路由节点部署方案中的路由节点数量、以及从各个传感器节点到网关节点的第一最小代价路径和从各个传感器节点到该网关节点的第二最小代价路径的路由代价差，计算该每个路由节点部署方案的适应度；
其中，该第一最小代价路径经过在该路由节点部署方案中的路由节点位置范围内的路由节点；该第二最小代价路径经过在所有可部署路由节点范围内的路由节点。
在一个实施方式中，可以利用实施例1中的公式(1)计算该每个路由节点部署方案的适应度F，其具体计算方式请参考实施例1，此处不再赘述。
在本实施例中，该预定条件为j+1等于第一阈值N，其中N是大于等于1的整数；在该第j+1代路由节点部署方案集满足该预定条件时，返回步骤1502计算该第j+1代路由节点部署方案集中每个路由节点部署方案的适应度；在步骤1504中，将该适应度最小的路由节点部署方案确定为最终的路由节点部署方案。
在本实施例中，在该第j+1代路由节点部署方案集不满足所述预定条件时，返回步骤1502计算第j+1代路由节点部署方案集中每个路由节点部署方案的适应度；在步骤1503中，根据该第j+1代路由节点部署方案集中每个路由节点部署方案的适应度，对该第j+1代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+2代路由节点部署方案集。
图16是本实施例步骤1501的一种实施方式的方法流程图，如图16所示，该方法包括：
步骤1601，根据链路连接关系计算各个传感器节点到该网关节点的最小代价路径；
步骤1602，在所有该传感器节点都存在该最小代价路径时，将各个最小代价路径上的可部署路由节点位置集合作为一个路由节点部署方案；
步骤1603，将该一个路由节点部署方案中的可部署路由节点的位置从该链路连接关系中去除，生成更新的链路连接关系，以便该初始化模块根据更新的链路连接关系生成下一个路由节点部署方案。
其中，在步骤1602中，在所有传感器节点中有不存在该最小代价路径的传感器节点时，将之前得到的路由节点部署方案集合作为成第0代路由节点部署方案集。
图17是本实施例步骤1503的一种实施方式的方法流程图，如图17所示，该方法包括：
步骤1701，从第j代路由节点部署方案集中选择适应度较高的第一预定数量的路由节点部署方案，以获得第一路由节点部署方案集；
步骤1702，对该第一路由节点部署方案集中的路由节点部署方案进行配对、交叉处理；
步骤1703，对进行交叉配对处理后的该第一路由节点部署方案集中的路由节点部署方案进行变异处理，以获得该第j+1代路由节点部署方案集。
在一个实施方式中，在步骤1703中，可以将该路由节点部署方案中的第二预定数量个第一可部署路由节点的部署位置替换为该第一可部署路由节点的部署位置的一个邻居节点位置；
在另一个实施方式中，在步骤1703中，可以选择该路由节点部署方案中的第三预定数量对个第二可部署路由节点部署位置；计算每一对可部署第二路由节点部署位置间的最小代价路径；将该最小代价路径上的第三可部署路由节点部署位置添加到该路由节点部署方案中。
通过本实施例的方法，在确定路由节点位置时不仅考虑了优化路由节点数量，还考虑了优化路由路径，由此能够得到保证网络数据传输性能，且路由节点数量最少的路由节点部署方案。
本发明实施例还提供一种计算机可读程序，其中当在终端设备中执行所述程序时，所述程序使得所述终端设备执行实施例3所述的方法。
本发明实施例还提供一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中所述计算机可读程序使得终端设备执行实施例3所述的方法。
本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。
以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。
关于包括以上实施例的实施方式，还公开下述的附记：
附记1、一种路由节点位置确定装置，其中，所述装置包括：
初始化模块，其根据网络中传感器节点、网关节点以及可部署路由节点之间的链路连接关系，产生第0代路由节点部署方案集；
评估模块，其计算第j代路由节点部署方案集中的每个路由节点部署方案的适应度，所述适应度是每个路由节点部署方案的最小代价路径和路由节点数量的关系函数，j为大于等于0的整数；
处理模块，其根据所述适应度，对所述第j代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+1代路由节点部署方案集；
第一确定模块，其在所述第j+1代路由节点部署方案集满足预定条件时，从满足所述预定条件的路由节点部署方案集中选择路由节点部署方案。
附记2、根据附记1所述的装置，其中，所述评估模块根据所述每个路由节点部署方案中的路由节点数量、以及从各个传感器节点到网关节点的第一最小代价路径和从各个传感器节点到所述网关节点的第二最小代价路径的路由代价差，计算所述每个路由节点部署方案的适应度；
其中，所述第一最小代价路径经过在所述路由节点部署方案中的路由节点位置范围内的路由节点；所述第二最小代价路径经过在所有可部署路由节点范围内的路由节点。
附记3、根据附记2所述的装置，其中，所述评估模块利用下面的公式计算所述每个路由节点部署方案的适应度F：
Figure BDA0001120436130000171
其中，|I|为所述路由节点部署方案中路由节点数量，|PS|为网络中传感器节点的个数，li是所述第一最小代价路径的路由代价，li'是所述第二最小代价路径的路由代价，λ用于调整路由路径长度和路由节点数量的关系，i为1至S之间的整数。
附记4、根据附记1所述的装置，其中，所述预定条件为j+1等于第一阈值N，其中N是大于等于1的整数；在所述第j+1代路由节点部署方案集满足所述预定条件时，所述评估模块计算所述第j+1代路由节点部署方案集中每个路由节点部署方案的适应度；
所述第一确定模块将所述适应度最小的路由节点部署方案确定为最终的路由节点部署方案；
在所述第j+1代路由节点部署方案集不满足所述预定条件时，所述评估模块计算所述第j+1代路由节点部署方案集中每个路由节点部署方案的适应度；所述处理单元根据所述第j+1代路由节点部署方案集中每个路由节点部署方案的适应度，对所述第j+1代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+2代路由节点部署方案集。
附记5、根据附记1所述的装置，其中，所述初始化模块包括：
计算模块，其根据链路连接关系计算各个传感器节点到所述网关节点的最小代价路径；
第二确定模块，其在所有所述传感器节点都存在所述最小代价路径时，将各个最小代价路径上的可部署路由节点位置集合作为一个路由节点部署方案；
更新模块，其将所述一个路由节点部署方案中的可部署路由节点的位置从所述链路连接关系中去除，生成更新的链路连接关系，以便所述初始化模块根据更新的链路连接关系生成下一个路由节点部署方案。
附记6、根据附记5所述的装置，其中，所述第二确定模块在所有传感器节点中有不存在所述最小代价路径的传感器节点时，将之前得到的路由节点部署方案集合作为成第0代路由节点部署方案集。
附记7、根据附记1所述的装置，其中，所述处理模块包括：
选择模块，其从第j代路由节点部署方案集中选择适应度较高的第一预定数量的路由节点部署方案，以获得第一路由节点部署方案集；
配对交叉模块，其对所述第一路由节点部署方案集中的路由节点部署方案进行配对、交叉处理；
变异模块，其对进行交叉配对处理后的所述第一路由节点部署方案集中的路由节点部署方案进行变异处理，以获得所述第j+1代路由节点部署方案集。
附记8、根据附记7所述的装置，其中，所述变异模块包括：
第一变异模块，其将所述路由节点部署方案中的第二预定数量个第一可部署路由节点的部署位置替换为所述第一可部署路由节点的部署位置的一个路由邻居节点位置；
或者，
第二变异模块，其选择所述路由节点部署方案中的第三预定数量对个第二可部署路由节点部署位置；计算每一对可部署第二路由节点部署位置间的最小代价路径；将所述最小代价路径上的第三可部署路由节点部署位置添加到所述路由节点部署方案中。
附记9、一种终端设备，其中，所述终端设备包括附记1所述的装置。
附记10、一种路由节点位置确定方法，其中，所述方法包括：
根据网络中传感器节点、网关节点以及可部署路由节点之间的链路连接关系，产生第0代路由节点部署方案集；
计算第j代路由节点部署方案集中的每个路由节点部署方案的适应度，所述适应度是每个路由节点部署方案的最小代价路径和路由节点数量的关系函数，j为大于等于0的整数；
根据所述适应度，对所述第j代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+1代路由节点部署方案集；
在所述第j+1代路由节点部署方案集满足预定条件时，从满足所述预定条件的路由节点部署方案集中选择路由节点部署方案。
附记11、根据附记10所述的方法，其中，根据所述每个路由节点部署方案中的路由节点数量、以及从各个传感器节点到网关节点的第一最小代价路径和从各个传感器节点到所述网关节点的第二最小代价路径的路由代价差，计算所述每个路由节点部署方案的适应度；
其中，所述第一最小代价路径经过在所述路由节点部署方案中的路由节点位置范围内的路由节点；所述第二最小代价路径经过在所有可部署路由节点范围内的路由节点。
附记12、根据附记11所述的方法，其中，利用下面的公式计算所述每个路由节点部署方案的适应度F：
Figure BDA0001120436130000191
其中，|I|为所述路由节点部署方案中路由节点数量，|PS|为网络中传感器节点的个数，li是所述第一最小代价路径的路由代价，li'是所述第二最小代价路径的路由代价，λ用于调整路由路径长度和路由节点数量的关系，i为1至S之间的整数。
附记13、根据附记10所述的方法，其中，所述预定条件为j+1等于第一阈值N，其中N是大于等于1的整数；在所述第j+1代路由节点部署方案集满足所述预定条件时，计算所述第j+1代路由节点部署方案集中每个路由节点部署方案的适应度；并将所述适应度最小的路由节点部署方案确定为最终的路由节点部署方案。
附记14、根据附记10所述的方法，其中，根据网络中传感器节点、网关节点以及可部署路由节点之间的链路连接关系，产生第0代路由节点部署方案集包括：
根据链路连接关系计算各个传感器节点到所述网关节点的最小代价路径；
在所有所述传感器节点都存在所述最小代价路径时，将各个最小代价路径上的可部署路由节点位置集合作为一个路由节点部署方案；
将所述一个路由节点部署方案中的可部署路由节点的位置从所述链路连接关系中去除，生成更新的链路连接关系，以便所述初始化模块根据更新的链路连接关系生成下一个路由节点部署方案；
在所述第j+1代路由节点部署方案集不满足所述预定条件时，计算所述第j+1代路由节点部署方案集中每个路由节点部署方案的适应度；根据所述第j+1代路由节点部署方案集中每个路由节点部署方案的适应度，对所述第j+1代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+2代路由节点部署方案集。
附记15、根据附记14所述的方法，其中，在所有传感器节点中有不存在所述最小代价路径的传感器节点时，将之前得到的路由节点部署方案集合作为成第0代路由节点部署方案集。
附记16、根据附记10所述的方法，其中，根据所述适应度，对所述第j代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+1代路由节点部署方案集包括：
从第j代路由节点部署方案集中选择适应度较高的第一预定数量的路由节点部署方案，以获得第一路由节点部署方案集；
对所述第一路由节点部署方案集中的路由节点部署方案进行配对、交叉处理；
对进行交叉配对处理后的所述第一路由节点部署方案集中的路由节点部署方案进行变异处理，以获得所述第j+1代路由节点部署方案集。
附记17、根据附记16所述的方法，其中，对进行交叉配对处理后的所述第一路由节点部署方案集中的路由节点部署方案进行变异处理包括：
将所述路由节点部署方案中的第二预定数量个第一可部署路由节点的部署位置替换为所述第一可部署路由节点的部署位置的一个路由邻居节点位置；
或者，
选择所述路由节点部署方案中的第三预定数量对个第二可部署路由节点部署位置；计算每一对可部署第二路由节点部署位置间的最小代价路径；将所述最小代价路径上的第三可部署路由节点部署位置添加到所述路由节点部署方案中。

Claims (9)

1.一种路由节点位置确定装置，其中，所述装置包括：
初始化模块，其根据网络中传感器节点、网关节点以及可部署路由节点之间的链路连接关系，产生第0代路由节点部署方案集；
评估模块，其计算第j代路由节点部署方案集中的每个路由节点部署方案的适应度，所述适应度是每个路由节点部署方案的最小代价路径和路由节点数量的关系函数，j为大于等于0的整数；
处理模块，其根据所述适应度，对所述第j代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+1代路由节点部署方案集；
第一确定模块，其在所述第j+1代路由节点部署方案集满足预定条件时，从满足所述预定条件的路由节点部署方案集中选择路由节点部署方案；
其中，所述评估模块根据所述每个路由节点部署方案中的路由节点数量、以及从各个传感器节点到网关节点的第一最小代价路径和从各个传感器节点到所述网关节点的第二最小代价路径的路由代价差，计算所述每个路由节点部署方案的适应度；
其中，所述第一最小代价路径经过在所述路由节点部署方案中的路由节点位置范围内的路由节点；所述第二最小代价路径经过在所有可部署路由节点范围内的路由节点。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述评估模块利用下面的公式计算所述每个路由节点部署方案的适应度F：
Figure FDA0002941385460000011
其中，PS是网络中传感器节点的集合，pi是集合PS中的第i个传感器节点，|I|为所述路由节点部署方案中路由节点数量，|PS|为网络中传感器节点的个数，li是所述第一最小代价路径的路由代价，li'是所述第二最小代价路径的路由代价，λ用于调整路由路径长度和路由节点数量的关系，i为1至S之间的整数。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述预定条件为j+1等于第一阈值N，其中N是大于等于1的整数；在所述第j+1代路由节点部署方案集满足所述预定条件时，所述评估模块计算所述第j+1代路由节点部署方案集中每个路由节点部署方案的适应度；
所述第一确定模块将所述适应度最小的路由节点部署方案确定为最终的路由节点部署方案；
在所述第j+1代路由节点部署方案集不满足所述预定条件时，所述评估模块计算所述第j+1代路由节点部署方案集中每个路由节点部署方案的适应度；所述处理模块根据所述第j+1代路由节点部署方案集中每个路由节点部署方案的适应度，对所述第j+1代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+2代路由节点部署方案集。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述初始化模块包括：
计算模块，其根据链路连接关系计算各个传感器节点到所述网关节点的最小代价路径；
第二确定模块，其在所有所述传感器节点都存在所述最小代价路径时，将各个最小代价路径上的可部署路由节点位置集合作为一个路由节点部署方案；
更新模块，其将所述一个路由节点部署方案中的可部署路由节点的位置从所述链路连接关系中去除，生成更新的链路连接关系，以便所述初始化模块根据更新的链路连接关系生成下一个路由节点部署方案。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第二确定模块在所有传感器节点中有不存在所述最小代价路径的传感器节点时，将之前得到的路由节点部署方案集合作为成第0代路由节点部署方案集。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理模块包括：
选择模块，其从第j代路由节点部署方案集中选择适应度较高的第一预定数量的路由节点部署方案，以获得第一路由节点部署方案集；
配对交叉模块，其对所述第一路由节点部署方案集中的路由节点部署方案进行配对、交叉处理；
变异模块，其对进行交叉配对处理后的所述第一路由节点部署方案集中的路由节点部署方案进行变异处理，以获得所述第j+1代路由节点部署方案集。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述变异模块包括：
第一变异模块，其将所述路由节点部署方案中的第二预定数量个第一可部署路由节点的部署位置替换为所述第一可部署路由节点的部署位置的一个路由邻居节点位置；
或者，
第二变异模块，其选择所述路由节点部署方案中的第三预定数量对个第二可部署路由节点部署位置；计算每一对可部署第二路由节点部署位置间的最小代价路径；将所述最小代价路径上的第三可部署路由节点部署位置添加到所述路由节点部署方案中。
8.一种终端设备，其中，所述终端设备包括权利要求1所述的装置。
9.一种路由节点位置确定方法，其中，所述方法包括：
根据网络中传感器节点、网关节点以及可部署路由节点之间的链路连接关系，产生第0代路由节点部署方案集；
计算第j代路由节点部署方案集中的每个路由节点部署方案的适应度，所述适应度是每个路由节点部署方案的最小代价路径和路由节点数量的关系函数，j为大于等于0的整数；
根据所述适应度，对所述第j代路由节点部署方案集进行处理，生成第j+1代路由节点部署方案集；
在所述第j+1代路由节点部署方案集满足预定条件时，从满足所述预定条件的路由节点部署方案集中选择路由节点部署方案；
其中，计算第j代路由节点部署方案集中的每个路由节点部署方案的适应度的步骤包括：根据所述每个路由节点部署方案中的路由节点数量、以及从各个传感器节点到网关节点的第一最小代价路径和从各个传感器节点到所述网关节点的第二最小代价路径的路由代价差，计算所述每个路由节点部署方案的适应度；
其中，所述第一最小代价路径经过在所述路由节点部署方案中的路由节点位置范围内的路由节点；所述第二最小代价路径经过在所有可部署路由节点范围内的路由节点。
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