CN113645633A - 一种主干网络规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种主干网络规划方法，包括以下步骤：选取规划区域，获取规划区域内的终端设备的地理位置；根据规划区域内的终端设备的地理位置，将规划区域一次划分为若干个蜂窝单元；根据蜂窝单元内的终端设备的地理位置和路由设备的容量，计算路由设备的安装位置；根据路由设备的安装位置，将规划区域二次划分，并计算集中器的安装位置；根据集中器与路由设备之间、路由设备与路由设备之间的信号连接，进行MESH层级划分；根据层级划分，调节路由设备的分布，并输出集中器至路由设备的MESH数据，具有网络稳定性强、连接可靠的优点，突破了现有的主干网络覆盖不均的瓶颈。
Description
技术领域
本发明涉及网络规划技术领域，具体涉及一种主干网络规划方法。
背景技术
Wi-SUN(Wireless Smart Utility Network)无线通讯技术具有覆盖范围广、服务成本低、功耗低的特点，适用复杂环境的连接需求，是理想的物联网通讯方式，在计量基础设施和公用事业配电自动化有着广阔的应用前景。随着智能无线终端设备在自动计量系统的发展，尤其是在供水、燃气、电力、供暖等不同领域的应用和普及，在智能无线终端设备部署和无线通讯网络搭建过程中，利用地理信息系统、无线通信技术、Wi-SUN的MESH网络机制等相关技术模拟无线终端设备通讯传输路径，成为方案设计和工程实施阶段的重要参考依据。
现有MESH组网中，无线智能终端设备可根据信号强度、信号质量等自动选择上传节点，但对于整个地理区域的网络规划模拟和部署决策，没有宏观上的参考意义。为了保证MESH网络的稳定性，通常需要搭建主干网络，保证无线接入点AP(Access Point)和路由设备Router之间的网络流量和信号满足需求。AP和Router之间的通讯情况受现实环境影响较大，需要对信号强度进行模拟；主干网络设备的多少、部署位置、规划密度等对通讯网络的生产成本、稳定性、可扩展性有着重大影响。
发明内容
本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种主干网络规划方法，具有网络稳定性强、连接可靠的优点，突破了现有的主干网络覆盖不均的瓶颈。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种主干网络规划方法，包括以下步骤：
选取规划区域，获取所述规划区域内的终端设备的地理位置；
根据所述规划区域内的终端设备的地理位置，将规划区域一次划分为若干个蜂窝单元；
根据蜂窝单元内的终端设备的地理位置和路由设备的容量，计算路由设备的安装位置；
根据路由设备的安装位置，将规划区域二次划分，并计算集中器的安装位置；
根据集中器与路由设备之间、路由设备与路由设备之间的信号连接，进行MESH层级划分；
根据层级划分，调节路由设备的分布，并输出集中器至路由设备的MESH数据。
可选的，根据蜂窝单元内的终端设备的地理位置和路由设备的容量，计算路由设备的安装位置，包括以下步骤：
判断蜂窝单元的终端设备的数量是否超过路由设备的容量；
若判断结果为是，则对蜂窝单元内的终端设备进行划分，得到划分单元一，计算每个所述划分单元一内的终端设备的重心位置一；
若判断结果为否，则计算所述蜂窝单元内的终端设备的重心位置二；
根据所述重心位置一和重心位置二安装路由设备。
可选的，根据路由设备的安装位置，将规划区域二次划分，并计算集中器的安装位置，包括以下步骤：
获取集中器的容量和覆盖范围，并将规划区域二次划分为若干个划分单元二；
根据所述划分单元二内的路由设备的安装位置，计算若干所述划分单元二的重心位置三；
选取与所述重心位置三的位置最接近的路由设备的位置作为集中器的安装位置。
可选的，根据集中器与路由设备之间、路由设备与路由设备之间的信号连接，进行MESH层级划分，包括以下步骤：
根据所述集中器的安装位置，对规划区域三次划分，得到若干个划分单元三；
在所述划分单元三内，筛选所述集中器的信号到达的路由设备，设定集中器至信号到达的路由设备之间的MESH层级为层级一；
设定与层级一的路由设备相连的另一所述路由设备之间的MESH层级为层级二，并依次得出层级n。
可选的，根据层级划分，调节路由设备的分布，包括以下步骤：
获取未划分层级的路由设备，在未划分层级的路由设备与最近的MESH层级上的路由设备之间设置中继器；
设定阈值D，并获取最后一个MESH层级的间距，若间距小于D，则拆除最后一个路由设备。
可选的，所述MESH数据包括MESH层级、MESH信号强度和MESH距离。
可选的，所述规划区域二次划分和所述对蜂窝单元内的终端设备进行划分的方法均为K-means聚类方法。
可选的，所述规划区域三次划分的方法为Voronoi划分。
一种主干网络规划系统，所述系统采用上述任意一项所述的一宗主干网络规划方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质保存并应用上述所述的一种主干网络规划系统。
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
基于蜂窝单元设置路由设备的位置，并根据路由设备的覆盖范围和容量，设置规划区域内各个位置的路由设备数量及位置，使得主干网络在数据传输时，不会因路由设备数量过少造成数据传输拥堵或覆盖不全，实现了MESH主干网络的稳定、可靠连接。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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。
图1为本发明实施例提出的一种主干网络规划方法的主干网络结构示意图；
图2为本发明实施例提出的一种主干网络规划方法的主干网络规划流程图；
图3为本发明实施例提出的一种主干网络规划方法的路由设备位置确认流程图；
图4为本发明实施例提出的一种主干网络规划方法的MESH数据规划流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图1和图2所示，一种主干网络规划方法，包括以下步骤：选取规划区域，获取规划区域内的终端设备的地理位置，规划区域的选取可以为省、市、区、县中的任意一种区域选取范围，结合地理信息系统，获取规划区域内的所有的终端设备的地理位置，该地理位置包括终端设备的经度和纬度，而终端设备可以为智能表计或智能表箱等。
如图1和图2所示，根据规划区域内的终端设备的地理位置，将规划区域一次划分为若干个蜂窝单元，获取到终端设备的经纬度后，根据路由设备的覆盖范围，设定蜂窝单元的半径，从而将规划区域划分为若干个镶嵌排列的蜂窝单元，而蜂窝单元的半径可根据经验适当增减，例如当路由设备的覆盖范围为2.5km，在某个城市所在的地理范围内，所划分的蜂窝单元数量为100个，对应的设置的路由设备数量为100个，若将覆盖范围调节至2km，则划分的蜂窝单元数量为120个，对应的路由设备数量为120个，从而随着设置的路由设备的密度提高，提高了网络通信的稳定性。
如图3所示，根据蜂窝单元内的终端设备的地理位置和路由设备的容量，计算路由设备的安装位置，包括以下步骤：判断蜂窝单元的终端设备的数量是否超过路由设备的容量，若判断结果为是，则对蜂窝单元内的终端设备进行划分，得到划分单元一，计算每个划分单元一内的终端设备的重心位置一；
对蜂窝单元内的终端设备进行划分的方法为通过K-means聚类方法进行划分，且划分后的划分单元一的数量为N_rt＝1+N_ep/C_rt，N_rt为划分单元一的数量，N_ep为终端设备数量，C_rt为安装的路由设备的容量，每个划分单元一内的终端设备数量Num＝N_ep/N_rt，从而通过每个划分单元一内的终端设备的地理信息位置，计算重心位置一，重心位置一的计算基于各个终端设备的经纬度信息进行计算，例如划分单元一内有十个终端设备，该十个终端设备的经度为lon1，lon2，lon3......lon10，维度为lat1，lat2，lat3......lat10，那么重心位置一的经度坐标为lon＝(lon1+lon2+lon3+......+lon10)/10，重心位置一的纬度坐标为lat＝(lat1+lat2+lat3+......+lat10)/10。
若判断结果为否，则计算蜂窝单元内的终端设备的重心位置二，若蜂窝单元的终端设备的数量为超过路由设备的容量，则根据蜂窝单元内的终端设备，计算蜂窝单元的重心位置二，且重心位置二的计算方法与重心位置一的计算方法相同。
当完成重心位置一和重心位置二的计算后，根据重心位置一和重心位置二安装路由设备，工作人员可以选定重心位置一和重心位置二进行安装路由设备，若重心位置一或重心位置二的坐标位置上设置有障碍物，则选取距离重心位置一或重心位置二最近的位置作为路由设备的安装位置，从而安装路由设备。
如图4所示，根据路由设备的安装位置，将规划区域二次划分，并计算集中器的安装位置，包括以下步骤：获取集中器的容量和覆盖范围，并将规划区域二次划分为若干个划分单元二，规划区域二次划分的方法为K-means聚类方法，根据划分单元二内的路由设备的安装位置，计算若干划分单元二的重心位置三，重心位置三的计算方法与重心位置一的计算方法相同；
选取与重心位置三的位置最接近的路由设备的位置作为集中器的安装位置，若用户指定集中器的安装位置，则选择划分单元二内最近的位置作为集中器的安装位置。
根据集中器与路由设备之间、路由设备与路由设备之间的信号连接，进行MESH层级划分，包括以下步骤：根据集中器的安装位置，对规划区域三次划分，得到若干个划分单元三，规划区域三次划分的方法为Voronoi划分，在划分单元三内，筛选集中器的信号到达的路由设备，即筛选每个集中器对应范围内的路由设备作为该集中器需要连接的路由设备，保证路由设备归入距离其最近的集中器的范围内；
设定集中器至信号到达的路由设备之间的MESH层级为层级一，设定与层级一的路由设备相连的另一路由设备之间的MESH层级为层级二，并依次得出层级n，选取集中器需要连接的路由设备，通过无线信号传输模型判断集中器与路由设备之间的信号是否可达，若信号可达，则集中器与该路由设备之间的MESH层级即为层级一，筛选可被集中器的信号直接覆盖的路由设备，已覆盖的路由设备在一定层级内可向外直接扩展连接距离较远的路由设备，并依次得到层级二、层级三等。
根据层级划分，调节路由设备的分布，并输出集中器至路由设备的MESH数据，包括以下步骤：获取未划分层级的路由设备，在未划分层级的路由设备与最近的MESH层级上的路由设备之间设置中继器，设定阈值D，并获取最后一个MESH层级的间距，若间距小于D，则拆除最后一个路由设备。
以某一划分单元三内的路由设备为例，首先判断该划分单元三内对应的集中器的信号是否可达路由设备，若信号可达，则记录路由设备的MESH数据，若信号不可达，则筛选出剩余的信号不可达的路由设备，查找周围已经连接的路由设备，并判断信号不可达的路由设备与周围已经连接的路由设备是否可进行信号连接，若可进行信号连接，则记录路由设备的MESH数据，若不可进行信号连接，则在两个路由设备之间增加中继器，作为连接两个路由设备的中间连接设备，直到所有的路由设备均与集中器直接或间接连接，
设置中继器后，还需判断最后的MESH层级，即层级n上的两个路由设备之间的间距是否小于设定的阈值D，若间距小于D，则代表层级n上的最后被连接的路由设备为非必要安装，因此可拆卸最后一个路由设备，从而将原始的路由设备的布局进行了调整。
MESH数据包括MESH层级、MESH信号强度和MESH距离，当路由设备的分布完成调整后，输出MESH层级、MESH信号强度和MESH距离进行记录存储。
一种主干网络规划系统，系统采用上述任意一项的一种主干网络规划方法。
一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质保存并应用上述的一种主干网络规划系统。
需要说明的是，本申请上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线段、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线段的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线段、电线段、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种主干网络规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
选取规划区域，获取所述规划区域内的终端设备的地理位置；
根据所述规划区域内的终端设备的地理位置，将规划区域一次划分为若干个蜂窝单元；
根据蜂窝单元内的终端设备的地理位置和路由设备的容量，计算路由设备的安装位置；
根据路由设备的安装位置，将规划区域二次划分，并计算集中器的安装位置；
根据集中器与路由设备之间、路由设备与路由设备之间的信号连接，进行MESH层级划分；
根据层级划分，调节路由设备的分布，并输出集中器至路由设备的MESH数据。
2.根据权利要求1所述的一种主干网络规划方法，根据蜂窝单元内的终端设备的地理位置和路由设备的容量，计算路由设备的安装位置，包括以下步骤：
判断蜂窝单元的终端设备的数量是否超过路由设备的容量；
若判断结果为是，则对蜂窝单元内的终端设备进行划分，得到划分单元一，计算每个所述划分单元一内的终端设备的重心位置一；
若判断结果为否，则计算所述蜂窝单元内的终端设备的重心位置二；
根据所述重心位置一和重心位置二安装路由设备。
3.根据权利要求1所述的一种主干网络规划方法，根据路由设备的安装位置，将规划区域二次划分，并计算集中器的安装位置，包括以下步骤：
获取集中器的容量和覆盖范围，并将规划区域二次划分为若干个划分单元二；
根据所述划分单元二内的路由设备的安装位置，计算若干所述划分单元二的重心位置三；
选取与所述重心位置三的位置最接近的路由设备的位置作为集中器的安装位置。
4.根据权利要求1所述的一种主干网络规划方法，根据集中器与路由设备之间、路由设备与路由设备之间的信号连接，进行MESH层级划分，包括以下步骤：
根据所述集中器的安装位置，对规划区域三次划分，得到若干个划分单元三；
在所述划分单元三内，筛选所述集中器的信号到达的路由设备，设定集中器至信号到达的路由设备之间的MESH层级为层级一；
设定与层级一的路由设备相连的另一所述路由设备之间的MESH层级为层级二，并依次得出层级n。
5.根据权利要求1所述的一种主干网络规划方法，根据层级划分，调节路由设备的分布，包括以下步骤：
获取未划分层级的路由设备，在未划分层级的路由设备与最近的MESH层级上的路由设备之间设置中继器；
设定阈值D，并获取最后一个MESH层级的间距，若间距小于D，则拆除最后一个路由设备。
6.根据权利要求1所述的一种主干网络规划方法，所述MESH数据包括MESH层级、MESH信号强度和MESH距离。
7.根据权利要求2所述的一种主干网络规划方法，所述规划区域二次划分和所述对蜂窝单元内的终端设备进行划分的方法均为K-means聚类方法。
8.根据权利要求4所述的一种主干网络规划方法，所述规划区域三次划分的方法为Voronoi划分。
9.一种主干网络规划系统，其特征在于，所述系统采用权利要求1-8中任意一项所述的一种主干网络规划方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质保存并应用权利要求9所述的一种主干网络规划系统。
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| CN113645633B (zh) | 2023-10-31 |
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