智能家居网络建模与路由算法仿真研究.pdf

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1、智能家居网络建模与路由算法仿真研究杨伟钧倡智能家居网络建模与路由算法仿真研究１，２杨伟钧（１．广东工业大学自动化学院广州，５１０００６）（２．广州城市职业学院机电工程系广州，５１０４０５）摘要：以智能家居系统中通信节点的组网为研究对象，分析了其通信节点组网的特点，通过建立相应的模型，提出一种近似最优化的路由算法，离线计算节点间数据传输的路径，以提高网络的服务质量。论文设计的模型与路由算法方法在ＭＡＴＬＡＢ上进行仿真，并在静态网络ＣＥＲＮＥＴＲ上针对不同参数进行测试验证。仿真结果显示，该算法可以在２ｍｓ内找到近似最优路径，适合智能家居系统的应用。关键词：智能家居

2、；网络建模；最优化；近似算法中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：ＡＤＯＩ编码：１０．１４０１６／ｊ．ｃｎｋｉ．１００１－９２２７．２０１６．０３．２３０Abstract：Ｎｅｔｗｏｒｋｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｏｄｅｓｆｏｒｓｍａｒｔｈｏｍｅｓｙｓｔｅｍｉｓｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｉｔａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｓｔｒｕｃｔａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｎａｎａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎｏｐｔｉｍａｌｒｏｕｔｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｉ

3、ｎｗｈｉｃｈｔｈｅｐａｔｈｏｆｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｗａｓｏｆｆ－ｌｉｎｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙ－ｏｆ－ｓｅｒｖｉｃｅ．ＴｈｅｍｏｄｅｌａｎｄｒｏｕｔｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｏｎｔｈｅＭＡＴＬＡＢ，ａｎｄｔｅｓｔｅｄｏｎｔｈｅｓｔａｔｉｃｎｅｔｗｏｒｋｃａｌｌｅｄＣＥＲＮＥＴＲａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｔｃｏｕｌｄｆｉｎｄｔｈｅａｐｐｒｏ

4、ｘｉｍａｔｉｏｎｏｐｔｉｍａｌｐａｔｈｉｎ２ｍｓａｎｄｂｅｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｍａｒｔｈｏｍｅｓｙｓｔｅｍ．Keywords：Ｓｍａｒｔｈｏｍｅ；Ｎｅｔｗｏｒｋｍｏｄｅｌｉｎｇ；Ｏｐｔｉｍａｌ；Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ：０引言１智能家居的网络建模过去的十几年来，随着人们生活水平的提高，智能家居得定义１：智能家居中的每个通信设备为网络中的一个节［１］到了快速的发展，涌现出一批如华为、小米、海尔等优秀的点，相邻节点之间的通信方式是有线或无线的、无向的。给定智能家居研发企业，而传统的家电制造企业包括美的、格力等

5、一个无向网络图Ｇ（Ｖ，Ｅ），Ｖ是图Ｇ的节点集合，｜Ｖ｜＝ｎ是节厂商也纷纷在转型升级背景下率先向智能家居的研发与制造点数目，Ｅ是图Ｇ的边集合，｜Ｅ｜是边的数目或者链路数；边转型。智能家居中存在有线无线等多种复杂的通信方式，其的代价（费用）为c（ej），单播的源和目的节点分别是ｓ和ｔ，多网络建模、节点间通信与服务质量的保证，正引起广大学者的播目的节点dj的集合D＝｛di｝，D＝q。［２－３］广泛关注与研究。高效的点对点通信保证（例如传感器１畅１单播路由算法节点信息收发等），有效的点对多点通信应用（例如网页广定义２：单播路径最优算法为：在图Ｇ中寻找从源节点ｓ播，视频

6、点播，视频会议，ＶＯＩＰ等），已经在互联网上得到极速到目的节点ｔ的一条可行路径，记为P（VP，EP），其中s，t∈VP，［４］的发展。VP彻V，EP彻E，并使得路径Ｐ的代价（费用）C（P）最小，即为：与传统的计算机网络建模与路由算法不同，智能家居中C（P）＝ｍｉｎ∑c（ej）（１）ej∈EP节点之间既有有高速传输的有线通信又有方便布局的无线通如果网络中每条边只有一个参数（如延时、带宽、丢包率信，既有点对点的单播传输也有点对多点的多播传输。对其等其中一个），则已有的Ｄｉｊｋｓｔｒａ算法能在最短的时间内找到网络模型研究，并针对不同业务提出高效的路由算法具有重最优路

7、径。如每条边的参数大于或等于２时，这一问题已被要的现实意义。其中一种有效的解决方案是：在满足不同服证明是ＮＰ完全问题。务质量（ＱｏＳ）的要求下（如时延、代价、带宽、丢包率等），寻找１畅２多播（Ｓｔｅｉｎｅｒ树）路由算法最小代价的最优路径或最优多播路由树。在多种ＱｏＳ约束条定义３：多播Ｓｔｅｉｎｅｒ生成树算法为：在图Ｇ中寻找覆盖Ｄ件下，寻找最优路径问题被称为ＭＣＰ问题；在多ＱｏＳ约束条中所有节点的生成树，记为T（VT，ET），其中D彻VT彻V，ET彻件下寻找最优多播树，通常称为Ｓｔｅｉｎｅｒ树问题，这两者都已E，并使得整棵树Ｔ的代价（费用）C（T）最小，即被证明

8、是一ＮＰ完全问题。最近有很多学者在研究