專利名稱：用于多信道無線網絡的集中式鏈路調度方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信和信息傳播技術，尤其涉及一種用于多信道無線網絡的集中式鏈路調度方法。
背景技術：
無線網絡中存在的一個主要問題就是多個鏈路同時有數(shù)據(jù)傳輸時，彼此間的沖突帶來的容量降低的問題。針對該問題，采用集中控制的方法，安排網絡中不沖突的鏈路組同時進行傳輸，沖突的鏈路組分時傳輸，可以有效提高網絡的吞吐量。在多信道無線網絡中， 節(jié)點可以通過無線網絡接口卡工作在不同的信道上，使得不同信道上的鏈路可以同時進行數(shù)據(jù)包的傳輸。由于節(jié)點可用的無線網絡接口卡以及可分配的信道數(shù)目受限，因此存在如何將鏈路分組，如何控制這些分組接入信道的順序，以最大利用多信道資源，增加網絡容量的問題。目前節(jié)點將鏈路接入信道主要有以下幾種方法
1、節(jié)點采用專門的控制信道，通過控制信道協(xié)商各個鏈路傳輸數(shù)據(jù)包所采用的信道: 如DCA (Dynamic Channel Allocation)協(xié)議，該協(xié)議將信道分為控制信道和數(shù)據(jù)信道，節(jié)點配備多個無線網卡，一個網卡工作于控制信道用于交換控制信息協(xié)商信道，其余可以在多個數(shù)據(jù)信道間切換用于鏈路傳送數(shù)據(jù)包和應答包；
2、節(jié)點按一定的規(guī)律在不同的信道間切換CHMA(Channel Hopping Multiple Access)協(xié)議，每個節(jié)點可配備一個無線網卡，網絡工作時間按時隙劃分，并且所有節(jié)點采用相同的跳頻序列，因此在同一時隙，網絡中空閑節(jié)點處于同一信道。需要傳輸?shù)墓?jié)點停止跳頻，并且在完成傳輸后回到跳頻序列中；
3、節(jié)點同步地在一定時間內進行控制信息的交互，協(xié)商鏈路傳輸數(shù)據(jù)所用信道，然后在剩余時間在相應信道上完成數(shù)據(jù)傳輸，如MMAC (Multi-channel MAC):網絡工作時間按窗口劃分，一個窗口為若干個時隙，節(jié)點在窗口開始時跳轉到同一信道內協(xié)商數(shù)據(jù)傳輸所使用的信道，并在協(xié)商時間結束后跳轉到相應的信道上進行數(shù)據(jù)傳輸，直到下一個窗口開始的到來。

發(fā)明內容
技術問題為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種用于多信道無線網絡的集中式鏈路調度方法，根據(jù)最大獨立集的權重值，按照從大到小的順序，安排鏈路進行傳輸，最大限度的利用了空間分集，將同時傳輸?shù)逆溌窋?shù)最大化，解決了鏈路傳輸?shù)臎_突問題。技術方案為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種用于多信道無線網絡的集中式鏈路調度方法，該方法包括如下步驟
步驟1:對于一個由”年鏈路組成的無線網絡拓撲圖，對網絡拓撲圖中的鏈路編號，記為1，2 ，由網絡拓撲圖，得到對應的網絡沖突圖|J ；
步驟2:根據(jù)步驟1中得到的網絡沖突四得到網絡沖突圖的最大獨立集序列； 步驟3 根據(jù)步驟1中得到的網絡沖突圖σ，得到網絡沖突圖的極大團序列6% ,極大團序列內的元素個數(shù)記為ffl，序列內每個元素對應一個極大團，將其按ι到m進行編號，記為Cfi ，1 <i <m ；
步驟4 根據(jù)步驟3中得到的極大團序列，得到每個最大獨立集中鏈路的權重和，作為該最大獨立集的權重，根據(jù)最大獨立集的權重值，按照從大到小的順序，安排最大獨立集中的鏈路在不同的信道進行傳輸。優(yōu)選的，所述步驟2中網絡沖突圖的最大獨立集序列，按照如下方法得到 步驟2. 1 初始化，設沖突圖G為根據(jù)步驟1得出的網絡沖突圖，獨立集序列號J = O ,
最大獨立集Fmil = 0，最大獨立集序列二(明ι = 0其中^ J為自然數(shù)；
步驟2. 2 +1,選取沖突圖σ中度最大的節(jié)點K (如果有幾個節(jié)點度均為最大，則選取節(jié)點序號小的為度最大的節(jié)點，加入最小覆蓋集)，加入極小覆蓋集G ； 步驟2.3 將沖突圖σ中與&相連的邊刪除，得到新的網絡沖突圖σ ； 步驟2. 4 判斷沖突圖σ中是否還有剩余邊，如果判斷結果為是，則返回步驟2. 2 ； 步驟2. 5 如果步驟2. 4的判斷結果為否，得到最小覆蓋集G，K的補集‘即為網絡沖突圖σ的最大獨立集Ci3 ；
步驟2. 6 將最大獨立集J中所有節(jié)點從沖尖四U中刪除，得到新的沖突圖； 步驟2. 7 判斷沖突圖σ是否還有剩余節(jié)點，如果結果為是，則返回步驟2. 2 ； 步驟2.8 如果步驟2. 7的判斷結果為否，停止計算，得到最大獨立集序列
^se^ ~ {. ^ ms -Jj °所述步驟3中網絡沖突圖的極大團序列，按照如下方法得到
初始化，設等待輸出的極大團c為空集，設第一輪的總節(jié)點集為為網絡沖突圖σ 中所有節(jié)點，設為已經被過程EXPAND計算過的節(jié)點的集合，是SUBG的子集，設CAND 為每輪總節(jié)點集中除去已被計算過的節(jié)點集/ΥΛΤ后的剩余節(jié)點，即為候選節(jié)點的集
合，設；
迭代過程如下 EXPAND (.SUBG, CAND)
步驟3. 1 判斷是否為空，如果判斷結果為是，則Ci =β, = +1 ；
步驟3. 2 如果步驟3. 1中的判斷結果為否，則更新 為在中使得候選節(jié)點集合和與《相鄰的節(jié)點集合的交集最大的節(jié)點；
步驟3. 3 判斷候選節(jié)點集合以中去除與 相鄰的節(jié)點后是否為空集，如果判斷結果為是，則算法結束；
步驟3. 4 如果步驟3. 3中的判斷結果為否，則
更新q為候選節(jié)點集中去除與u相鄰的節(jié)點后的節(jié)點集；
Q = Q^)；
更新腳巧為集合和與相鄰的節(jié)點集合的交集； 更新CJM^為候選節(jié)點中與q相鄰的節(jié)點的集合； 步驟3. 5 再次調用過程過程EXPAND (SUBOq，CANDq ). 步驟 3.6: CAVZ) = CJATO-⑷. 步驟 3.7 β= β —切}。循環(huán)迭代，最終得到網絡沖突圖的極大團序列C^。所述步驟4中每個最大獨立集的權重，按照如下方法得到
步驟4. 1 將一個極大團作為一個資源分配單元，設定每個極大團內所包含鏈路的權重和上限為1 ；
步驟4. 2 設Ii為待分配權重的鏈路集合，初始化4為所有鏈路，4 ={12,-, }；用 s運表示極大團 的已分配權重，Jsi的初始值為ο ；用 表示極大團 內未分配權重的鏈路數(shù)， 的初始值為極大團G內頂點的個數(shù)；
步驟4. 3:對于個極大團，設,為極大團”內未分配鏈路的權重，按公式』=^1
mJiη
更新的值；^表示極大團q的已分配權重； 表示極大團內未分配權重的鏈路數(shù)；
步驟4. 4 找出』,1<!<M中的最小值，記這個最小值為/mil , J-即為各個極大團未
分配鏈路的權重中的最小值，從該最小值Λ 所對應的極大團中，選出未分配鏈路中編號
最小的鏈路，記為鏈路/,給鏈路/分配權重值；如果幾個團的、同時為最小，則選擇編號較小的團；
步驟4. 5 更新待分配權重的鏈路集合為4 4"(0，從每個包含鏈路/的極大團Ci 中刪除鏈路/,對刪除鏈路/的各個極大團Ci，更新其未分配權重的鏈路數(shù) 和已分配權重
I 值， = -1，/德=Jsi +/mM ；
步驟4. 6 判斷乓是否為空集，如果U非空，則返回步驟4. 3 ； 步驟4. 7 如果步驟4. 6的判斷結果為空集，結束，得到所有鏈路權重；步驟4. 8 根據(jù)步驟2得到的最大獨立集序列、和步驟4. 7得到的每條鏈路的權重，
計算每個最大獨立集中鏈路的權重和，作為該最大獨立集的權重。有益效果本發(fā)明提供的用于多信道無線網絡的集中式鏈路調度方法，提出了一種由極大團分配鏈路權重，從而得到每個最大獨立集的權重，安排鏈路在不同的信道進行傳輸?shù)逆溌氛{度方法。只要網絡拓撲結構不發(fā)生改變，網絡在工作過程中就不需要節(jié)點進行協(xié)商，由中心節(jié)點統(tǒng)一調度，減少了網絡協(xié)商信道所帶來的負荷以及延遲。最大限度的利用了空間分集，將同時傳輸?shù)逆溌窋?shù)最大化，有效提高了網絡容量，是一種無沖突的鏈路調度方法。


圖1為本發(fā)明的工作流程圖2為本發(fā)明中得到每條鏈路權重的工作流程圖； 圖3為本發(fā)明實施例中的多信道無線網絡拓撲圖； 圖4為本發(fā)明實施例中的網絡沖突圖5為本發(fā)明實施例中網絡拓撲圖中首先安排傳輸?shù)母麈溌芳八幮诺溃?圖6為本發(fā)明實施例中網絡拓撲圖中其次安排傳輸?shù)母麈溌芳八幮诺馈?br> 具體實施例方式下面將參照附圖對本發(fā)明進行說明。本發(fā)明提供的用于多信道無線網絡的集中式鏈路調度方法，是一種由最大最小公平性算法分配鏈路權重，根據(jù)最大獨立集的權重值，按照從大到小的順序，安排最大獨立集中的鏈路在不同的信道進行傳輸?shù)逆溌氛{度方法，最大限度的利用了空間分集，將同時傳輸?shù)逆溌窋?shù)最大化，提高了網絡容量，是一種無沖突的鏈路調度方法。本發(fā)明提供的用于多信道無線網絡的集中式鏈路調度方法，該方法包括如下步驟
步驟1 對于一個由《條鏈路組成的無線網絡拓撲圖，對網絡拓撲圖中的鏈路編號，記為U，…3，由網絡拓撲圖，得到對應的網絡沖突圖G ；
步驟2:根據(jù)步驟1中得到的網絡沖突圖σ,得到網絡沖突圖的最大獨立集序列； 步驟3 根據(jù)步驟1中得到的網絡沖突圖G,得到網絡沖突圖的極大團序列cM，極大團序列內的元素個數(shù)記為《，序列內每個元素對應一個極大團，將其按1到《進行編
號，記為q ，1 <i <m ；
步驟4 根據(jù)步驟3中得到的極大團序列，得到每個最大獨立集中鏈路的權重和，作為該最大獨立集的權重，根據(jù)最大獨立集的權重值，按照從大到小的順序，安排最大獨立集中的鏈路在不同的信道進行傳輸。所述步驟4中每個最大獨立集的權重，按照如下方法得到
步驟2. 1 將一個極大團作為一個資源分配單元，設定每個極大團內所包含鏈路的權重和上限為1 ；步驟2. 2 設Zv為待分配權重的鏈路集合，初始化為所有鏈路，4 =^2,…；用 -4表示極大團Ci的已分配權重，Zfli的初始值為ο ；用 表示極大團 內未分配權重的鏈路數(shù)，^的初始值為極大團q內頂點的個數(shù)；
步驟2. 3 對于個極大團，設f為極大團內未分配鏈路的權重，按公式乂 =^sl mJiη
更新名的值；^表示極大團Ci的已分配權重； 表示極大團q內未分配權重的鏈路數(shù)；
步驟2. 4 找出』，中的最小值，記這個最小值為即為各個極大團未
分配鏈路的權重中的最小值，從該最小值所對應的極大團中，選出未分配鏈路中編號
最小的鏈路，記為鏈路給鏈路/分配權重值；如果幾個團的同時為最小，則選擇編號較小的團；
步驟2. 5 更新待分配權重的鏈路集合為4 = 4-W，從每個包含鏈路/的極大團Ci 中刪除鏈路/,對刪除鏈路/的各個極大團Ci，更新其未分配權重的鏈路數(shù) 和已分配權重
fai 值，~ , _ 1，·/運=Jm + Jam ；
步驟2. 6 判斷4是否為空集，如果4非空，則返回步驟2. 3 ； 步驟2. 7 如果步驟2. 6的判斷結果為空集，結束，得到所有鏈路權重； 步驟2. 8 根據(jù)步驟2得到的最大獨立集序列hm和步驟2. 7得到的每條鏈路的權重， 計算每個最大獨立集中鏈路的權重和，作為該最大獨立集的權重。 如圖1所示為一種用于多信道無線網絡的鏈路調度方法的流程圖，包括如下步驟
(1)對于一個由《條鏈路組成的無線網絡拓撲圖，對網絡拓撲圖中的鏈路編號，記為 U,…^，由網絡拓撲圖，得到對應的網絡沖突圖σ ；
(2)根據(jù)步驟(ι)中得到的網絡沖突圖σ,得到網絡沖突圖的最大獨立集序列；
(3)根據(jù)步驟(1)中得到的網絡沖突圖G,得到網絡沖突圖的極大團序列C竭，極大團序列內的元素個數(shù)記為m ,序列內每個元素對應一個極大團，將其按進行編號， 記為 Q <m)；
(4)根據(jù)步驟(3)中得到的極大團序列，得到每個最大獨立集中鏈路的權重和，作為該獨立集的權重，根據(jù)最大獨立集的權重值，按照從大到小的順序，安排最大獨立集中的鏈路在不同的信道進行傳輸
所述步驟(4)的計算流程如圖2所示，具體包括如下步驟
(4. 1)將一個極大團作為一個資源分配單元，設定每個極大團內所包含鏈路的權重和上限為1。
8
(4. 2)設&為待分配權重的鏈路集合，初始化4為所有鏈路，4 …，；用 -4表示極大團q的已分配權重，Zfli的初始值為ο ；用 表示極大團 內未分配權重的鏈路數(shù)，^的初始值為極大團q內頂點的個數(shù)；
(4.3)對于個極大團，設力極大團內未分配鏈路的權重，按公式乂更新
/i的值；
(4. 4)找出幻< )的最小值，記為, /mfa即為各個極大團未分配鏈路的權重中的最小值，從該最小值丄:h所對應的極大團中，選出未分配鏈路中編號最小的鏈路，記為鏈路《給鏈路/分配權重值/Ilil ；如果幾個團的/i同時為最小，則選擇編號較小的團；
(4.5)更新待分配權重的鏈路集合為4 4-W，從每個包含鏈路/的極大團中刪除鏈路/,對刪除鏈路/的各個極大團 ，更新其未分配權重的鏈路數(shù) 和已分配權重ι
it, = -1-/^ = /d +Jmil ；
(4. 6)判斷4是否為空集，如果4非空，則返回步驟(4. 3)；
(4. 7)如果步驟(4. 6)的判斷結果為空集，算法結束，得到所有鏈路權重；
(4. 8)根據(jù)步驟(2)得到的最大獨立集序列和步驟(4. 7)得到的每條鏈路的權重，
計算每個最大獨立集中鏈路的權重和，作為該獨立集的權重，根據(jù)最大獨立集的權重值，按照從大到小的順序，安排最大獨立集中的鏈路在不同的信道進行傳輸。以一個包含5個節(jié)點的多信道無線網絡為例，具體說明本發(fā)明的具體實施。如圖3所示為該多信道無線網絡拓撲圖，包含A、B、C、D、E五個節(jié)點，以及8條
鏈路，設該網絡存在三個互不干擾的正交信道C1, C2,Ci3可供節(jié)點選擇，則鏈路調度過程如下
(1)根據(jù)如圖3所示無線網絡拓撲圖，得到如圖4所示的網絡沖突圖 ;圖4中的頂點與圖3中編號相同的鏈路一一對應；在圖4中，將單信道下有沖突關系的頂點用邊相連， 如
鏈路1與鏈路2，鏈路3，鏈路4，鏈路5，鏈路6，鏈路8相沖突； 鏈路2與鏈路1，鏈路3，鏈路4，鏈路5，鏈路6，鏈路7相沖突； 鏈路3與鏈路1，鏈路2，鏈路4，鏈路5，鏈路6，鏈路7相沖突； 鏈路4與鏈路1，鏈路2，鏈路3，鏈路5，鏈路6，鏈路8相沖突； 鏈路5與鏈路1，鏈路2，鏈路3，鏈路4，鏈路6，鏈路7，鏈路8相沖突； 鏈路6與鏈路1，鏈路2，鏈路3，鏈路4，鏈路5，鏈路7，鏈路8相沖突； 鏈路7與鏈路2，鏈路3，鏈路5，鏈路6，鏈路8相沖突； 鏈路8與鏈路1，鏈路4，鏈路5，鏈路6，鏈路7相沖突；
(2)根據(jù)如圖4所示網絡沖突圖，其中存在最大獨立集序列
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權利要求
1.一種用于多信道無線網絡的集中式鏈路調度方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟1 對于一個由*條鏈路組成的無線網絡拓撲圖，對網絡拓撲圖中的鏈路編號，記為^.…，《，由網絡拓撲圖，得到對應的網絡沖突圖 ；步驟2:根據(jù)步驟1中得到的網絡沖突圖σ,得到網絡沖突圖的最大獨立集序列； 步驟3 根據(jù)步驟ι中得到的網絡沖突圖σ,得到網絡沖突圖的極大團序列<^ ，極大團序列內的元素個數(shù)記為序列內每個元素對應一個極大團，將其按ι到《進行編號，記為1 <i <m ；步驟4 根據(jù)步驟3中得到的極大團序列，得到每個最大獨立集中鏈路的權重和，作為該最大獨立集的權重，根據(jù)最大獨立集的權重值，按照從大到小的順序，安排最大獨立集中的鏈路在不同的信道進行傳輸。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于多信道無線網絡的集中式鏈路調度方法，其特征在于 所述步驟4中每個最大獨立集的權重，按照如下方法得到步驟2. 1 將一個極大團作為一個資源分配單元，設定每個極大團內所包含鏈路的權重和上限為1 ；步驟2. 2 設Ie為待分配權重的鏈路集合，初始化Zsr為所有鏈路，4 ={12,-% }；用 Xi表示極大團Ci的已分配權重，Jsi的初始值為0 ；用 表示極大團Ci內未分配權重的鏈路數(shù)， 的初始值為極大團G內頂點的個數(shù)；步驟2. 3:對于個極大團，設f為極大團“內未分配鏈路的權重，按公式乂 =^l mJi。i^m更新Z的值；表示極大團Ci的已分配權重表示極大團Cfi內未分配權重的鏈路數(shù)；步驟2. 4 找出, IAgw中的最小值，記這個最小值為,J^il即為各個極大團未分配鏈路的權重中的最小值，從該最小值Jkh所對應的極大團中，選出未分配鏈路中編號最小的鏈路，記為鏈路給鏈路分配權重值；如果幾個團的Ji同時為最小，則選擇編號較小的團；步驟2. 5:更新待分配權重的鏈路集合為厶=矣-{/}，從每個包含鏈路的極大團Ci 中刪除鏈路i，對刪除鏈路I的各個極大團C，更新其未分配權重的鏈路數(shù) 和已分配權革:J si 'f^，^m ~ 托這i 1 ，J"m — S德 + iXa.it \步驟2. 6 判斷矣是否為空集，如果4非空，則返回步驟2. 3 ；步驟2. 7 如果步驟2. 6的判斷結果為空集，結束，得到所有鏈路權重；步驟2. 8 根據(jù)步驟2得到的最大獨立集序列Im和步驟2. 7得到的每條鏈路的權重，計算每個最大獨立集中鏈路的權重和，作為該最大獨立集的權重。
全文摘要
用于多信道無線網絡的集中式鏈路調度方法包括如下步驟步驟1對于一個由條鏈路組成的無線網絡拓撲圖，對網絡拓撲圖中的鏈路編號，記為，由網絡拓撲圖，得到對應的網絡沖突圖；步驟2根據(jù)步驟1中得到的網絡沖突圖，得到網絡沖突圖的最大獨立集序列；步驟3根據(jù)步驟1中得到的網絡沖突圖，得到網絡沖突圖的極大團序列，極大團序列內的元素個數(shù)記為，序列內每個元素對應一個極大團，將其按到進行編號，記為。本發(fā)明最大限度的利用了空間分集，將同時傳輸?shù)逆溌窋?shù)最大化，提高了網絡容量，是一種無沖突的鏈路調度方法。
文檔編號H04W28/16GK102427592SQ201110406930
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權日2011年12月9日
發(fā)明者余旭濤, 張在琛, 徐進, 施小翔, 楊洋 申請人:東南大學