專利名稱：一種多信道多射頻無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中分布式信道分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種多信道多射頻無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)中分布式信道分配方法。利用最小傳輸時(shí)間選擇信道，并通過(guò)信道分配與路由選擇判據(jù)選取最優(yōu)路由的方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)(Wireless Mesh Network, WMN)是一種可以用來(lái)接入互聯(lián)網(wǎng)的寬帶網(wǎng)絡(luò)，它具有高容量和高速率等特點(diǎn)。它由網(wǎng)狀分布的無(wú)線節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，通過(guò)自適應(yīng)的節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)維護(hù)和多跳轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間互聯(lián)互通。無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)屬于ー種特殊的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)，它繼承了部分無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)，相當(dāng)于把WLAN和Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合在一起，且具備這兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)用途是讓網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都能收發(fā)數(shù)據(jù)，從而提高網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性和健壯性，改進(jìn)傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)存在的弊端。無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)可以打破Ad Hoc網(wǎng)、無(wú)線城域網(wǎng)(WMAN)等網(wǎng)絡(luò)中的ー些限制，使網(wǎng)絡(luò)的性能大幅提聞。傳統(tǒng)的単射頻無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)只使用ー個(gè)信道。由于無(wú)線信道是共享信道，競(jìng)爭(zhēng)和干擾會(huì)發(fā)生在鄰近節(jié)點(diǎn)的通信過(guò)程中，因此，嚴(yán)格意義上講在一個(gè)干擾域內(nèi)只能存在一條傳輸數(shù)據(jù)的鏈路。盡管應(yīng)用很廣泛的IEEE802. Ila協(xié)議中理論上具有54 Mb/s的峰值速率，但實(shí)際上，由于各種因素例如丟包、多個(gè)用戶接入時(shí)發(fā)生沖突等影響，實(shí)際可以利用的速率大約只有峰值的二分之一，使網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的速率和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的總?cè)萘渴艿搅藰O大的限制，導(dǎo)致ー些帶寬要求比較高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中不能傳輸。此外，IEEE802.il協(xié)議族提供了多個(gè)正交信道，數(shù)據(jù)在這些正交信道同時(shí)傳輸時(shí)產(chǎn)生的干擾會(huì)很小，因此，如果我們給網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)配置多個(gè)無(wú)線網(wǎng)卡(射頻)，這些射頻利用正交的信道工作，就會(huì)使節(jié)點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)的同時(shí)又能發(fā)送數(shù)據(jù)，而造成的干擾很小，就可以使無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的容量大幅度地提高，這就是所謂的多射頻多信道無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)(Multi-Radio Multi-Channel,MR-MC)。多射頻多信道無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)在未來(lái)有無(wú)比光明的發(fā)展前景，研究它很有意義，而多射頻多信道技術(shù)中的ー個(gè)重要問(wèn)題就是信道分配問(wèn)題。在多射頻多信道無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，信道分配就是為節(jié)點(diǎn)的每ー個(gè)射頻和網(wǎng)絡(luò)中的每一條鏈路分配相應(yīng)的無(wú)線信道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的Mesh路由節(jié)點(diǎn)收集其周圍局部區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和周圍的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量的大小信息，根據(jù)這些信息來(lái)為鏈路分配合適的信道，以達(dá)到減小干擾和提高網(wǎng)絡(luò)總?cè)萘康哪康?。為?shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分配矢量估計(jì)網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬，引入加權(quán)平均期望傳輸時(shí)間(WA_ETT)對(duì)信道進(jìn)行選擇，綜合考慮了全局資源的消耗程度，節(jié)點(diǎn)集和鏈路中節(jié)點(diǎn)負(fù)載程度等多方面因素，討論了一種可行的路徑質(zhì)量狀態(tài)模型，即基于信道分配的路由選擇判據(jù)，提出了一種多信道多射頻無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中分布式信道分配方法。本發(fā)明的步驟是
第一步驟利用WA_ETT作為每ー跳鏈路信道分配的Metric (即判據(jù))，當(dāng)為路徑中的每ー跳鏈路分配信道吋，分別計(jì)算該跳鏈路在每個(gè)信道上的WA_ETT，然后選擇WA_ETT最小的信道作為給該鏈路分配的信道。采用加權(quán)移動(dòng)平均方法測(cè)算出網(wǎng)絡(luò)中WA_ETT的值，即
權(quán)利要求
1.一種多信道多射頻無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中分布式信道分配方法，其步驟如下 A)首先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分配矢量測(cè)試網(wǎng)絡(luò)有效帶寬大小的方法(簡(jiǎn)稱為NAV)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的空閑度，并計(jì)算節(jié)點(diǎn)的剰余可用帶寬，求出加權(quán)平均期望傳輸時(shí)間(即WAETT)； B)在路由建立過(guò)程中，分別計(jì)算鏈路在各個(gè)信道上的WAETT，選擇WA ETT最小的信道作為給該鏈路分配的信道； C)為每條路徑中的各跳分配好信道后，分別計(jì)算出各條路徑的路由判據(jù)EWCETT(即改進(jìn)加權(quán)累計(jì)期望傳輸時(shí)間)的值，選擇EWCETT值最小的路徑作為多信道多射頻無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的路由； D)由所選信道所在鏈路的兩個(gè)端點(diǎn)廣播CHANGE數(shù)據(jù)包至網(wǎng)絡(luò)的其他節(jié)點(diǎn)； E)業(yè)務(wù)傳輸過(guò)程中信道出現(xiàn)擁塞，動(dòng)態(tài)地調(diào)整信道，以保證數(shù)據(jù)順利傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種多信道多射頻無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中分布式信道分配方法，其特征在干，步驟A進(jìn)ー步包括采用加權(quán)滑動(dòng)平均方法記算出網(wǎng)絡(luò)中WA ETT的值，即
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的ー種多信道多射頻無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中分布式信道分配方法，其特征在于，步驟A進(jìn)ー步包括節(jié)點(diǎn)i的剩余可用帶寬ABwi由節(jié)點(diǎn)i的空閑度決定，即按照下面式子求得
4.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的ー種多信道多射頻無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中分布式信道分配方法，其特征在于，步驟A進(jìn)ー步包括節(jié)點(diǎn)i的空閑度按照下面式子求得
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種多信道多射頻無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中分布式信道分配方法，其特征在于，步驟A進(jìn)ー步包括在測(cè)量時(shí)間內(nèi)，節(jié)點(diǎn)發(fā)生多次退避，等于該節(jié)點(diǎn)的姆個(gè)退避花費(fèi)的時(shí)間之和。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種多信道多射頻無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中分布式信道分配方法，其特征在于，步驟C進(jìn)ー步包括在選擇路由時(shí)，引入反映負(fù)載均衡的射頻利用率，計(jì)算路由判據(jù)EWCETT，其表達(dá)式為
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種多信道多射頻無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中分布式信道分配方法，其特征在于，步驟D進(jìn)ー步包括路由建立后傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中，每隔固定時(shí)間(信道負(fù)載均衡周期)重新計(jì)算鏈路在每個(gè)信道上的WA ETT，以重新計(jì)算的WA ETT最小的信道作為分配給該鏈路的信道，并廣播CHANGE數(shù)據(jù)包。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種多信道多射頻無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中分布式信道分配方法，其特征在干，步驟E進(jìn)ー步包括路徑出現(xiàn)斷路，先進(jìn)行局部恢復(fù)，即在斷路處，節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求包給鄰居節(jié)點(diǎn)，尋找可替換信道的鏈路，在局部恢復(fù)期T內(nèi)若能找到可以代替斷開鏈路的新鏈路，則數(shù)據(jù)從新鏈路開始傳輸，并且更新路徑，否則由源節(jié)點(diǎn)開始重新發(fā)起路由查找。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多信道多射頻無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中分布式信道分配方法。需要進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)發(fā)起路由請(qǐng)求，目的節(jié)點(diǎn)收到請(qǐng)求消息后，沿逆路徑回復(fù)的同時(shí)，首先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分配矢量(簡(jiǎn)稱為NAV)計(jì)算出信道的空閑度及剩余的可用帶寬，求出加權(quán)平均期望傳輸時(shí)間(即WA ETT)，選擇WA ETT最小的信道作為給該鏈路分配的信道，為每條路徑中的各跳分配好信道后，分別計(jì)算出各條路徑的路由判據(jù)EWCETT(即改進(jìn)加權(quán)累計(jì)期望傳輸時(shí)間)的值，選擇EWCETT值最小的路徑作為最佳的路由進(jìn)行傳輸并予以維護(hù)。本發(fā)明將信道分配和路由選擇融入在一起，有效地減少了信道分配和路由選擇的時(shí)間，能夠有效改善多信道多射頻無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量、端到端時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)開銷。
文檔編號(hào)H04W72/04GK102625362SQ20121012343
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者劉元安, 劉凱明, 劉芳, 寇科昊, 張洪光, 杜瀟, 袁飛飛, 謝剛, 陳星 , 高錦春 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)