一種適用于多跳無線mesh網(wǎng)絡(luò)的資源分配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于多跳無線mesh網(wǎng)絡(luò)的資源分配方法，包括：獲取多跳路徑上每個節(jié)點的參數(shù)，計算多跳路徑中的每一跳鏈路針對不同速率和不同幀長的特征參數(shù)，包括媒體接入時隙數(shù)和包錯誤率；以時隙占用最小為最優(yōu)化目標(biāo)，端到端PER為約束條件建立多選擇背包問題的數(shù)學(xué)模型；根據(jù)動態(tài)規(guī)劃方法將求解多選擇背包問題轉(zhuǎn)化成求解多階段決策圖；根據(jù)Dijkstra算法求解多階段決策圖獲得最佳資源分配結(jié)果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明適用于多跳WMN網(wǎng)絡(luò)的資源分配，由源節(jié)點進(jìn)行資源分配，使用圖論簡化算法，減少資源分配的復(fù)雜度，得到可行的最優(yōu)分配結(jié)果。
【專利說明】-種適用于多跳無線mesh網(wǎng)絡(luò)的資源分配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于WMN網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到一種適用于多跳無線mesh網(wǎng)絡(luò)的資源 分配方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們對網(wǎng)絡(luò)通信需求的不斷提高，人們希望不論何時、何地、與何人都能夠進(jìn) 行快速、準(zhǔn)確的通信，為了提高工作效率，并且克服現(xiàn)有通信系統(tǒng)的缺點，達(dá)到通信的"無所 不在"，人們?yōu)榇颂岢隽艘环N新型的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無線網(wǎng)格網(wǎng)（WMN)。這是一種高容量 高速率的分布式網(wǎng)絡(luò)，兼?zhèn)淞?AdHoc和WLAN的一些優(yōu)點。
[0003] WMN與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)相比有許多優(yōu)勢。WMN采用的網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)避免了點對多點 星型結(jié)構(gòu)，如802. 11WLAN和蜂窩網(wǎng)等由于集中控制方式而出現(xiàn)的業(yè)務(wù)匯聚、中心網(wǎng)絡(luò)擁塞 以及干擾和單點故障。WMN終端用戶可以在任何地點接入網(wǎng)絡(luò)或與其他的節(jié)點聯(lián)系，與傳統(tǒng) 的網(wǎng)絡(luò)相比接入點的范圍大大的增強(qiáng)，而且頻譜的利用率提高，系統(tǒng)的容量增大。近10年 來，包括移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和WMN在內(nèi)的許多研究，已經(jīng)取得了眾多成果，主要有以下方面： (1)路由協(xié)議的研究。協(xié)議的核心是適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)無中心控制和網(wǎng)絡(luò)時變的特征；(2)媒體接入 控制（MAC)協(xié)議的研究。主要是解決隱藏終端和提高接入能力等問題，如MACA協(xié)議、控制 信道和數(shù)據(jù)信道分裂的雙信道方案和基于定向天線的MAC協(xié)議等；（3)在網(wǎng)絡(luò)連接性方面， 主要的背景是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，探討問題的核心是節(jié)點密度與分布問題；(4)在多播/組播 協(xié)議、TCP協(xié)議、地址和帶寬等網(wǎng)絡(luò)資源分配、功率（節(jié)能）控制、安全性問題、分布式算法、 QoS等方面有一些研究成果，但各部分的數(shù)量相對較少。
[0004] 而針對多跳WMN網(wǎng)絡(luò)的資源分配算法的研究很少，現(xiàn)有研究大多采用基于競爭的 接入方式。因此需要一種基于源預(yù)約的多跳資源分配算法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于多跳無線 mesh網(wǎng)絡(luò)的資源分配方法，以減少資源分配的復(fù)雜度，得到可行的最優(yōu)分配結(jié)果。
[0006] 技術(shù)方案：一種適用于多跳無線mesh網(wǎng)絡(luò)的資源分配方法，包括如下步驟：
[0007] (1)獲取多跳路徑上每個節(jié)點的參數(shù)，計算多跳路徑中的每一跳鏈路針對不同速 率和不同幀長的特征參數(shù)，所述特征參數(shù)包括媒體接入時隙（MAS)數(shù)和包錯誤率（PER);
[0008] (2)以時隙占用最小為最優(yōu)化目標(biāo)，端到端PER為約束條件建立多選擇背包問題 的數(shù)學(xué)模型；
[0009] (3)根據(jù)動態(tài)規(guī)劃方法將求解多選擇背包問題轉(zhuǎn)化成求解多階段決策圖；
[0010] (4)根據(jù)Dijkstra算法求解多階段決策圖獲得最佳資源分配結(jié)果。
[0011] 有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明適用于多跳WMN網(wǎng)絡(luò)的資源分配，由源節(jié)點進(jìn) 行資源分配，使用圖論簡化算法，減少資源分配的復(fù)雜度，得到可行的最優(yōu)分配結(jié)果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明實施例中示例的第一跳決策圖；
[0013] 圖2為本發(fā)明實施例中示例的第二跳決策圖。

【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價 形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0015] 實施例：一種適用于多跳無線mesh網(wǎng)絡(luò)的資源分配方法，包括如下步驟：
[0016] (1)獲取多跳路徑上每個節(jié)點的參數(shù)，計算多跳路徑中的每一跳鏈路針對不同速 率和不同幀長的特征參數(shù)。
[0017] 對于無線mesh網(wǎng)絡(luò)的物理層，每一個連接L即對應(yīng)一跳，針對特定的網(wǎng)絡(luò)，設(shè)定 了四種業(yè)務(wù)速率等級（1，2, 3, 4)，為了使性能最佳化，幀長也分化為四種：128, 256, 512， 1024byte (MAC層需要針對實際的包長進(jìn)行組合和拆分）。在此特殊的物理層下，特征參數(shù) 有兩種：
[0018] 參數(shù)1為ni(〈r>，<s>) :r為四種速率中的一種，s為幀長。此參數(shù)表示此速率和 幀長下這一跳上（即L)需要分配的MAS數(shù)。
[0019] 參數(shù)2為ei (〈r>，<s>):同上，表示此速率和幀長上這一跳（L)的包錯誤率。
[0020] 為了得到參數(shù)1，首先對應(yīng)幀所需發(fā)送時間、綜合幀間隔（ISIF)、信標(biāo)段（BP)長 度、超幀長度等計算出不同情況下的可傳輸?shù)膸瑪?shù)η :
[0021]

【權(quán)利要求】
1. 一種適用于多跳無線mesh網(wǎng)絡(luò)的資源分配方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 獲取多跳路徑上每個節(jié)點的參數(shù)，計算多跳路徑中的每一跳鏈路針對不同速率和 不同巾貞長的特征參數(shù)，所述特征參數(shù)包括媒體接入時隙MAS數(shù)和包錯誤率PER ; (2) 以時隙占用最小為最優(yōu)化目標(biāo)，端到端PER為約束條件建立多選擇背包問題的數(shù) 學(xué)模型； (3) 根據(jù)動態(tài)規(guī)劃方法將求解多選擇背包問題轉(zhuǎn)化成求解多階段決策圖； (4) 根據(jù)Dijkstra算法求解多階段決策圖獲得最佳資源分配結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于多跳無線mesh網(wǎng)絡(luò)的資源分配方法，其特征在于，所 步驟（2)中的數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化目標(biāo)為： 總時隙占用數(shù)最少：min f (χ)=
η!?Γ>, <s>)； 約束條件包括： 對于路徑P*，端到端的業(yè)務(wù)包錯誤率不超過ε :
對于路徑中的每個節(jié)點，最終分配結(jié)果小于等于節(jié)點可用時隙數(shù)： ri! (<r>, <s>) ^ mas (1), 1 ^ 1 ^ m ； 其中，ni (<r>，<s>)表示鏈路1上速率為r和幀長為s時對應(yīng)的需分配的MAS數(shù)，ei (<r>， <s>)表示鏈路1上速率為r和幀長為s時對應(yīng)的包錯誤率，mas (1)表示鏈路1上可用時隙 數(shù)，m為路徑p*的總跳數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于多跳無線mesh網(wǎng)絡(luò)的資源分配方法，其特征在于，根 據(jù)動態(tài)規(guī)劃的方法，將所述多選擇背包問題分為m個決策階段分別進(jìn)行決策，以PER和MAS 為決策變量，以當(dāng)前跳數(shù)、選擇的速率和幀長為狀態(tài)變量，從階段a進(jìn)入階段a+1時，最優(yōu)函 數(shù)定義為：
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于多跳無線mesh網(wǎng)絡(luò)的資源分配方法，其特征在于，在 每一跳決策圖建立時根據(jù)如下規(guī)則刪除次優(yōu)決策：對于當(dāng)前決策A :xa(ya)，若存在相同的 轉(zhuǎn)移狀態(tài)下的決策B :xb (yb)，同時滿足：剩余重量多于A，即xb > xa ;以及最優(yōu)化目標(biāo)優(yōu)于 A，即yb < ya;則決策A為非最優(yōu)解，將其刪除。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于多跳無線mesh網(wǎng)絡(luò)的資源分配方法，其特征在于，所 述步驟（4)中根據(jù)Dijkstra算法求解多階段決策圖獲得最佳資源分配結(jié)果的具體方法為： 將多階段決策圖中頂點集合N分成兩組：第一組為已求出最短路徑的頂點集合，用S表示， 初始時S中只有一個源點，每求得一條最短路徑，就將對應(yīng)頂點加入到集合S中，直至全部 頂點都加入到S中；第二組為其余未確定最優(yōu)化狀態(tài)轉(zhuǎn)移參數(shù)的頂點集合，用U表示，按最 優(yōu)化狀態(tài)轉(zhuǎn)移參數(shù)的遞增次序依次把第二組的頂點加入S中，在加入的過程中，保持從源 點到S中各頂點的最優(yōu)化狀態(tài)轉(zhuǎn)移參數(shù)不大于從源點到U中任何頂點的最優(yōu)化狀態(tài)轉(zhuǎn)移參 數(shù)。
【文檔編號】H04L12/919GK104301259SQ201410539932
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】王捷, 唐瑞欣, 陳俊 申請人:東南大學(xué)