專利名稱：無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，具體的講，涉及一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著無線網(wǎng)狀網(wǎng)的快速發(fā)展，尤其是基于802.11無線網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，在無線網(wǎng)狀網(wǎng)的回程網(wǎng)中使用了越來越多的無線網(wǎng)狀網(wǎng)路由器。在目前大多數(shù)的無線網(wǎng)狀網(wǎng)路由器中，必須手工配置所使用的信道。對于一個只有幾個路由器的小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，這是可行的。但是，無線網(wǎng)狀網(wǎng)必須是可擴(kuò)展的。隨著路由器數(shù)目的增加，則需要使用自動的信道分配工具。尤其是當(dāng)一個路由器上安裝了多根天線以及相應(yīng)的多個無線電收發(fā)裝置時，就更加需要自動配置信道的功能。
此外，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)干擾源時，無線鏈路會發(fā)生不可預(yù)計(jì)的頻繁變化，鏈路質(zhì)量很有可能變得很差，從而使得所在信道成為不可用的信道。因此，需要一種動態(tài)的信道分配方案，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況重新分配可用的信道。
在無線多跳網(wǎng)絡(luò)中，多信道分配算法可以分為兩類。在第一類中，每個無線路由器只有一個無線網(wǎng)絡(luò)接口(NIC)，算法基于每個分組包來選擇信道，部分的多信道媒質(zhì)接入控制(MAC，Medium Access Control)協(xié)議屬于這種類型[2]，[3]；在第二類中，每個無線路由器有多個無線網(wǎng)絡(luò)接口，給每個接口分配一個唯一的信道[1]，[4-8]。本發(fā)明主要關(guān)注的是第二類的信道分配算法。
文獻(xiàn)[1]和[5]提出了一種稱為Hyacinth的采用全向天線的多信道無線網(wǎng)狀網(wǎng)架構(gòu)。其中，把信道分配問題分成了兩個子問題第一個子問題被稱作“鄰居到接口’’綁定問題(neighbor-to-interface binding problem)，確定一個節(jié)點(diǎn)應(yīng)該使用哪個接口和它鄰居通信；第二個子問題被稱作“接口到信道”綁定問題(interface-to-channel binding problem)，確定一個接口應(yīng)該使用哪個無線信道。值得注意的是，Hyacinth的邏輯拓?fù)涫且环N樹狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)關(guān)是樹根。文獻(xiàn)[1]證明了所描述的信道分配問題是一個NP難的問題。
文獻(xiàn)[1]中作者給出了一種集中式的負(fù)載感知信道分配算法，根據(jù)最小的干擾度(degree of interference)來分配信道。這里的“干擾度”指的是在干擾域中被分配了相同無線信道的虛擬鏈路上預(yù)計(jì)負(fù)載的總和。文獻(xiàn)[5]中則提出了一套分布式的負(fù)載感知信道分配和路由算法。信道分配的第一步(即鄰居到接口綁定)，每個節(jié)點(diǎn)(無線網(wǎng)狀網(wǎng)路由器)使用上行NIC和它的父節(jié)點(diǎn)建立連接，使用幾個下行NICs和它的子節(jié)點(diǎn)建立連接。對于一個給定節(jié)點(diǎn)，由其父節(jié)點(diǎn)為它的上行NIC分配信道。這樣一來，每個路由器只負(fù)責(zé)為連接到其下行NICs的鏈路分配信道。信道分配的第二步(即接口到信道綁定)，采用一種分布式的負(fù)載感知信道分配算法。該算法會選擇在節(jié)點(diǎn)附近區(qū)域使用較少的信道，并且要求節(jié)點(diǎn)和那些干擾的鄰居交換它們的信道使用信息。
文獻(xiàn)[1]和[5]中提出的是基于啟發(fā)式的算法，它的最差性能界目前尚不清楚。此外，該方案中沒有保證提供公平的帶寬分配。
除了文獻(xiàn)[1]、[5]之外，最近還有一些針對采用全向天線的多天線多信道無線網(wǎng)狀網(wǎng)的聯(lián)合路由和信道分配的研究工作[6]。文獻(xiàn)[6]提出了一種聯(lián)合路由、信道分配和鏈路調(diào)度(RCL，routing，channel assignment and link scheduling)的算法，該算法考慮公平性的限制條件，目標(biāo)是最大化分配給每個業(yè)務(wù)會聚點(diǎn)的帶寬。
在上述的研究工作中，信道分配問題和路由問題被綁定在了一起，兩個問題相互依賴。與文獻(xiàn)[1，5，6]中提出的聯(lián)合式方案相比，在另外一些文獻(xiàn)中提出的無線網(wǎng)狀網(wǎng)架構(gòu)采用了路由和信道分配分別處理的方案[4]，[7]。
文獻(xiàn)[4]中的方案是在完成了信道分配之后，再計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的路由。在文獻(xiàn)[4]中，每個節(jié)點(diǎn)上使用了多個基于802.11標(biāo)準(zhǔn)的NICs。在所有的節(jié)點(diǎn)上采用同樣的信道分配方案，即將信道1分配給NIC-1，將信道2分配給NIC-2，以此類推。盡管這種方案實(shí)現(xiàn)簡便，但是其性能卻與最優(yōu)性能相距甚遠(yuǎn)。
文獻(xiàn)[7]中的方案則是針對一棵由于天線的放置已經(jīng)在物理上形成的路由樹進(jìn)行信道分配。此外，文獻(xiàn)[7]中提出的無線網(wǎng)狀網(wǎng)架構(gòu)(被稱為DMesh)將定向天線的空間分離和正交信道的頻率分離結(jié)合起來，從而提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量性能，這與那些采用全向天線的解決方案[1，4-6]是有很大區(qū)別的。但在DMesh網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際使用的定向天線是不可操控的，在網(wǎng)絡(luò)實(shí)施過程中手工將它們安放好對準(zhǔn)某個方向后，它們就總是對著那個方向。文獻(xiàn)[7]證明了采用定向天線時的信道分配問題也是一個NP難的問題。
文獻(xiàn)[8]中提出了一種聯(lián)合最優(yōu)信道分配和擁塞控制的算法JOCAC(JointOptimal Channel Assignment and Congestion Control)。作者假設(shè)路由器和網(wǎng)關(guān)之間的路徑已經(jīng)預(yù)先確定了，他們關(guān)注的是每個網(wǎng)絡(luò)接口上的信道分配。JOCAC算法考慮鏈路的平均擁塞代價，通過分配信道來控制每條鏈路上的干擾。該算法可以通過集中式或分布式的方式實(shí)現(xiàn)。其中，采用窮舉搜索(exhaustive search)的方法來獲得集中式方案中的最優(yōu)解或是分布式方案中的部分最優(yōu)解。
通過分析可知，上述已有的信道分配算法難以作為通用的方案來解決無線網(wǎng)狀網(wǎng)的信道分配問題(1)由于信道分配是無線網(wǎng)狀網(wǎng)系統(tǒng)中相對獨(dú)立的一個部分，信道分配算法的設(shè)計(jì)必須獨(dú)立于路由問題。因此，文獻(xiàn)[1，5，6]中提出的聯(lián)合路由和信道分配算法不適合用于通用方案。
(2)在通用無線網(wǎng)狀網(wǎng)解決方案中，會同時使用全向天線和定向天線來傳輸控制信息和數(shù)據(jù)信息。但是，前面提到的各種無線網(wǎng)狀網(wǎng)架構(gòu)只采用了全向天線[1，4-6]或者只采用了定向天線[7]。這就使得相應(yīng)的信道分配問題會有很大的區(qū)別，通用解決方案中的信道分配會更加復(fù)雜和困難。同時我們還注意到，盡管文獻(xiàn)[7]中的DMesh網(wǎng)絡(luò)也使用了全向天線，但是它們僅僅是用來傳輸控制信息。
(3)對通用解決方案而言，在可以通過在線測量獲得干擾情況之前，應(yīng)該先計(jì)算出絕對的干擾大小，并進(jìn)一步盡可能準(zhǔn)確地估計(jì)出相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)大小，這樣才能給出更加可靠、更有指導(dǎo)意義的最優(yōu)信道分配方案。然而，前面提到的相關(guān)算法只考慮了相對干擾[1，5]或是基于測量的干擾[7]，因此并不適合用于通用方案；同時，文獻(xiàn)[8]中提出的算法針對的是信道分配和擁塞控制的聯(lián)合優(yōu)化問題，無法作為獨(dú)立的信道分配算法專門用于解決信道分配問題；同時，文獻(xiàn)[8]中雖然提到采用窮舉搜索的方法來尋找最優(yōu)解，但是并沒有給出具體的實(shí)現(xiàn)方案。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于如上現(xiàn)有的信道分配中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配方法及裝置，通過最大限度地減小無線鏈路之間的干擾，極大地提高網(wǎng)絡(luò)性能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一實(shí)施例提供一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配方法，該方法包括第一步驟，在無線網(wǎng)狀網(wǎng)中找出滿足如下約束條件的單向鏈路子集，以獲得信道分配的非空可行集合第一約束條件對于每條給定的邏輯鏈路，只分配一個無線信道；第二約束條件對于建立在同一個路由器的同一個無線網(wǎng)絡(luò)接口上的任意兩條邏輯鏈路，分配相同的無線信道；第三約束條件對于連接兩個相同路由器的兩個相同的無線網(wǎng)絡(luò)接口并具有相反方向的兩條邏輯鏈路，分配相同的無線信道；第二步驟，根據(jù)對無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的性能要求確定信道分配目標(biāo)函數(shù)，窮舉搜索所述非空可行集合，并根據(jù)該非空可行集合的每一元素相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值確定最優(yōu)的信道分配方案。
本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配方法，該方法包括第一步驟，根據(jù)如下約束條件獲得信道分配的非空可行集合第一約束條件如果兩個無線接口互為鄰居，則給該兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口分配相同的無線信道；
第二約束條件如果兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口具有相同的鄰居，則給該兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口分配相同的無線信道；第三約束條件對于兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口，如果其中一個無線網(wǎng)絡(luò)接口的鄰居之一和另一個無線網(wǎng)絡(luò)接口的鄰居之一又互為鄰居，則給該兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口分配相同的無線信道；第二步驟，根據(jù)對無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的性能要求確定信道分配目標(biāo)函數(shù)，窮舉搜索所述非空可行集合，并根據(jù)該非空可行集合的每一元素相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值確定最優(yōu)的信道分配方案。
本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配裝置，包括信道分配計(jì)算單元，該信道分配計(jì)算單元又包括第一計(jì)算單元及第二計(jì)算單元，其中，所述第一計(jì)算單元用于在無線網(wǎng)狀網(wǎng)中找出滿足如下約束條件的單向鏈路子集，獲得信道分配的非空可行集合第一約束條件對于每條給定的邏輯鏈路，只分配一個無線信道；第二約束條件對于建立在同一個路由器的同一個無線網(wǎng)絡(luò)接口上的任意兩條邏輯鏈路，分配相同的無線信道；第三約束條件對于連接兩個相同路由器的兩個相同的無線網(wǎng)絡(luò)接口并具有相反方向的兩條邏輯鏈路，分配相同的無線信道；所述第二計(jì)算單元用于窮舉搜索所述非空可行集合，并根據(jù)該非空可行集合每一元素的目標(biāo)函數(shù)值確定最優(yōu)的信道分配方案。
本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配裝置，包括信道分配計(jì)算單元，該信道分配計(jì)算單元又包括第一計(jì)算單元及第二計(jì)算單元，其中，所述第一計(jì)算單元用于根據(jù)如下約束條件獲得信道分配的非空可行集合第一約束條件如果兩個無線接口互為鄰居，則給該兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口分配相同的無線信道；第二約束條件如果兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口具有相同的鄰居，則給該兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口分配相同的無線信道；
第三約束條件對于兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口，如果其中一個無線網(wǎng)絡(luò)接口的鄰居之一和另一個無線網(wǎng)絡(luò)接口的鄰居之一又互為鄰居，則給該兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口分配相同的無線信道；所述第二計(jì)算單元用于窮舉搜索所述非空可行集合，并根據(jù)該非空可行集合每一元素相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值確定最優(yōu)的信道分配方案。
本發(fā)明通過最大限度地減小無線鏈路之間的干擾，可以極大地提高網(wǎng)絡(luò)整體性能。


圖1為本發(fā)明中應(yīng)用信道分配算法的網(wǎng)絡(luò)實(shí)例；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的信道分配工具的功能框圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的信道分配的主流程示意圖；圖4為圖3中步驟1對應(yīng)的流程示意圖；圖5為圖3中步驟2對應(yīng)的流程示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中附有主要輸入信息的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌粓D7為本發(fā)明實(shí)施例中信道分配裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明實(shí)施例針對多射頻多信道(MRMC，Multi-Radio Multi-Channel)無線網(wǎng)狀網(wǎng)中信道的分配進(jìn)行說明。
本發(fā)明的實(shí)施例考慮一個由N個無線路由器組成的無線網(wǎng)狀網(wǎng)，第n個路由器上有Rn個無線網(wǎng)絡(luò)接口(n＝1，2，...，N)，全網(wǎng)共有R個無線網(wǎng)絡(luò)接口；在第n個路由器的第rn個無線網(wǎng)絡(luò)接口上建立了Wnr條邏輯鏈路(rn＝1，2，...，Rn)，全網(wǎng)總共建立了L條單向邏輯鏈路。在該無線網(wǎng)狀網(wǎng)中，共有C個可用于分配的非重疊(正交)無線信道，在此，可得到
R=Σn=1NRn,]]>L=Σn=1NΣrn=1RnWnrn,---(1)]]>R≤L.]]>本發(fā)明實(shí)施例的信道分配方法主要包括如下兩個步驟步驟1根據(jù)約束條件獲得信道分配非空可行集合；步驟2窮舉搜索非空可行集合，并根據(jù)目標(biāo)函數(shù)找出非空可行集合中最優(yōu)信道分配方案。
下面基于不同的信道分配矢量對信道分配方法的步驟進(jìn)行舉例說明。
實(shí)施例1盡管信道分配的目的是給每個無線網(wǎng)絡(luò)接口分配一個唯一的信道，但在本實(shí)施例中是從每條邏輯鏈路的角度出發(fā)，考慮必要的約束條件，為每條邏輯鏈路分配一個唯一的信道，以此來設(shè)計(jì)信道分配方案。具體步驟如下一、找出滿足約束條件的單向鏈路子集(ULS，代表由所有應(yīng)該被分配為相同信道的無線分配系統(tǒng)WDS鏈路所組成的集合)，并獲得信道分配非空可行集合。
首先定義用于表示信道分配方案的信道分配矢量，本實(shí)施例中可定義信道分配矢量為X(L·C)×1，其中在第l條鏈路使用了第c個信道時向量元素x(l-1)C+c＝1，其它情況下x(l-1)C+c＝0，c＝1，...，C；l＝1，...，L。
本實(shí)施例中考慮以下三個約束條件1)對于每條給定的邏輯鏈路l，只能分配一個無線信道，也就是說，在向量元素x(l-1)C+1，x(l-1)c+2，...，xlC中，只有一個值為1，而其余的值為0。這樣就得到了第一個約束等式x(l-1)C+1+...+x(l-1)C+C＝1，l(wèi)＝1，...，L→AX＝1(2)其中，矩陣A可稱之為第一約束矩陣。
2)如果任意兩條鏈路u和v建立在同一個路由器的同一個無線網(wǎng)絡(luò)接口上，那么需要給這兩條鏈路分配相同的無線信道。這樣就得到了第二個約束等式x(u-1)C+c＝x(v-1)C+c，c＝1，...，C→BX＝0(3)其中，矩陣B可稱之為第二約束矩陣，在矩陣B的每一行里，有兩個元素分別取值為1和-1，其余各元素取值均為0。
3)如果兩條鏈路u’和v’連接了兩個相同路由器的兩個相同的無線網(wǎng)絡(luò)接口，僅僅是具有相反的方向，那么需要給這兩條鏈路分配相同的無線信道。這樣就得到了第三個約束等式x(u′-1)C+c＝x(v′-1)C+c，c＝1，...，C→DX＝0(4)其中，矩陣D可稱之為第三約束矩陣，在矩陣D的每一行里，有兩個元素分別取值為1和-1，其余各元素取值均為0。
根據(jù)上述約束等式(2)～(4)，可以得到滿足約束條件的單向鏈路子集；再結(jié)合信道分配矢量的定義，就可以得到以下非空可行集合ΨΨ＝{Xx∈{0，1}∩AX＝1∩BX＝0∩DX＝0}(5)其中，該集合里的任一元素代表一種可行的信道分配方案。
二、窮舉搜索非空可行集合，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)找出最優(yōu)信道分配方案。
本步驟中，是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求確定目標(biāo)函數(shù)，并對非空可行集合的每個元素計(jì)算其相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，從而根據(jù)計(jì)算的目標(biāo)函數(shù)值來確定最優(yōu)的信道分配方案。
由于我們關(guān)注的是無線網(wǎng)狀網(wǎng)的整體網(wǎng)絡(luò)性能，因此信道分配的目標(biāo)是獲得最大的總?cè)萘?aggregate capacity)；同時，對于每條雙向邏輯鏈路l’(l’＝1，2，...，L’)有可支持業(yè)務(wù)負(fù)載的最低要求tl’。這樣，通過考慮以上兩個方面，我們可以得到本系統(tǒng)中信道分配問題的目標(biāo)函數(shù)maxX∈ΨΣl′=1L′wl′cl′(X);---(6)]]>
滿足約束條件cl′(X)≥tl′，l(wèi)′＝1，...，L′此處，wl′是第l’條雙向邏輯鏈路的權(quán)重因子(weighting factor)，該參數(shù)可以根據(jù)其它一些系統(tǒng)要求來確定，例如文獻(xiàn)[8]中提到的第l’條雙向邏輯鏈路上的擁塞代價(congestion price)。cl′(X)代表第l’條雙向邏輯鏈路可達(dá)到的最大數(shù)據(jù)速率，該參數(shù)的值可以通過理論估算或在線測量來獲得。
本實(shí)施例中通過窮舉搜索非空可行集合，根據(jù)上述目標(biāo)函數(shù)就可以找出最優(yōu)信道分配方案。也就是說，對于非空可行集合的每個元素，都要計(jì)算其相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值。最后，在滿足所有約束條件的元素中，選出具有最大目標(biāo)函數(shù)值的那個元素，該元素所代表的就是最優(yōu)信道分配方案。
本實(shí)施例中的目標(biāo)函數(shù)可以根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行靈活的設(shè)計(jì)。例如(但并不限于如下舉例)a.如果要求網(wǎng)關(guān)處所建立的所有雙向邏輯鏈路可支持的最大數(shù)據(jù)速率之和最大，并且每條鏈路所支持的業(yè)務(wù)負(fù)載達(dá)到最低要求；對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)可為maxX∈ψΣl′∈L′gwl′cl′(X)---(6′)]]>滿足約束條件cl′(X)≥tl′，l(wèi)′＝1，...，L′。
其中，L′g代表網(wǎng)關(guān)處所建立的所有雙向邏輯鏈路的集合。
b.如果要求所有雙向邏輯鏈路可支持的最大數(shù)據(jù)速率中的最小值最大，并且每條鏈路所支持的業(yè)務(wù)負(fù)載達(dá)到最低要求，則對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)為maxX∈ψ{minl′=1,...,L′{cl′(X)}}---(6′′)]]>滿足約束條件cl′(X)≥tl′，l(wèi)′＝1，...，L′。
如上根據(jù)實(shí)際需要來優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)狀網(wǎng)中信道的分配，還可以達(dá)到最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)性能。
下面通過一個網(wǎng)絡(luò)實(shí)例來說明上述的信道分配方法。圖1為本實(shí)施例中應(yīng)用信道分配算法的網(wǎng)絡(luò)實(shí)例。如圖1所示的小型的無線網(wǎng)狀網(wǎng)由7個路由器組成，其中包括1個網(wǎng)關(guān)，3個中繼路由器和3個接入路由器。圖1中，所有路由器的無線網(wǎng)絡(luò)接口和邏輯鏈路都被打上了標(biāo)簽。
在這個網(wǎng)絡(luò)實(shí)例中，我們能統(tǒng)計(jì)出下列幾個重要的數(shù)據(jù)無線路由器數(shù)N＝7；單向邏輯鏈路數(shù)L＝14；雙向邏輯鏈路數(shù)L’＝7；可用的不重疊的(正交的)信道數(shù)C＝3。
在使用信道分配算法之前，先給出二進(jìn)制信道分配向量X(14·3)×1如下X(14·3)×1＝X42×1＝[x(1-1)·3+1x(1-1)·3+2x(1-1)·3+3x(2-1)·3+1x(2-1)·3+2x(2-1)·3+3...x(14-1)·3+1x(14-1)·3+2x(14-1)·3+3]T(1’)＝
T同時，根據(jù)前述的第一個約束等式給出約束矩陣A如下 為了計(jì)算矩陣B，給出如下的等式來描述第二個約束條件(只有那些建立了多于一個邏輯鏈路的無線網(wǎng)絡(luò)接口卡才被統(tǒng)計(jì)在內(nèi))對于路由器M_4上的NIC1上的鏈路l_7和l_8，我們得到x(7-1)·3+c＝x(8-1)·3+c，c＝1，2，3；即x(7-1)·3+c-x(8-1)·3+c＝0，c＝1，2，3；(3’a)對于路由器M_5上的NIC1上的鏈路l_9和l_1O，我們得到x(9-1)·3+c＝x(10-1)·3+c，c＝1，2，3；
即x(9-1)·3+c-x(10-1)·3+c＝0，c＝1，2，3；(3’b1)x(9-1)·3+c＝x(11-1)·3+c，c＝1，2，3；即x(9-1)·3+c-x(11-1)·3+c＝0，c＝1，2，3；(3’b2)根據(jù)上面的等式(3’a)、(3’b1)、(3’b2)，可以得出矩陣BB9×(14·3)=B9×42=000...100-100000000000...000000...0100-10000000000...000000...00100-1000000000...000000...000000100-100000...000000...0000000100-10000...000000...00000000100-1000...000000...000000100000-100...000000...0000000100000-10...000000...00000000100000-1...000---(3′)]]>為了計(jì)算矩陣D，給出如下的等式來描述第三個約束條件{l_1，l_5}x(1-1)·3+c-x(5-1)·3+c＝0，c＝1，2，3；{l_2，l_3}x(2-1)·3+c-x(3-1)·3+c＝0，c＝1，2，3；{l_4，l_7}x(4-1)·3+c-x(7-1)·3+c＝0，c＝1，2，3；{l_6，l_9}x(6-1)·3+c-x(9-1)·3+c＝0，c＝1，2，3；{l_8，l_13}x(8-1)·3+c-x(13-1)·3+c＝0，c＝1，2，3；{l_10，l_12}x(10-1)·3+c-x(12-1)·3+c＝0，c＝1，2，3；{l_11，l_14}x(11-1)·3+c-x(14-1)·3+c＝0，c＝1，2，3；根據(jù)上面的等式，可以得出矩陣D
D(7·3)×(14·3)=D21×42=100000000000-100......0000100000000000-10......00000100000000000-1......000...........................000......100000000-100000......0100000000-10000......00100000000-1---(4′)]]>根據(jù)公式(2’)～(4’)，可以得到4個單向鏈路子集{1’_1)，(1’_2)，{1’_3，1’_5)，以及{1’_4，1’_6，1’_7)，如圖1所示。再將(2’)(3’)(4’)代入前述公式(5)，就可以得到非空可行集合ψ。這里，可選用的信道分配方案數(shù)目為34，即84個。
然后，根據(jù)實(shí)際需要來確定目標(biāo)函數(shù)，并通過計(jì)算全網(wǎng)的總載波干擾比C/I獲得理論上可達(dá)到的最大數(shù)據(jù)速率或最大總?cè)萘?aggregate capacity)。利用獲得的最大數(shù)據(jù)速率或最大總?cè)萘靠捎?jì)算非空可行集合中每個信道分配向量對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，在滿足所有約束條件的信道分配向量中，選出具有最大目標(biāo)函數(shù)值的那個信道分配向量，該信道分配向量代表的就是最優(yōu)信道分配方案。
實(shí)施例2本發(fā)明的信道分配方法并不限于實(shí)施例l，在該實(shí)施例2中是從每個無線網(wǎng)絡(luò)接口的角度出發(fā)，建立系統(tǒng)模型，并根據(jù)必要的約束條件來設(shè)計(jì)信道分配方案。
假設(shè)在該無線網(wǎng)狀網(wǎng)中共有R個無線網(wǎng)絡(luò)接口，從本質(zhì)上來講，信道分配就是指如何把C個非重疊(正交)無線信道分配給R個無線網(wǎng)絡(luò)接口。此處，我們采用信道分配矢量X來表示信道分配方案X={xnrn},]]>n＝1，2，...，N，rn＝1，2，...，Rn；其中，xnrn表示分配給第n個路由器上第rn個無線網(wǎng)絡(luò)接口Rnrn的信道的編號，如0，1，...，C-1中的某個取值。
相應(yīng)地，在算法中考慮以下三個約束條件
a.如果在兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口Riri和Rjrj之間建立了一條邏輯鏈路，那么須給這兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口分配相同的無線信道。這樣，可以得到第一個約束等式xiri=xjrj(i≠j)→A′X=0;---(2′′)]]>此處，Riri被稱為的Rirj一個“鄰居”，反之亦然。
b.如果兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口Riri和Rjrj具有相同的鄰居Rkrk，那么須給這兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口Riri和Rjrj分配相同的無線信道。這樣，我們得到第二個約束等式xiri=xkrk=xjrj(i≠j≠k)→B′X=0;---(3′′)]]>c.考慮兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口Riri和Rjrj，Riri的鄰居之一是Rkrk，Rjrj的鄰居之一是Rmrm。如果Rkrk是Rmrm的鄰居之一(反之亦然)，那么須給這兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口Riri和Rjrj分配相同的無線信道。這樣，我們得到第三個約束等式xiri=xkrk=xmrm=xjrj(i≠j≠k≠m)→D′X=0;---(4′′)]]>根據(jù)如上三個約束等式及信道分配矢量的定義，就可以得到信道分配的非空可行集合定義相應(yīng)的系數(shù)矩陣A’、B’、D’，并將x的取值范圍變成{0，1，...，C-1}，即可得到與(5)類似的非空可行集合(在此表示為Ψ’)的表達(dá)式Ψ′＝{Xx∈{0，1，...，C-1}∩A′X＝0∩B′X＝0∩ D′X＝0} (5”)根據(jù)信道分配要獲得最大的總?cè)萘?aggregate capacity)的要求，以及對于每條雙向邏輯鏈路l’(l’＝1，2，...，L’)有可支持業(yè)務(wù)負(fù)載的最低要求tl′?？梢缘玫侥繕?biāo)函數(shù)(OF，Objective Function)maxX∈ΨΣl′=1L′wl′cl′(X)---(6)]]>滿足約束條件cl′(X)≥tl′，l(wèi)′＝1，...，L′此處，wl′是第l’條雙向邏輯鏈路的權(quán)重因子(weighting factor)，該參數(shù)可以根據(jù)其它一些系統(tǒng)要求來確定，例如文獻(xiàn)[8]中提到的第l’條雙向邏輯鏈路上的擁塞代價(congestion price)。cl′(X)代表第l’條雙向邏輯鏈路可達(dá)到的最大數(shù)據(jù)速率，該參數(shù)的值可以通過理論估算或在線測量來獲得。
通過窮舉搜索非空可行集合，根據(jù)上述目標(biāo)函數(shù)就可以找出最優(yōu)信道分配方案。也就是說，對于非空可行集合的每個元素，都要計(jì)算其相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值。最后，在滿足所有約束條件的元素中，選出具有最大目標(biāo)函數(shù)值的那個元素，該元素所代表的就是最優(yōu)信道分配方案。
實(shí)施例3本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中，比如ROM/RAM、磁碟、光盤等，但并不限于此。
對于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的信道分配方法的程序在此不妨稱之為信道分配工具，圖2為該信道分配工具的功能框圖。如圖2所示，該信道分配工具主要分為輸入模塊、信道分配計(jì)算模塊以及輸出模塊。
其中，所述輸入模塊用于將信道分配計(jì)算所需的輸入信息轉(zhuǎn)換為算法輸入(即將輸入信息轉(zhuǎn)換為信道分配計(jì)算模塊可識別的格式)，并將算法輸入(轉(zhuǎn)換后的輸入信息)傳送到信道分配計(jì)算模塊。
例如，信道分配計(jì)算所需的輸入信息可包括用戶輸入的信息和數(shù)據(jù)庫輸入的信息，其中1)用戶輸入的信息可包括a.路由器節(jié)點(diǎn)信息，如a)位置坐標(biāo)(x，y，z)；b)用于回程網(wǎng)通信的天線數(shù)目；c)每根天線上不可用的802.11信道等。
b.需要建立的連接和相應(yīng)的最低可支持承載業(yè)務(wù)量/數(shù)據(jù)速率的要求；c.國家代碼，例如US(美國)，JP(日本)，CN(中國)。通過該代碼，可以獲得可用的無線信道，考慮IEEE 802.11a，各國家代碼對應(yīng)的可用信道分別為US36，40，44，48，52，56，60，64，149，153，157，161，165；JP36，40，44，48；CN149，153，157，161，165。
2)數(shù)據(jù)庫輸入的信息可包括a.路由器節(jié)點(diǎn)配置信息，包括a)天線配置信息，如a1)回程網(wǎng)天線編號，例如0，1，2，...等；a2)天線類型全向天線/定向天線；a3)天線方位角；a4)天線水平面輻射方向圖(H-plane Radiation Pattern)；a5)天線增益；a6)天線輸出功率；a7)天線高度；a8)相應(yīng)的接收機(jī)的接收靈敏度；a9)饋線損耗，等等。
b)噪聲系數(shù)(noise figure)，等等。
b.傳播模型及參數(shù)，如a)傳播模型，b)路徑損耗指數(shù)，等等。
c.干擾，包括a)實(shí)施區(qū)域的802.11信道干擾源，b)干擾容限。
所述信道分配計(jì)算模塊用于根據(jù)輸入模塊算法輸入的信息(即轉(zhuǎn)換后的用戶輸入和數(shù)據(jù)庫輸入信息)，通過前述的信道分配方法計(jì)算出最優(yōu)的信道分配方案，并將計(jì)算的結(jié)果作為算法輸出傳輸至輸出模塊。
我們關(guān)注的是無線網(wǎng)狀網(wǎng)的整體網(wǎng)絡(luò)性能，例如獲得最大的總?cè)萘炕蜃畲髷?shù)據(jù)速率，或使得全網(wǎng)的總的載波干擾比C/I值達(dá)到最大。本實(shí)施例中，信道分配計(jì)算模塊根據(jù)輸入模塊的算法輸入信息可計(jì)算出載波干擾比C/I值，該計(jì)算過程對本領(lǐng)域技術(shù)人員是很容易實(shí)現(xiàn)的，在此并不詳述；進(jìn)一步地，通過得到的C/I值，還可以推導(dǎo)出理論上可達(dá)到的最大數(shù)據(jù)速率，即可獲得的最大總?cè)萘?aggregate capacity)。
本實(shí)施例中，與實(shí)施例1的信道分配算法對應(yīng)的作為核心部分的信道分配計(jì)算模塊主要執(zhí)行如下兩個步驟，如圖3所示步驟1找出滿足約束條件的單向鏈路子集，從而獲得非空可行集合；以及步驟2窮舉搜索非空可行集合，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)找出最優(yōu)信道分配方案。
步驟1的程序流程圖如圖4所示。該步驟通過“算法輸入”信息(即轉(zhuǎn)換后的用戶輸入和數(shù)據(jù)庫輸入信息)進(jìn)行分析和處理，找出滿足約束條件的“單向鏈路子集”，并輸出滿足約束條件的“單向鏈路子集”的個數(shù)。該步驟的具體流程可包括a.初始化回程網(wǎng)天線編號和路由器編號；b.判斷當(dāng)前編號是否已經(jīng)超過最后一個路由器上的最后一個回程網(wǎng)天線編號若“否”，則執(zhí)行步驟c；若“是”，則步驟1結(jié)束，并輸出滿足約束條件的“單向鏈路子集”的個數(shù)，進(jìn)而獲得非空可行集合；c.判斷當(dāng)前回程網(wǎng)天線是否已經(jīng)加入了一個“單向鏈路子集”若“否”，則執(zhí)行步驟d；若“是”，則執(zhí)行步驟f；d.加入對應(yīng)的“單向鏈路子集”；e.“單向鏈路子集”的個數(shù)加1；f.更新回程網(wǎng)天線編號(和路由器編號)，然后執(zhí)行步驟b。
步驟2的程序流程圖如圖5所示。該步驟在步驟1的基礎(chǔ)上，通過窮舉搜索滿足約束條件的“非空可行集合”，利用目標(biāo)函數(shù)根據(jù)“算法輸入”的信息計(jì)算出非空可行集合中各元素對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)最大值，從而找出最優(yōu)信道分配方案，并輸出相關(guān)信息(即“算法輸出”信息)。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員利用“算法輸入”的信息來根據(jù)目標(biāo)函數(shù)計(jì)算目標(biāo)函數(shù)最大值的過程是很容易實(shí)現(xiàn)的，在此并不詳細(xì)描述。該步驟2的具體流程包括a.初始化最優(yōu)信道分配方案，初始化目標(biāo)函數(shù)最大值；b.初始化候選信道分配方案編號；
c.判斷當(dāng)前編號是否已經(jīng)超過最后一個候選信道分配方案編號若“否”，則執(zhí)行步驟d；若“是”，則步驟2結(jié)束，并輸出最優(yōu)信道分配方案等相關(guān)信息；d.計(jì)算出對應(yīng)于當(dāng)前信道分配方案的目標(biāo)函數(shù)值；e.判斷當(dāng)前目標(biāo)函數(shù)值是否大于目標(biāo)函數(shù)最大值若“是”，則執(zhí)行步驟f；若“否”，則執(zhí)行步驟g；f.更新目標(biāo)函數(shù)最大值，更新最優(yōu)信道分配方案；g.更新候選信道分配方案編號，然后執(zhí)行步驟c。
如上可以看到，本信道分配計(jì)算模塊實(shí)現(xiàn)的信道分配算法，實(shí)現(xiàn)起來并不復(fù)雜，同時可以獲得最優(yōu)的性能，該最優(yōu)性能是“優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)”意義上的最優(yōu)，該“優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)”可以根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行靈活的設(shè)計(jì)。
算法輸出的信息可包括a.最優(yōu)信道分配方案，即最優(yōu)信道分配表數(shù)據(jù)；b.路由器節(jié)點(diǎn)重要配置信息，如，天線配置信息等等a1)回程網(wǎng)天線編號，例如0，1，2，...等；a2)天線方位角；a3)天線水平面輻射方向圖(H-plane Radiation Pattern)；a4)天線高度；a5)相應(yīng)的接收機(jī)的接收靈敏度，等等。
c.可達(dá)到的性能指標(biāo)a)總載波干擾比C/I值；b)理論上可達(dá)到的最大數(shù)據(jù)速率，等等。
d.覆蓋圖數(shù)據(jù)SNR圖數(shù)據(jù)(此處，SNR指的是信噪比)。
所述輸出模塊，用于將算法輸出轉(zhuǎn)換為工具輸出，并根據(jù)實(shí)際需要在顯示界面顯示輸出的結(jié)果，如具體可包括
a.最優(yōu)信道分配表格其中包括了最優(yōu)信道分配方案，以及每個無線網(wǎng)狀網(wǎng)路由器上的重要配置信息，表1給出了一個示例。
表1.最優(yōu)信道分配表格示例

b.可達(dá)到的性能指標(biāo)，如a)總載波干擾比(即總C/I值)，b)理論上可達(dá)到的最大數(shù)據(jù)速率等。
c.最優(yōu)方案的圖示；d.覆蓋圖；e.信噪比(SNR，Signal Noise Ratio)圖等。
圖6給出了本發(fā)明實(shí)施例中附有主要輸入信息的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并在?給出了每個節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)配置信息。在這個無線網(wǎng)狀回程網(wǎng)中，既有全向天線也有定向天線。另一方面，對于某些路由器，在同一個無線網(wǎng)絡(luò)接口上建立了多個無線分布系統(tǒng)(WDS)邏輯鏈路。
表2.圖6對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)中每個路由器的配置信息

表3給出了具有不同配置要求的三種案例，如表3中所描述的，三種案例對應(yīng)于不同的配置要求會被分別測試。這里，可用的信道被標(biāo)識為“CH_0”，“CH_1”等。比如，CAS_0中3個可用信道，它們將被分別標(biāo)識為“CH_0”，“CH_1”，和“CH_2”。
表3.具有不同配置要求的測試案例

對于圖6中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜捅?中的配置，表4給出了用我們信道分配工具計(jì)算出的最優(yōu)信道分配方案。其中，圖6描述的案例中要求對某些WDS邏輯鏈路設(shè)置不同的權(quán)重值。
表4.最優(yōu)信道分配方案

根據(jù)上面的結(jié)果可以看出首先，信道分配工具給出的信道分配方案被滿足實(shí)施例1中給出的約束條件。如，建立在同一個無線網(wǎng)絡(luò)接口上的所有鏈路被分配了同樣的信道。
其次，對于那些有足夠可用信道的案例，如CAS_2，屬于不同的“單向鏈路子集”的鏈路被分配了不同的信道，從而在最大程度上避免了相互間的干擾。
第三，對于那些沒有足夠可用信道的案例，如果所有WDS鏈路有相同的權(quán)重，如CAS_0，會根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中提到的目標(biāo)函數(shù)來計(jì)算出信道分配方案，目的是得到最好的全網(wǎng)絡(luò)性能。此外，如果配置要求改變了，最優(yōu)的信道分配方案可能也會隨之改變，如下面一點(diǎn)中將要描述的。
最后，對于那些既沒有足夠可用信道，又對不同WDS鏈路設(shè)置了不同權(quán)重的案例，對于不同的配置，我們用工具很可能算出不同的信道分配方案。以CAS_1為例，在圖6中，從路由的角度來看，如果要求提高從M_6到M_0(網(wǎng)關(guān))的端到端吞吐量，就要增大l′_0，l′_3，和l′_6的權(quán)值。對于這個案例，在最優(yōu)方案中，包含上述鏈路的兩個ULS會被分配為唯一的信道，即分別為CH_0和CH_2，這與表4中的CAS_0的最優(yōu)方案不同。因此，這個結(jié)果與我們通過理論分析得出的結(jié)論一致。
根據(jù)上面對結(jié)果的分析，這個網(wǎng)絡(luò)實(shí)例成功的驗(yàn)證了我們的信道分配工具所具有的各項(xiàng)功能。
實(shí)施例4本發(fā)明實(shí)施例1對應(yīng)的無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配可通過如下裝置來實(shí)現(xiàn)(如圖7所示)一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配裝置，包括信道分配計(jì)算單元，該信道分配計(jì)算單元又包括第一計(jì)算單元及第二計(jì)算單元，其中所述第一計(jì)算單元用于在無線網(wǎng)狀網(wǎng)中找出滿足如下約束條件的單向鏈路子集，獲得信道分配的非空可行集合第一約束條件對于每條給定的邏輯鏈路，只分配一個無線信道；第二約束條件對于建立在同一個路由器的同一個無線網(wǎng)絡(luò)接口上的任意兩條邏輯鏈路，分配相同的無線信道；第三約束條件對于連接兩個相同路由器的兩個相同的無線網(wǎng)絡(luò)接口并具有相反方向的兩條邏輯鏈路，分配相同的無線信道；所述第二計(jì)算單元用于窮舉搜索所述非空可行集合，并根據(jù)該非空可行集合每一元素的目標(biāo)函數(shù)值確定最優(yōu)的信道分配方案。
該無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配裝置還包括輸入單元以及輸出單元，其中所述輸入單元用于將信道分配計(jì)算所需的輸入信息轉(zhuǎn)換為算法輸入信息(即將輸入信息轉(zhuǎn)換為信道分配計(jì)算模塊可識別的格式)，并將算法輸入信息(轉(zhuǎn)換后的輸入信息)傳送到信道分配計(jì)算模塊。
所述輸出單元用于將信道分配計(jì)算單元的算法輸出信息轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，可根據(jù)實(shí)際需要在顯示界面顯示輸出的結(jié)果。
本發(fā)明實(shí)施例2對應(yīng)的無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配可通過如下裝置來實(shí)現(xiàn)一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配裝置，包括信道分配計(jì)算單元，該信道分配計(jì)算單元又包括第一計(jì)算單元及第二計(jì)算單元，其中所述第一計(jì)算單元用于根據(jù)如下約束條件獲得信道分配的非空可行集合第一約束條件如果兩個無線接口互為鄰居，則給該兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口分配相同的無線信道；第二約束條件如果兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口具有相同的鄰居，則給該兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口分配相同的無線信道；第三約束條件對于兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口，如果其中一個無線網(wǎng)絡(luò)接口的鄰居之一和另一個無線網(wǎng)絡(luò)接口的鄰居之一又互為鄰居，則給該兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口分配相同的無線信道；所述第二計(jì)算單元用于窮舉搜索所述非空可行集合，并根據(jù)該非空可行集合每一元素相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值確定最優(yōu)的信道分配方案。
該無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配裝置還包括輸入單元以及輸出單元，其中，所述輸入單元用于將信道分配計(jì)算所需的輸入信息轉(zhuǎn)換為算法輸入，并將算法輸入傳送到信道分配計(jì)算模塊；所述輸出單元用于將信道分配計(jì)算單元的算法輸出信息轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。
實(shí)施例5前述實(shí)施例中描述的是信道靜態(tài)的自動分配方案。眾所周知，無線網(wǎng)絡(luò)變化頻繁而且不可預(yù)計(jì)，其中包括了許多網(wǎng)絡(luò)元素的變化，例如無線鏈路、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)負(fù)載等。為了使本發(fā)明的信道分配工具能夠應(yīng)用在變化的無線網(wǎng)狀網(wǎng)場合，我們在信道分配算法中還設(shè)計(jì)了兩種動態(tài)方案，簡要描述如下。
1)針對拓?fù)渥兓膭討B(tài)方案例如，當(dāng)一個新的無線網(wǎng)狀網(wǎng)路由器加入到已有的網(wǎng)絡(luò)中時，在已有的信道分配表中將加入相應(yīng)的信道分配記錄。
2)針對信道變化的動態(tài)方案例如當(dāng)某個信道的鏈路質(zhì)量急劇惡化時(比如該區(qū)域中出現(xiàn)了干擾源)，將會對信道分配表進(jìn)行部分更新。換句話說，將會把可用的信道重新分配給受影響的鏈路。
通過本實(shí)施例的動態(tài)分配方案，就可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況重新分配可用的信道，從而保證了最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)性能。
本發(fā)明的用于無線網(wǎng)狀網(wǎng)回程網(wǎng)通信中的信道自動和動態(tài)分配，可適用于具備以下特性的無線網(wǎng)狀網(wǎng)路由器a.具有多個無線電收發(fā)設(shè)備；b.所具有的無線電收發(fā)設(shè)備可以工作在多個信道上，這些信道應(yīng)遵循無線通信的相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，例如IEEE 802.11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；c.對于每一個路由器，至少有一個無線電收發(fā)設(shè)備用于無線網(wǎng)狀網(wǎng)的回程網(wǎng)通信；d.一個路由器上的一個無線電收發(fā)設(shè)備和另一個路由器上的一個無線電收發(fā)設(shè)備之間采用“半雙工”的方式進(jìn)行相互通信，換句話說，對于同一個無線電收發(fā)設(shè)備，發(fā)送和接收是分別進(jìn)行的。
并且，本發(fā)明的信道分配方法為一個相對獨(dú)立方案，可以基于已有的軟硬件，不對已有的系統(tǒng)做大的改動；并且在動態(tài)方案完成之后，該信道分配的方法還可以作為一個軟件模塊集成到網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中。
在實(shí)際布網(wǎng)過程中，本發(fā)明實(shí)施例的信道分配方法可用在以下三個階段a.系統(tǒng)設(shè)計(jì)(或稱為前期設(shè)計(jì))階段給出初步的信道分配方案；b.最終設(shè)計(jì)階段給出最優(yōu)的信道分配方案；c.實(shí)施階段給出根據(jù)實(shí)際布網(wǎng)情況進(jìn)行調(diào)整后的信道分配方案。
綜上所述，如上實(shí)施例的信道分配方案可具有如下的有益效果(1)本發(fā)明中的信道分配算法，獨(dú)立于其它優(yōu)化問題，而且通過一些接口參數(shù)很容易與各種解決其它優(yōu)化問題的算法軟件結(jié)合在一起，因此十分適合用于通用解決方案。
(2)本發(fā)明中的信道分配算法，對所使用的天線類型(即全向天線/定向天線)沒有任何限制，也就是說，不論網(wǎng)絡(luò)中僅使用全向天線/定向天線、或同時使用兩種天線來傳輸控制信息和/或數(shù)據(jù)信息，都可以使用本發(fā)明中的信道分配算法。因此，考慮到網(wǎng)絡(luò)中所使用的天線類型時，本發(fā)明中的信道分配算法也具有很好的通用性。
(3)本發(fā)明中的信道分配算法，充分利用輸入的各種參數(shù)信息，并考慮實(shí)際組網(wǎng)中的諸多關(guān)鍵因素，計(jì)算出絕對干擾的大小，并較準(zhǔn)確地估計(jì)出各種信道分配方案所對應(yīng)的可達(dá)到的網(wǎng)絡(luò)性能，從而給出了可靠的、具有實(shí)際指導(dǎo)意義的最優(yōu)信道分配方案。
(4)本發(fā)明中的信道分配算法，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時所采用的建模方法則可以真正完整地描述出信道分配問題的各種特性和約束條件。因此，采用本發(fā)明中的信道分配算法可以很好地解決信道分配問題。
本發(fā)明中的信道分配算法，實(shí)現(xiàn)起來并不復(fù)雜，同時可以獲得最優(yōu)的性能。
以上具體實(shí)施方式
僅用于說明本發(fā)明，而非用于限定本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
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權(quán)利要求
1.一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配方法，其特征在于，該方法包括如下步驟第一步驟，在無線網(wǎng)狀網(wǎng)中找出滿足如下約束條件的單向鏈路子集，獲得信道分配的非空可行集合第一約束條件對于每條給定的邏輯鏈路，只分配一個無線信道；第二約束條件對于建立在同一個路由器的同一個無線網(wǎng)絡(luò)接口上的任意兩條邏輯鏈路，分配相同的無線信道；第三約束條件對于連接兩個相同路由器的兩個相同的無線網(wǎng)絡(luò)接口并具有相反方向的兩條邏輯鏈路，分配相同的無線信道；第二步驟，窮舉搜索所述非空可行集合，并根據(jù)該非空可行集合每一元素的目標(biāo)函數(shù)值確定最優(yōu)的信道分配方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)根據(jù)如下要求來確定最大的網(wǎng)絡(luò)總?cè)萘恳笠约懊織l雙向鏈路支持業(yè)務(wù)負(fù)載的最低要求；或者網(wǎng)關(guān)處所建立的所有雙向邏輯鏈路可支持的最大數(shù)據(jù)速率之和最大，并且每條鏈路所支持的業(yè)務(wù)負(fù)載達(dá)到最低要求；或者所有雙向邏輯鏈路可支持的最大數(shù)據(jù)速率中的最小值最大，并且每條鏈路所支持的業(yè)務(wù)負(fù)載達(dá)到最低要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一步驟中定義信道分配矢量X(L·C)×1，在第l條鏈路使用了第c個信道時該信道分配矢量的向量元素x(l-1)C+c＝1，否則x(l-1)C+c＝0，則所述第一約束條件表示為x(l-1)C+1+…+x(l-1)C+C＝1(1)；所述第二約束條件表示為x(u-1)C+c＝x(v-1)C+c(2)；所述第三約束條件表示為x(u′-1)C+c＝x(v′-1)C+c(3)；其中，C為可用的信道個數(shù)；c＝1，...，C；l＝1，...，L，L為所述無線網(wǎng)狀網(wǎng)中建立的單向邏輯鏈路的數(shù)目。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)滿足maxX∈ψΣl′=1L′wl′cl′(X),]]>或者maxX∈ΨΣl′∈L′gwl′cl′(X),]]>或者maxX∈ψ{minl′=1,...,L′{cl′(X)}},]]>其中，l’表示雙向邏輯鏈路，l’＝1，2，...，L’，L’為在所述無線網(wǎng)狀網(wǎng)中建立的雙向邏輯鏈路的數(shù)目；wl′是第l’條雙向邏輯鏈路的權(quán)重因子，cl′(X)表示第l’條雙向邏輯鏈路可達(dá)到的最大數(shù)據(jù)速率，cl′(X)≥tl′，tl’為每條雙向鏈路支持業(yè)務(wù)負(fù)載的最低要求，L′g表示網(wǎng)關(guān)處所建立的所有雙向邏輯鏈路的集合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一步驟具體包括a.初始化回程網(wǎng)天線編號和路由器編號；b.判斷當(dāng)前編號是否已經(jīng)超過最后一個路由器上的最后一個回程網(wǎng)天線編號若“否”，則執(zhí)行步驟c；若“是”，則結(jié)束所述第一步驟，并輸出滿足約束條件的“單向鏈路子集”的個數(shù)；c.判斷當(dāng)前回程網(wǎng)天線是否已經(jīng)加入了一個“單向鏈路子集”若“否”，則執(zhí)行步驟d；若“是”，則執(zhí)行步驟f；d.加入對應(yīng)的“單向鏈路子集”；e.“單向鏈路子集”的個數(shù)加1；f.更新回程網(wǎng)天線編號和路由器編號，并執(zhí)行步驟b。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二步驟具體包括a.初始化最優(yōu)信道分配方案，初始化目標(biāo)函數(shù)最大值；b.初始化候選信道分配方案編號；c.判斷當(dāng)前編號是否已經(jīng)超過最后一個候選信道分配方案編號若“否”，則執(zhí)行步驟d；若“是”，則結(jié)束所述第二步驟，并輸出最優(yōu)信道分配方案；d.計(jì)算出對應(yīng)于當(dāng)前信道分配方案的目標(biāo)函數(shù)值；e.判斷當(dāng)前目標(biāo)函數(shù)值是否大于目標(biāo)函數(shù)最大值若“是”，則執(zhí)行步驟f；若“否”，則執(zhí)行步驟g；f.更新目標(biāo)函數(shù)最大值，并相應(yīng)更新最優(yōu)信道分配方案；g.更新候選信道分配方案編號，然后執(zhí)行步驟c。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該方法還包括當(dāng)一個新的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)路由器加入到已有的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，則在已有的信道分配方案中加入相應(yīng)的信道分配記錄。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該方法還包括當(dāng)信道的鏈路質(zhì)量惡化時，將可用的信道重新分配給受影響的鏈路。
9.一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配方法，其特征在于，該方法包括如下步驟第一步驟，根據(jù)如下約束條件獲得信道分配的非空可行集合第一約束條件如果兩個無線接口互為鄰居，則給該兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口分配相同的無線信道；第二約束條件如果兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口具有相同的鄰居，則給該兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口分配相同的無線信道；第三約束條件對于兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口，如果其中一個無線網(wǎng)絡(luò)接口的鄰居之一和另一個無線網(wǎng)絡(luò)接口的鄰居之一又互為鄰居，則給該兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口分配相同的無線信道；第二步驟，窮舉搜索所述非空可行集合，并根據(jù)該非空可行集合每一元素相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值確定最優(yōu)的信道分配方案。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)根據(jù)如下要求來確定最大的網(wǎng)絡(luò)總?cè)萘康囊笠约懊織l雙向鏈路支持業(yè)務(wù)負(fù)載的最低要求；或者網(wǎng)關(guān)處所建立的所有雙向邏輯鏈路可支持的最大數(shù)據(jù)速率之和最大，并且每條鏈路所支持的業(yè)務(wù)負(fù)載達(dá)到最低要求；或者所有雙向邏輯鏈路可支持的最大數(shù)據(jù)速率中的最小值最大，并且每條鏈路所支持的業(yè)務(wù)負(fù)載達(dá)到最低要求。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一步驟中定義信道分配矢量X={xnrn}]]>，n＝1，2，...，N，rn＝1，2，...，Rn，N表示無線網(wǎng)狀網(wǎng)中無線路由器的個數(shù)，Rn表示第n個無線路由器上無線網(wǎng)絡(luò)接口的個數(shù)，xnrn表示分配給第n個路由器上第rn個無線網(wǎng)絡(luò)接口的信道編號；則所述第一約束條件表示為xiri=xjrj]]>，i≠j (1)；所述第二約束條件表示為xiri=xkrk=xjrj]]>，i≠j≠k(2)；所述第三約束條件表示為xiri=xkrk=xmrm=xjrj]]>，f≠j≠k≠m (3)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)滿足maxX∈ψΣl′=1L′wl′cl′(X),]]>或者maxX∈ψΣl′∈L′gwl′cl′(X),]]>或者maxX∈ψ{minl′=1,...,L′{cl′(X)}},]]>其中，l’表示雙向邏輯鏈路，l’＝1，2，...，L’，L’為在所述無線網(wǎng)狀網(wǎng)中建立的雙向邏輯鏈路的數(shù)目；wl′是第l’條雙向邏輯鏈路的權(quán)重因子，cl′(X)表示第l’條雙向邏輯鏈路可達(dá)到的最大數(shù)據(jù)速率，cl′(X)≥tl′，tl′為每條雙向鏈路支持業(yè)務(wù)負(fù)載的最低要求，L′g表示網(wǎng)關(guān)處所建立的所有雙向邏輯鏈路的集合。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于該方法還包括當(dāng)一個新的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)路由器加入到已有的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，則在已有的信道分配方案中加入相應(yīng)的信道分配記錄。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于該方法還包括當(dāng)信道的鏈路質(zhì)量惡化時，將可用的信道重新分配給受影響的鏈路。
15.一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配裝置，其特征在于包括信道分配計(jì)算單元，該信道分配計(jì)算單元又包括第一計(jì)算單元及第二計(jì)算單元，其中，所述第一計(jì)算單元用于在無線網(wǎng)狀網(wǎng)中找出滿足如下約束條件的單向鏈路子集，獲得信道分配的非空可行集合第一約束條件對于每條給定的邏輯鏈路，只分配一個無線信道；第二約束條件對于建立在同一個路由器的同一個無線網(wǎng)絡(luò)接口上的任意兩條邏輯鏈路，分配相同的無線信道；第三約束條件對于連接兩個相同路由器的兩個相同的無線網(wǎng)絡(luò)接口并具有相反方向的兩條邏輯鏈路，分配相同的無線信道；所述第二計(jì)算單元用于窮舉搜索所述非空可行集合，并根據(jù)該非空可行集合每一元素的目標(biāo)函數(shù)值確定最優(yōu)的信道分配方案。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，該無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配裝置還包括輸入單元以及輸出單元，其中，所述輸入單元用于將信道分配計(jì)算所需的輸入信息轉(zhuǎn)換為算法輸入，并將算法輸入傳送到信道分配計(jì)算模塊；所述輸出單元用于將信道分配計(jì)算單元的算法輸出信息轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)根據(jù)如下要求來確定最大的網(wǎng)絡(luò)總?cè)萘恳笠约懊織l雙向鏈路支持業(yè)務(wù)負(fù)載的最低要求；或者網(wǎng)關(guān)處所建立的所有雙向邏輯鏈路可支持的最大數(shù)據(jù)速率之和最大，并且每條鏈路所支持的業(yè)務(wù)負(fù)載達(dá)到最低要求；或者所有雙向邏輯鏈路可支持的最大數(shù)據(jù)速率中的最小值最大，并且每條鏈路所支持的業(yè)務(wù)負(fù)載達(dá)到最低要求。
18.一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配裝置，其特征在于包括信道分配計(jì)算單元，該信道分配計(jì)算單元又包括第一計(jì)算單元及第二計(jì)算單元，其中，所述第一計(jì)算單元用于根據(jù)如下約束條件獲得信道分配的非空可行集合第一約束條件如果兩個無線接口互為鄰居，則給該兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口分配相同的無線信道；第二約束條件如果兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口具有相同的鄰居，則給該兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口分配相同的無線信道；第三約束條件對于兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口，如果其中一個無線網(wǎng)絡(luò)接口的鄰居之一和另一個無線網(wǎng)絡(luò)接口的鄰居之一又互為鄰居，則給該兩個無線網(wǎng)絡(luò)接口分配相同的無線信道；所述第二計(jì)算單元用于窮舉搜索所述非空可行集合，并根據(jù)該非空可行集合每一元素相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值確定最優(yōu)的信道分配方案。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，該無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配裝置還包括輸入單元以及輸出單元，其中，所述輸入單元用于將信道分配計(jì)算所需的輸入信息轉(zhuǎn)換為算法輸入，并將算法輸入傳送到信道分配計(jì)算模塊；所述輸出單元用于將信道分配計(jì)算單元的算法輸出信息轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)根據(jù)如下要求來確定最大的網(wǎng)絡(luò)總?cè)萘恳笠约懊織l雙向鏈路支持業(yè)務(wù)負(fù)載的最低要求；或者網(wǎng)關(guān)處所建立的所有雙向邏輯鏈路可支持的最大數(shù)據(jù)速率之和最大，并且每條鏈路所支持的業(yè)務(wù)負(fù)載達(dá)到最低要求；或者所有雙向邏輯鏈路可支持的最大數(shù)據(jù)速率中的最小值最大，并且每條鏈路所支持的業(yè)務(wù)負(fù)載達(dá)到最低要求。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的信道分配方法及裝置，該方法包括第一步驟，在無線網(wǎng)狀網(wǎng)中找出滿足如下約束條件的單向鏈路子集，以獲得信道分配的非空可行集合對于每條給定的邏輯鏈路，只分配一個無線信道；對于建立在同一個路由器的同一個無線網(wǎng)絡(luò)接口上的任意兩條邏輯鏈路，分配相同的無線信道；對于連接兩個相同路由器的兩個相同的無線網(wǎng)絡(luò)接口并具有相反方向的兩條邏輯鏈路，分配相同的無線信道；第二步驟，根據(jù)對無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的性能要求確定信道分配目標(biāo)函數(shù)，窮舉搜索所述非空可行集合，并根據(jù)該非空可行集合的每一元素相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值確定最優(yōu)的信道分配方案。本發(fā)明可以極大地提高網(wǎng)絡(luò)整體性能。
文檔編號H04Q7/20GK101022379SQ200710064250
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月7日
發(fā)明者謝偉, 范繼濤 申請人:阿德利亞科技(北京)有限責(zé)任公司