專利名稱：用于單接口多信道無線網(wǎng)絡(luò)的鏈路分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)通信和信息傳播技術(shù)，尤其涉及一種用于單接口多信道無線網(wǎng)絡(luò)的鏈路分配方法。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的單信道無線網(wǎng)絡(luò)中，存在的一個(gè)主要問題就是多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳輸時(shí)，彼此間的干擾帶來的容量降低的問題。尤其是節(jié)點(diǎn)密度的增加將加劇節(jié)點(diǎn)間的競(jìng)爭(zhēng)和發(fā)送分組之間的沖突，同時(shí)大量的節(jié)點(diǎn)退避降低了信道利用率并導(dǎo)致吞吐量的迅速下降。因此，信道干擾成為影響無線網(wǎng)絡(luò)容量的重要因素。而在多信道無線網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)可以用不同的信道發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，從而減少?zèng)_突。由于信道數(shù)目受限，因此如何合理有效地利用多信道技術(shù)增加無線網(wǎng)絡(luò)并行傳輸?shù)逆溌窋?shù)目，提升無線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量已成為無線網(wǎng)絡(luò)研究中的關(guān)
鍵問題之一。多信道網(wǎng)絡(luò)的性能與網(wǎng)絡(luò)中可用信道的數(shù)目以及通信時(shí)采用的何種信道分配方案相關(guān)。一個(gè)好的信道分配策略，能夠降低無線鏈路之間的干擾，提高無線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的性能和降低網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)數(shù)據(jù)的丟包率。因此，多信道無線網(wǎng)絡(luò)中信道分配成為研究的熱門話題。目前研究者在多信道分配算法方面開展了大量的研究工作，取得了很多的研究成果。根據(jù)多信道分配算法對(duì)節(jié)點(diǎn)接口卡數(shù)目要求的不同，可以將多信道分配算法分為單接口多信道分配算法和多接口多信道分配算法兩類。I、在單接口多信道分配算法中，節(jié)點(diǎn)之間需要一定的信道協(xié)商機(jī)制，目前主要有兩種信道協(xié)商方式1)接口卡周期性的回到公共信道交換協(xié)商信息，并聲明下一個(gè)周期內(nèi)自己使用的信道，基于時(shí)間同步的單接口多信道MAC協(xié)議是該類協(xié)議的典型代表，在該協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)利用ATIM窗口來協(xié)商信道的使用。其主要思想是使用信標(biāo)將時(shí)間分成多個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙使用一個(gè)小窗口來顯示此時(shí)隙的通信量，信道選擇的標(biāo)準(zhǔn)是負(fù)載最小的信道。各節(jié)點(diǎn)在該時(shí)間段中都將自己的接口卡切換到預(yù)先定義的公共信道上進(jìn)行信道協(xié)商，在ATM窗口結(jié)束后，各節(jié)點(diǎn)將信道切換到協(xié)商好的信道進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。2)各節(jié)點(diǎn)使用一個(gè)“眾所周知”的信道切換序列動(dòng)態(tài)的切換信道，其典型代表是SSCH算法，其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)可配備一個(gè)無線網(wǎng)卡，將時(shí)間劃分為多個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙按照已設(shè)定的信道序列進(jìn)行切換，采用該方法，網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)需要知道其相鄰節(jié)點(diǎn)的信道跳變序列，與其通信時(shí)，將網(wǎng)卡工作在對(duì)應(yīng)的信道。2、在多接口多信道分配算法中，根據(jù)接口切換策略的不同，將算法分為三類I)靜態(tài)分配方案。在該類方案中，接口卡所綁定的信道在較長的時(shí)間內(nèi)保持不變，如C-Hyacinth算法，C-Hyacinth給出了一個(gè)集中式求解信道分配和路由策略的通用算法框架，該算法需要預(yù)先獲得網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、各節(jié)點(diǎn)的接口卡數(shù)目和節(jié)點(diǎn)間的流量記錄文件，使用循環(huán)迭代、逐步求精的方法求解節(jié)點(diǎn)間的信道分配和路由路徑，并提出了一種基于貪心策略的信道分配算法；2)動(dòng)態(tài)分配方案。在該類方案中，用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的接口卡所使用的信道動(dòng)態(tài)變化，如DCA協(xié)議，DCA (Dynamic Channel Allocation)協(xié)議將信道分為控制信道和數(shù)據(jù)信道，節(jié)點(diǎn)配備多個(gè)無線網(wǎng)卡，一個(gè)網(wǎng)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(gè)數(shù)據(jù)信道間切換用于鏈路傳送數(shù)據(jù)包和應(yīng)答包；3)混合式分配方案。在該類方案中，節(jié)點(diǎn)的一部分接口卡所綁定的信道保持不變，其余接口卡綁定的信道根據(jù)傳輸需求動(dòng)態(tài)變化，如PCAM算法，該算法使用三個(gè)接口卡進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，一個(gè)用于接收，一個(gè)用于發(fā)送，第三個(gè)用于節(jié)點(diǎn)間的控制信息傳遞，該算法不需要嚴(yán)格的時(shí)鐘同步機(jī)制，不需要預(yù)知網(wǎng)絡(luò)流量記錄文件，能夠較好適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)流量的變化情況，但是該方法不能夠充分利用各網(wǎng)絡(luò)接口卡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種用于單接口多信道無線網(wǎng)絡(luò)的鏈路分配方法，將單接口多信道無線網(wǎng)絡(luò)的鏈路分配到各信道，使得網(wǎng)絡(luò)中的鏈路可以工作在不同的信道上。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種用于單接口多信道無線網(wǎng)絡(luò)的鏈路分配方法，包括如下步驟(I)對(duì)于一個(gè)具有c個(gè)可用信道和I條鏈路的多信道無線網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)該網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D得到網(wǎng)絡(luò)的距離-I沖突圖G ；(2)根據(jù)步驟(I)中得到的網(wǎng)絡(luò)的距離-I沖突圖G，得到網(wǎng)絡(luò)的距離-I沖突矩陣A，矩陣A為一個(gè)1X1的矩陣，其中I為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的鏈路數(shù)，并且根據(jù)各鏈路的沖突值的大小，調(diào)整鏈路的編號(hào)順序，沖突值大的鏈路編號(hào)小，然后更新沖突陣A ;(3)依據(jù)步驟(2)中得到的距離-I沖突矩陣A得到鏈路分配矩陣B，將該多信道無線網(wǎng)絡(luò)的I條鏈路分配到c個(gè)可用信道上。鏈路分配矩陣B為一個(gè)IXc的矩陣，其中I為多信道無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的鏈路數(shù)，c為可用的信道數(shù)目。所述步驟(I)中，網(wǎng)絡(luò)的距離-I沖突圖G通過以下方式得到在多信道無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的節(jié)點(diǎn)用頂點(diǎn)表示，鏈路用邊表示；在網(wǎng)絡(luò)沖突圖G中，多信道無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的鏈路用頂點(diǎn)表示，如果在單信道下，兩條鏈路間存在沖突關(guān)系，則相應(yīng)頂點(diǎn)間會(huì)存在一條邊。所述步驟(I)中，只需要將多信道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的邊轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)沖突圖G中的頂點(diǎn)，然后將有沖突關(guān)系的頂點(diǎn)用邊連接，就可以得到網(wǎng)絡(luò)沖突圖G。作為優(yōu)選，所述步驟2)中，網(wǎng)絡(luò)沖突矩陣A為一個(gè)IX I的矩陣，其中I為多信道無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的鏈路數(shù)。作為優(yōu)選，所述步驟(2)中，網(wǎng)絡(luò)沖突矩陣A=[aij]lxl中各元素的計(jì)算規(guī)則如下
0 / 二 j
a, =0 I本./，/與/不存在距離-1沖突 I / ^./, /與/存在距離-I沖突其中i和j表示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的鏈路，I彡i彡1，I彡j彡1，i和j都為自然數(shù)，距離-I沖突是指兩鏈路存在沖突并且兩鏈路不共用同一節(jié)點(diǎn)。然后統(tǒng)計(jì)出每條鏈路的沖突值，即與某一鏈路沖突的所有鏈路的總和，并且根據(jù)各鏈路的沖突值的大小，調(diào)整鏈路的編號(hào)順序，沖突值大的鏈路編號(hào)小，然后更新沖突陣A。作為優(yōu)選，所述步驟(3)中，鏈路分配矩陣B為一個(gè)IXc的矩陣，其中I為多信道、無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的鏈路數(shù)，C為多信道無線網(wǎng)絡(luò)可用的信道數(shù)目。作為優(yōu)選，所述步驟(3)中，鏈路分配矩陣B的求得包含如下步驟3. I.初始化，設(shè)鏈路分配矩陣BKbijLx。為全零矩陣。計(jì)數(shù)值i=2，j=l，k = 0，bn=1，Dtl=O其中i，j，k為自然數(shù); 3. 2.
權(quán)利要求
1.一種用于單接口多信道無線網(wǎng)絡(luò)的鏈路分配方法，其特征在于該方法包括如下步驟 1)對(duì)于一個(gè)具有C個(gè)可用信道和I條鏈路的多信道無線網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)該網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D得到網(wǎng)絡(luò)的距離-I沖突圖G ； 2)根據(jù)步驟I)中得到的網(wǎng)絡(luò)的距離-I沖突圖G，得到上述網(wǎng)絡(luò)的距離-I沖突矩陣A，并且根據(jù)各鏈路的沖突值的大小，調(diào)整鏈路的編號(hào)順序，沖突值大的鏈路編號(hào)小，然后更新沖突陣A; 3)依據(jù)步驟2)中得到的距離-I沖突矩陣A得到鏈路分配矩陣B，將該多信道無線網(wǎng)絡(luò)的I條鏈路分配到c個(gè)可用信道上；其中，I、c為自然數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于單接口多信道無線網(wǎng)絡(luò)的鏈路分配方法，其特征在于所述步驟2)中，網(wǎng)絡(luò)沖突矩陣A為一個(gè)IX I的矩陣，其中I為多信道無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的鏈路數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于單接口多信道無線網(wǎng)絡(luò)的鏈路分配方法，其特征在于所述步驟2)中，網(wǎng)絡(luò)沖突矩陣A=[au]lxl中各元素的計(jì)算規(guī)則如下 IO i = j ^jj ~ ^ O i承j，與./ 不存在距禹- I沖突 [I/ 與/存在距離-I沖突 其中i和j表示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的鏈路，I彡i彡1，1彡j彡1，i和j都為自然數(shù)，距離-I沖突是指兩鏈路存在沖突并且兩鏈路不共用同一節(jié)點(diǎn)。然后統(tǒng)計(jì)出每條鏈路的沖突值，即與某一鏈路沖突的所有鏈路的總和，并且根據(jù)各鏈路的沖突值的大小，調(diào)整鏈路的編號(hào)順序，沖突值大的鏈路編號(hào)小，然后更新沖突陣A。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于單接口多信道無線網(wǎng)絡(luò)的鏈路分配方法，其特征在于所述步驟3)中，鏈路分配矩陣B為一個(gè)IXc的矩陣，其中I為多信道無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的鏈路數(shù)，c為多信道無線網(wǎng)絡(luò)可用的信道數(shù)目。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于單接口多信道無線網(wǎng)絡(luò)的鏈路分配方法，其特征在于所述步驟3)中，鏈路分配矩陣B的求得包含如下步驟 5. I.初始化，設(shè)鏈路分配矩陣為全零矩陣。計(jì)數(shù)值i=2，j=l, k = O，bn=l,D0=O其中i，j，k為自然數(shù)；5.2. y = ll=oD-，若 2T=v+1a A; =0，則 bfl，并且令 i=i+l, j = I ; 如果i ( I，則轉(zhuǎn)到步驟5. 2 ； 如果i>l，則轉(zhuǎn)到步驟5. 4 ; 若H J=J+l'
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于單接口多信道無線網(wǎng)絡(luò)的鏈路分配方法，包括(1)對(duì)于一個(gè)具有c個(gè)可用信道和l條鏈路的多信道無線網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)該網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D得到網(wǎng)絡(luò)的距離-1沖突圖G；(2)根據(jù)步驟(1)中得到的距離-1網(wǎng)絡(luò)沖突圖G，得到上述網(wǎng)絡(luò)的距離-1沖突矩陣A，并且根據(jù)各鏈路的沖突值的大小，調(diào)整鏈路的編號(hào)順序，更新沖突陣A；(3)依據(jù)步驟(2)中得到的距離-1沖突矩陣A得到鏈路分配矩陣B，將該單接口多信道無線網(wǎng)絡(luò)的l條鏈路分配到c個(gè)信道上。本發(fā)明采用沖突值大的鏈路優(yōu)先分配的策略，而后使用c個(gè)可用信道為l條鏈路分段分配，分配過程中保證每段鏈路內(nèi)部之間無沖突，并且使每段鏈路與前面已分配的鏈路之間的沖突值最小。
文檔編號(hào)H04W28/08GK102752801SQ201210258628
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月24日
發(fā)明者余旭濤, 劉耀中, 張?jiān)阼?申請(qǐng)人:東南大學(xué)