無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多播部分重疊信道分配與調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多播部分重疊信道分配與調(diào)度方法，該方法主要包括以下步驟：構(gòu)建多播樹；根據(jù)構(gòu)建好的多播樹，利用無線廣播優(yōu)勢對多播樹中的父節(jié)點和其子節(jié)點進行鄰居-接口綁定，使用相同接口的鏈路構(gòu)成了需要分配相同信道的鏈路集；根據(jù)各鏈路集距離多播源節(jié)點的跳數(shù)，對多播樹中各鏈路集進行升序排列確定信道分配的次序；按照鏈路集的順序為各未分配信道的鏈路集進行多輪滿足無干擾約束的部分重疊信道分配，形成多個無干擾鏈路集；采用靜態(tài)分時調(diào)度的方法調(diào)度各無干擾鏈路集，實現(xiàn)多播樹中所有鏈路的無干擾數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明可以避免隱藏信道問題，增加同時傳輸鏈路數(shù)，實現(xiàn)所有鏈路無干擾傳輸，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量及頻譜利用率。
【專利說明】無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多播部分重疊信道分配與調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線Mesh網(wǎng)絡(luò)信道分配領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多播部分重疊信道分配與調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(WirelessMeshNetwork, WMN)是一種很有前景的無線技術(shù)，在寬帶家庭網(wǎng)絡(luò)、社區(qū)和鄰里網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、樓宇自動化等應(yīng)用領(lǐng)域有著舉足輕重的地位。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)可以看作是無線版、縮微版的Internet，具有自組織、自愈性、高速率、高容量、易組網(wǎng)、低成本、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)性能研究已成為當(dāng)前無線移動通信領(lǐng)域的熱門課題之一，特別在未來移動通信系統(tǒng)長期演進(LongTermEvolution, LTE)中，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)備受矚目。
[0003]由于信道資源的有限性，信道資源的分配與管理是無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的一個關(guān)鍵問題。現(xiàn)有的信道分配算法主要是針對WMN的正交信道分配，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點非常密集的時候，正交信道分配算法會為多條鏈路分配相同信道，進而增加了網(wǎng)絡(luò)的干擾，影響網(wǎng)路性能。部分重疊信道是頻譜上有部分交疊的信道，近期研究結(jié)果表明，只要謹慎設(shè)計部分重疊信道分配算法，就可以減少鄰信道干擾，增加同時傳輸鏈路數(shù)，進而提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量及頻率利用率，因此部分重疊信道分配對于改善網(wǎng)絡(luò)性能具有重要的意義。
[0004]多播是一種有效節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬的通信方式，它通過單個源節(jié)點同時向一組目的節(jié)點傳輸信息。被傳輸?shù)男畔⒆疃嘣诿織l鏈路上傳輸一次，且僅在通向目的節(jié)點的分支處被復(fù)制。多播通信技術(shù)可以顯著提高WMN容量，減少無線鏈路帶寬消耗。從目前國內(nèi)外的研究可以看出WMN中多播信道分配主要集中在正交信道分配，關(guān)于部分重疊信道分配的研究較少，WMN中多播部分重疊信道的使用問題并沒有得到有效解決?，F(xiàn)有的多播部分重疊信道分配和調(diào)度方法存在以下不足:在計算干擾時主要考慮跳數(shù)來衡量干擾，該方法不能有效描述網(wǎng)絡(luò)中的干擾，易造成隱藏信道問題；當(dāng)有多條滿足無干擾條件的信道時，隨機分配信道的方式會影響網(wǎng)絡(luò)性能；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負載較高時，保守的CSMA/CA (CarrierSenseMultipleAccess/ColIisionAvoidance)接入機制不能保證數(shù)據(jù)的有效傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對多信道多接口 WMN提出一種無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多播部分重疊信道分配與調(diào)度方法，該方法首先為多播樹中的鏈路進行無干擾信道分配，然后采用分時調(diào)度方式調(diào)度各無干擾鏈路集，能夠充分利用部分重疊信道保證多播樹中所有鏈路實現(xiàn)無干擾數(shù)據(jù)傳輸，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多播部分重疊信道分配與調(diào)度方法包括以下步驟:
[0007]步驟I)構(gòu)建多播樹；在多播樹中將節(jié)點按照到多播源節(jié)點的跳數(shù)分成不同等級，其中多播源節(jié)點為網(wǎng)關(guān)節(jié)點，在第O級；對于在第i級的任意一個節(jié)點，定義與其相連的在第i+ι級的所有節(jié)點為該節(jié)點的子節(jié)點，該節(jié)點為這些子節(jié)點唯一的父節(jié)點；
[0008]步驟2)根據(jù)構(gòu)建好的多播樹，利用無線廣播優(yōu)勢(WirelessBroadcastAdvantage, WBA)對多播樹中的父節(jié)點和其子節(jié)點進行鄰居-接口綁定，父節(jié)點與其所有子節(jié)點之間的鏈路構(gòu)成了需要分配相同信道的鏈路集；然后根據(jù)各鏈路集距離多播源節(jié)點的跳數(shù)，對多播樹中各鏈路集進行升序排列確定信道分配的次序；所述鏈路集距離多播源節(jié)點的跳數(shù)定義為鏈路集的各個端點距離多播源節(jié)點跳數(shù)的最小值；
[0009]步驟3)按照步驟2)中鏈路集的順序，為各未分配信道的鏈路集分配滿足無干擾約束條件的部分重疊信道，若某鏈路集不存在符合無干擾約束條件信道，則本輪信道分配中不為該鏈路集分配信道；按照上述方式遍歷多播樹中所有未分配信道的鏈路集后，本輪無干擾信道分配結(jié)束；將多播樹中本輪已經(jīng)分配信道的鏈路集看成一個無干擾鏈路集LS1,從未分配信道的鏈路集中劃去此無干擾鏈路集；
[0010]定義需要分配相同信道的鏈路集為L，則L的滿足無干擾約束條件的無干擾信道集Q獲得方法如下:
[0011]a、對于L中任意一條鏈路Ii= (a, b), i=l, 2,......, m,節(jié)點a表示鏈路Ii的發(fā)送
節(jié)點，節(jié)點b表示鏈路Ii的接收節(jié)點，定義鏈路Ii的潛在干擾范圍為"，則表示為:
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多播部分重疊信道分配與調(diào)度方法，其特征在于包括以下步驟:步驟I)構(gòu)建多播樹；在多播樹中將節(jié)點按照到多播源節(jié)點的跳數(shù)分成不同等級，其中多播源節(jié)點為網(wǎng)關(guān)節(jié)點，在第O級；對于在第i級的任意一個節(jié)點，定義與其相連的在第i+Ι級的所有節(jié)點為該節(jié)點的子節(jié)點，該節(jié)點為這些子節(jié)點唯一的父節(jié)點； 步驟2)根據(jù)構(gòu)建好的多播樹，利用無線廣播優(yōu)勢對多播樹中的父節(jié)點和其子節(jié)點進行鄰居-接口綁定，父節(jié)點與其所有子節(jié)點之間的鏈路構(gòu)成了需要分配相同信道的鏈路集；然后根據(jù)各鏈路集距離多播源節(jié)點的跳數(shù)，對多播樹中各鏈路集進行升序排列確定信道分配的次序；所述鏈路集距離多播源節(jié)點的跳數(shù)定義為鏈路集的各個端點距離多播源節(jié)點跳數(shù)的最小值； 步驟3)按照步驟2)中鏈路集的順序，為各未分配信道的鏈路集分配滿足無干擾約束條件的部分重疊信道，若某鏈路集不存在符合無干擾約束條件信道，則本輪信道分配中不為該鏈路集分配信道；按照上述方式遍歷多播樹中所有未分配信道的鏈路集后，本輪無干擾信道分配結(jié)束；將多播樹中本輪已經(jīng)分配信道的鏈路集看成一個無干擾鏈路集LS1，從未分配信道的鏈路集中劃去此無干擾鏈路集； 定義需要分配相同信道的鏈路集為L，則L的滿足無干擾約束條件的無干擾信道集Q獲得方法如下: a、對于L中任意一條鏈路Ii=(a, b), i=l, 2,......，m,節(jié)點a表示鏈路Ii的發(fā)送節(jié)點， 節(jié)點b表示鏈路Ii的接收節(jié)點，定義鏈路Ii的潛在干擾范圍為，則表示為: 其中Itl表示信道間隔τ =O時的干擾范圍，D(a，10)表示以節(jié)點a為圓心以Itl為半徑的圓形區(qū)域，D(b，10)表示以節(jié)點b為圓心以Itl為半徑的圓形區(qū)域； b、定義鏈路Ii的潛在干擾鏈路集為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多播部分重疊信道分配與調(diào)度方法，其特征在于所述步驟3)中，不同傳輸速率下信道間隔為τ時的干擾范圍Ιτ (1=0，1，2，3，4，5)如表1所示；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多播部分重疊信道分配與調(diào)度方法，其特征在于所述步驟3)中，若某鏈路集的無干擾信道集中存在多條信道時，按照最大化信道間隔分配方式為該鏈路集分配信道，即選擇與該鏈路集中父節(jié)點已分配信道間隔最大的信道分配給該鏈路集。
【文檔編號】H04W72/12GK103796325SQ201410072216
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年3月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月2日
【發(fā)明者】石文孝, 金鳳, 鄭宇 , 王繼紅, 崔克強, 許銀龍 申請人:吉林大學(xué)