專利名稱：基于極大編碼機會的多信道分配方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡技術領域，特別是涉及一種基于極大編碼機會的多信道分配方法。
背景技術：
在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡傳輸中均采用存儲一轉發(fā)的模式(Store-and-Forward),即節(jié)點只對數(shù)據(jù)包進行復制以及轉發(fā)，這樣的傳輸機制的容量在理論上只能達到鏈路的最大容量，因此該模式已經(jīng)使得當前的網(wǎng)絡性能無法再提高，但是從信息論角度來看，節(jié)點對于數(shù)據(jù)包的處理不應當僅僅局限在復制、轉發(fā)的效用，應該對數(shù)據(jù)包作進一步的處理，在此基礎上Ahlswed等人在2000年提出了網(wǎng)絡編碼(Network Coding)的思想。網(wǎng)絡編碼的提出是以信息論為基礎的，它打破了傳統(tǒng)通信技術的信息處理方式， 基于組播思想，通過對來自不同數(shù)據(jù)流的節(jié)點進行編碼操作，使得網(wǎng)絡組播達到最大流理論的極限。目前已經(jīng)得到國內(nèi)外許多學者以及研究機構的關注，成為提高無線網(wǎng)絡的研究熱點之一。網(wǎng)絡編碼技術的提出大大地增加了網(wǎng)絡容量達到理想值的可能性，而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡編碼是基于單信道實現(xiàn)的，單信道網(wǎng)絡編碼技術的使用相比傳統(tǒng)的存儲一轉發(fā)模式降低了傳輸?shù)拇螖?shù)，而對網(wǎng)絡中的鏈路資源利用率較低，在802. lla/b/g協(xié)議棧中均定義每個網(wǎng)卡中有多個正交的信道可以使用，因此單信道網(wǎng)絡編碼技術對網(wǎng)絡中信道的利用造成了浪費，同時網(wǎng)絡編碼在單信道的環(huán)境下使用容易造成單信道中常見的隱藏終端或者暴露終端問題。多信道技術作為當前無線網(wǎng)絡提高鏈路利用率的關鍵技術之一，已經(jīng)得到了國內(nèi)外學者的廣泛關注，而當前關于多信道技術的研究主要是設計合理的信道分配算法以降低信道間干擾，從而提高整個網(wǎng)絡的性能。多信道技術的應用實現(xiàn)了節(jié)點在同一時刻可以和多個不同的節(jié)點進行通信，這樣提高了網(wǎng)絡資源的利用率，同時使得網(wǎng)絡的整體吞吐量得到了極大的提高。當前關于多信道技術的研究有很多種。從射頻數(shù)量來分，主要有單射頻多信道技術、多射頻多信道技術；從研究手段來分，主要有基于流量控制、基于拓撲控制、節(jié)點分簇、圖論等；從信道的動態(tài)性來分，主要有靜態(tài)信道分配、動態(tài)信道分配以及混合信道分配等。但是傳統(tǒng)的多信道分配技術僅僅考慮信道分配以降低信道干擾，并且一些方法將多信道分配問題歸約到網(wǎng)絡拓撲控制層面，而當前關于拓撲控制的最優(yōu)問題仍然還是一個NP完全問題，因此，在很多情況下并不適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高了網(wǎng)絡的整體吞吐量、降低網(wǎng)絡拓撲中信道間干擾的基于極大編碼機會的多信道分配方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的基于極大編碼機會的多信道分配方法包括以下步驟第一步，初始化網(wǎng)絡拓撲
給每個無線節(jié)點配置兩個無線射頻，隨機選擇一個作為初始化射頻；第二步，劃分節(jié)點優(yōu)先級節(jié)點分配信道的先后次序稱為節(jié)點優(yōu)先級。本專利中將節(jié)點的優(yōu)先級分為三個等級，即高優(yōu)先級，次優(yōu)先級以及低優(yōu)先級。由于節(jié)點的編碼機會與節(jié)點的度成正比關系，在網(wǎng)絡拓撲的初始化后，計算網(wǎng)絡拓撲中各個節(jié)點的度，選取該網(wǎng)絡中度最大且連接邊緣節(jié)點(將無線網(wǎng)絡中節(jié)點位置處在該網(wǎng)絡結構最外層的節(jié)點稱為邊緣節(jié)點)個數(shù)最多的作為潛在編碼節(jié)點(將無線網(wǎng)絡中可能存在編碼機會的節(jié)點稱為潛在編碼節(jié)點)，并連同其一跳節(jié)點作為滿足該潛在編碼節(jié)點的潛在編碼結構(將無線網(wǎng)絡中潛在編碼節(jié)點以及其一跳鄰居節(jié)點所構成的網(wǎng)絡結構稱為潛在編碼結構)；根據(jù)節(jié)點度的計算結果，可以得出潛在編碼節(jié)點集合以及若干潛在編碼結構；而在不同的潛在編碼結構中可能存在相交的節(jié)點，即一個或者多個節(jié)點可能同時處于兩個不同的潛在編碼結構中，將這類節(jié)點設置為高優(yōu)先級節(jié)點；將潛在編碼節(jié)點集合中的 各個節(jié)點設置為次優(yōu)先級節(jié)點；將邊緣節(jié)點及其他非高優(yōu)先級、非次優(yōu)先級節(jié)點設置為低優(yōu)先級節(jié)點；第三步，對高優(yōu)先級節(jié)點分配信道首先，高優(yōu)先級節(jié)點間分配信道；然后，高優(yōu)先級節(jié)點與次優(yōu)先級節(jié)點(潛在編碼節(jié)點)間分配信道；最后，高優(yōu)先級節(jié)點與低優(yōu)先級節(jié)點間分配信道；基本分配原則是相鄰信道不能分配相同信道；多信道分配主要是降低信道間的干擾，如果在信道分配過程中，存在一條鏈路不管分配哪個信道都會增加對相鄰信道的干擾，那么就斷開這條鏈路，其兩端的節(jié)點通過其他鏈路進行通信；第四步，對次優(yōu)先級節(jié)點分配信道首先計算各個潛在編碼節(jié)點與其鄰居節(jié)點集合中未分配信道的鄰居節(jié)點個數(shù)，再按照個數(shù)遞減的順序選擇潛在編碼節(jié)點的分配順序，即擁有未分配信道的鄰居節(jié)點個數(shù)最多的潛在編碼節(jié)點優(yōu)先對其分配信道；如果存在一條鏈路不管分配哪個信道都會增加對相鄰信道的干擾，那么就斷開這條鏈路，其兩端的節(jié)點通過其他鏈路進行通信；第五步，對低優(yōu)先級節(jié)點分配信道高優(yōu)先級節(jié)點相比低優(yōu)先級節(jié)點更能保證網(wǎng)絡拓撲的連通性，若低優(yōu)先級節(jié)點進行信道分配時產(chǎn)生信道沖突，那么應當遵循高優(yōu)先級節(jié)點和次優(yōu)先級節(jié)點的信道分配結果，即保證不更改高優(yōu)先級節(jié)點和次優(yōu)先級節(jié)點已分配的信道。本發(fā)明的方法的主要特點如下(I)多信道網(wǎng)絡編碼相比單信道網(wǎng)絡編碼的網(wǎng)絡性能在理論上得到了較大的提高。多信道網(wǎng)絡編碼的技術的使用，使得編碼節(jié)點在同一個時間片內(nèi)能夠接收到來自不同源節(jié)點的數(shù)據(jù)包，表I描述了假設每條數(shù)據(jù)流有n個數(shù)據(jù)包，單信道網(wǎng)絡編碼與多信道網(wǎng)絡編碼完成n個數(shù)據(jù)包交換分別所需的時間，其中X代表時間片。表In個數(shù)據(jù)包采用單/多信道網(wǎng)絡編碼技術完成數(shù)據(jù)交換所需時間表
權利要求
1.一種基于極大編碼機會的多信道分配方法，其特征在于包括以下步驟 第一步，初始化網(wǎng)絡拓撲 給每個無線節(jié)點配置兩個無線射頻，隨機選擇一個作為初始化射頻； 第二步，劃分節(jié)點優(yōu)先級 節(jié)點的編碼機會與節(jié)點的度成正比關系，在網(wǎng)絡拓撲初始化后，計算網(wǎng)絡拓撲中各個節(jié)點的度，選取該網(wǎng)絡中度最大且連接邊緣節(jié)點個數(shù)最多的作為潛在編碼節(jié)點，并連同其一跳節(jié)點作為滿足該潛在編碼節(jié)點的潛在編碼結構；根據(jù)節(jié)點度的計算結果，可以得出潛在編碼節(jié)點集合以及若干潛在編碼結構；而在不同的潛在編碼結構中可能存在相交的節(jié)點，即一個或者多個節(jié)點可能同時處于兩個不同的潛在編碼結構中，將這類節(jié)點設置為高優(yōu)先級節(jié)點；將潛在編碼節(jié)點集合中的各個節(jié)點設置為次優(yōu)先級節(jié)點；將邊緣節(jié)點及其他非高優(yōu)先級、非次優(yōu)先級節(jié)點設置為低優(yōu)先級節(jié)點； 第三步，對高優(yōu)先級節(jié)點分配信道 首先，高優(yōu)先級節(jié)點間分配信道；然后，高優(yōu)先級節(jié)點與次優(yōu)先級節(jié)點間分配信道；最后，高優(yōu)先級節(jié)點與低優(yōu)先級節(jié)點間分配信道；基本分配原則是相鄰信道不能分配相同信道; 多信道分配主要是降低信道間的干擾，如果在信道分配過程中，存在一條鏈路不管分配哪個信道都會增加對相鄰信道的干擾，那么就斷開這條鏈路，其兩端的節(jié)點通過其他鏈路進行通信； 第四步，對次優(yōu)先級節(jié)點分配信道 首先計算各個潛在編碼節(jié)點與其鄰居節(jié)點集合中未分配信道的鄰居節(jié)點個數(shù)，再按照個數(shù)遞減的順序選擇潛在編碼節(jié)點的分配順序，即擁有未分配信道的鄰居節(jié)點個數(shù)最多的潛在編碼節(jié)點優(yōu)先對其分配信道；如果存在一條鏈路不管分配哪個信道都會增加對相鄰信道的干擾，那么就斷開這條鏈路，其兩端的節(jié)點通過其他鏈路進行通信； 第五步，對低優(yōu)先級節(jié)點分配信道 高優(yōu)先級節(jié)點相比低優(yōu)先級節(jié)點更能保證網(wǎng)絡拓撲的連通性，若低優(yōu)先級節(jié)點進行信道分配時產(chǎn)生信道沖突，那么應當遵循高優(yōu)先級節(jié)點和次優(yōu)先級節(jié)點的信道分配結果，即保證不更改高優(yōu)先級節(jié)點和次優(yōu)先級節(jié)點已分配的信道。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種基于極大編碼機會的多信道分配方法，其步驟是第一步，初始化網(wǎng)絡拓撲；第二步，劃分節(jié)點優(yōu)先級；第三步，對高優(yōu)先級節(jié)點分配信道；第四步，對次優(yōu)先級節(jié)點分配信道；第五步，對低優(yōu)先級節(jié)點分配信道。本發(fā)明所提出的基于極大編碼機會的多信道分配方法提高了網(wǎng)絡的整體吞吐量，降低了網(wǎng)絡拓撲中信道間干擾。
文檔編號H04W72/10GK102685909SQ20121015004
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權日2012年5月15日
發(fā)明者蘭海燕, 宋洪濤, 康世龍, 武廣君, 王浩, 趙蘊龍, 高振國 申請人:哈爾濱工程大學