無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多播部分重疊信道分配方法
【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方法，該方法如下：通過獲取網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔⒓岸嗖ソ邮斩肆斜淼玫骄W(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，構(gòu)建對應(yīng)的多播加權(quán)沖突圖；根據(jù)多播加權(quán)沖突圖與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的映射關(guān)系，得到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中各鏈路的權(quán)重；計算各未被覆蓋的多播接收端到網(wǎng)關(guān)的各路徑的路徑代價，從中選擇最小代價路徑并為相關(guān)鏈路分配信道；更新未被覆蓋的多播接收端列表及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中各鏈路的權(quán)重；重復(fù)上述步驟(3)和(4)，直到所有多播接收端均包含到多播樹中，多播樹構(gòu)建及信道分配完畢。本發(fā)明能夠依據(jù)節(jié)點間的歐式距離及其信道間隔準(zhǔn)確判斷節(jié)點之間的干擾關(guān)系，在進(jìn)行信道分配時充分利用無線廣播優(yōu)勢，從而最小化網(wǎng)絡(luò)的帶寬消耗和干擾。
【專利說明】無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多播部分重疊信道分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于多播加權(quán)沖突圖的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多播部分重疊信道分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(Wireless Mesh Networks, WMNs)具有高帶寬、快速部署、易于安裝、維護(hù)簡單、前期投資成本低等優(yōu)勢，能夠擴(kuò)展無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，因此有望成為解決“最后一公里”接入問題的理想解決方案。WMNs是由固定的Mesh路由器、固定或移動的Mesh客戶端組成的。部分Mesh路由器具有橋接功能,可以通過有線鏈路連接到Internet,充當(dāng)WMNs的網(wǎng)關(guān)。
[0003]多播是WMNs中的一種重要通信方式，它一般以網(wǎng)關(guān)為源節(jié)點，通過有效的傳遞方式將信息同時傳遞給一組接收端，從而節(jié)省帶寬，這組接收端通常稱為多播接收端。近年來，WMNs中部署了很多基于多播的應(yīng)用，比如大規(guī)模音頻/視頻會議、遠(yuǎn)程教育、分布式交互游戲等。這些應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)容量、實時性和傳輸質(zhì)量都有很高的要求，這對WMNs有限的容量帶來極大挑戰(zhàn)。信道分配通過為接口合理分配信道顯著降低干擾，提升網(wǎng)絡(luò)容量。多播相比于單播最重要的區(qū)別在于多播具有無線廣播優(yōu)勢(WirelessBroadcastAdvantage，WBA)，即從同一個節(jié)點接收數(shù)據(jù)的各節(jié)點之間不存在干擾。通常我們將起始于同一個節(jié)點的多條鏈路稱為兄弟鏈路，在進(jìn)行多播信道分配時盡量為兄弟鏈路分配相同信道以利用WBA。另外，現(xiàn)有研究成果表明部分重疊信道(PartiallyOverlappedChannels, POCs)，即頻譜上有交疊的信道的使用有助于克服IEEE802.llb/g標(biāo)準(zhǔn)正交信道資源有限的困難，幫助增加網(wǎng)絡(luò)中的并行傳輸鏈路數(shù)，進(jìn)而提升網(wǎng)絡(luò)容量。在使用POCs時，信道間隔指兩條信道的信道號的差值，比如信道I與信道4之間的信道間隔為3。
[0004]目前WMNs中部分重疊信道下的多播信道分配主要針對于單個多播流，信道分配算法大致可以分為兩類:聯(lián)合多播路由與信道分配，分立多播路由與信道分配。聯(lián)合多播路由與信道分配方法考慮路由與信道分配的相互作用，將它們看成一個整體使用規(guī)劃方法進(jìn)行求解，雖然規(guī)劃方法能得到最優(yōu)解，但是其求解難度較大，很難應(yīng)用于實際網(wǎng)絡(luò)。分立多播路由與信道分配方法先構(gòu)建多播樹，然后為構(gòu)建好的多播樹中的鏈路分配信道。該類方法求解的復(fù)雜度較低，通常能獲得次優(yōu)解。在為節(jié)點分配信道時，現(xiàn)有分立多播路由與信道分配方法選擇與已經(jīng)分配了信道的一跳或兩跳鄰居的干擾和最小的信道，但是跳數(shù)距離并不能準(zhǔn)確反映節(jié)點之間的干擾關(guān)系。因此應(yīng)使用歐式距離及信道間隔作為節(jié)點間是否干擾的判據(jù)，以最小化網(wǎng)絡(luò)干擾為目標(biāo)、充分利用WBA來構(gòu)建多播樹、完成信道分配，從而減少網(wǎng)絡(luò)中的帶寬消耗和干擾，實現(xiàn)多播業(yè)務(wù)的有效傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠準(zhǔn)確判斷節(jié)點間干擾關(guān)系，并能有效降低網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗和網(wǎng)絡(luò)中的總干擾、提升多播吞吐量的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多播部分重疊信道分配方法。
[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方法包括:
[0007]I)獲取網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔?、多播接收端列表，得到原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；
[0008]2)初始化已分配信道的鏈路列表及未被覆蓋的多播接收端列表；
[0009]3)根據(jù)步驟I)中的原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D及多播接收端列表，構(gòu)建對應(yīng)的多播加權(quán)沖突圖；多播加權(quán)沖突圖構(gòu)建方法如下:
[0010](I)根據(jù)節(jié)點距離網(wǎng)關(guān)的跳數(shù)距離把原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的節(jié)點分成不同等級，取消同一等級內(nèi)各節(jié)點之間的邊，得到改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；這里網(wǎng)關(guān)節(jié)點定義為I級節(jié)點，其他節(jié)點等級依次遞增，離網(wǎng)關(guān)節(jié)點跳數(shù)距離越遠(yuǎn)的節(jié)點等級越高；
[0011](2)將改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中起始于同一個節(jié)點的所有鏈路構(gòu)成的鏈路集合作為多播加權(quán)沖突圖中的一個頂點；
[0012](3)按照下述方法確定多播加權(quán)沖突圖中任意一對頂點之間是否有邊及對應(yīng)的邊權(quán)重，得到最終的多播加權(quán)沖突圖:
[0013]a)設(shè)多播加權(quán)沖突圖中的任意兩個頂點為SJP S」，其對應(yīng)于改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的鏈路集合Ei和Ej,定義頂點Si和Sj彼此互不干擾所需的最小信道間隔為τ max并初始化為O ;
[0014]b)計算集合Ei中的任意一條鏈路a和集合中的任意一條鏈路b之間的歐式距離d (a, b), d (a, b)定義為鏈路a的任意一個端點與鏈路b的任意一個端點之間的歐式距離的最小值；
[0015]c)將d(a，b)與共信道干擾范圍R" (O)進(jìn)行比較，如果d(a，b)≤R" (0)，則轉(zhuǎn)入下一步驟d);否則轉(zhuǎn)入步驟f)；
[0016]d)將d(a，b)與對應(yīng)于不同信道間隔τ的干擾范圍R" (τ)進(jìn)行比較，當(dāng)滿足R" (τ)≤d(a，b)〈R" ( τ-1)條件時，鏈路a與鏈路b彼此互不干擾所需的最小信道間隔
τ , = τ:
ab，
_ 7] e)當(dāng)τ ab> τ max條件成立時，更新τ 為τ ab ;
[0018]f)判斷是否遍歷了中的所有鏈路，若是則轉(zhuǎn)入下一步驟g)，否則轉(zhuǎn)入步驟b)；
[0019]g)判斷是否遍歷了 Ei中的所有鏈路，若是則轉(zhuǎn)入下一步驟h)，否則轉(zhuǎn)入步驟b)；
[0020]h)根據(jù)τ max的值進(jìn)行判斷，若τ _ = O,則多播加權(quán)沖突圖中頂點Si和S」之間沒有邊；否則，多播加權(quán)沖突圖中頂點Si和S」之間有邊，邊上的權(quán)重為τ max ；
[0021]4)通過步驟3)中構(gòu)建出的多播加權(quán)沖突圖與改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的映射，得到改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中各鏈路上的權(quán)重；改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中各鏈路上的權(quán)重為多播加權(quán)沖突圖中與對應(yīng)于該鏈路的頂點相連的邊上的權(quán)重之和；
[0022]5)利用公式(I)計算從各未被覆蓋的多播接收端到網(wǎng)關(guān)的各條路徑P的路徑代價
【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方法，其特征在于包括下述步驟: 1)獲取網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔?、多播接收端列表，得到原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D； 2)初始化已分配信道的鏈路列表及未被覆蓋的多播接收端列表； 3)根據(jù)步驟I)中的原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D及多播接收端列表，構(gòu)建對應(yīng)的多播加權(quán)沖突圖；多播加權(quán)沖突圖構(gòu)建方法如下: (1)根據(jù)節(jié)點距離網(wǎng)關(guān)的跳數(shù)距離把原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的節(jié)點分成不同等級，取消同一等級內(nèi)各節(jié)點之間的邊，得到改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；這里網(wǎng)關(guān)節(jié)點定義為I級節(jié)點，其他節(jié)點等級依次遞增，離網(wǎng)關(guān)節(jié)點跳數(shù)距離越遠(yuǎn)的節(jié)點等級越高； (2)將改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中起始于同一個節(jié)點的所有鏈路構(gòu)成的鏈路集合作為多播加權(quán)沖突圖中的一個頂點； (3)按照下述方法確定多播加權(quán)沖突圖中任意一對頂點之間是否有邊及對應(yīng)的邊權(quán)重，得到最終的多播加權(quán)沖突圖: a)設(shè)多播加權(quán)沖突圖中的任意兩個頂點為SJPSp其對應(yīng)于改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的鏈路集合Ei和Ej,定義頂點Si和Sj彼此互不干擾所需的最小信道間隔為τ max并初始化為O ; b)計算集合Ei中的任意一條鏈路a和集合中的任意一條鏈路b之間的歐式距離d(a, b), d(a, b)定 義為鏈路a的任意一個端點與鏈路b的任意一個端點之間的歐式距離的最小值； c)將d(a，b)與共信道干擾范圍R"(O)進(jìn)行比較，如果d(a，b)≤R" (0)，則轉(zhuǎn)入下一步驟d);否則轉(zhuǎn)入步驟f)； d)將d(a，b)與對應(yīng)于不同信道間隔τ的干擾范圍R"(τ)進(jìn)行比較，當(dāng)滿足R" (τ)≤d(a，b)〈R" ( τ-1)條件時，鏈路a與鏈路b彼此互不干擾所需的最小信道間隔τ , = τ:ab， e)當(dāng)τab> τ max條件成立時，更新τ 為Tab; f)判斷是否遍歷了&中的所有鏈路，若是則轉(zhuǎn)入下一步驟g)，否則轉(zhuǎn)入步驟b)； g)判斷是否遍歷TEi中的所有鏈路，若是則轉(zhuǎn)入下一步驟h)，否則轉(zhuǎn)入步驟b)； h)根據(jù)τ_的值進(jìn)行判斷，若τ_ = 0，則多播加權(quán)沖突圖中頂點Si和&之間沒有邊；否則，多播加權(quán)沖突圖中頂點Si和S」之間有邊，邊上的權(quán)重為τ max ； 4)通過步驟3)中構(gòu)建出的多播加權(quán)沖突圖與改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的映射，得到改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中各鏈路上的權(quán)重；改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中各鏈路上的權(quán)重為多播加權(quán)沖突圖中與對應(yīng)于該鏈路的頂點相連的邊上的權(quán)重之和； 5)利用公式(I)計算從各未被覆蓋的多播接收端到網(wǎng)關(guān)的各條路徑P的路徑代價
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方法，其特征在于所述步驟7)中為鏈路分配信道過程，包含如下步驟: (1)首先為路徑代價最小的路徑的任一相關(guān)鏈路分配信道，并將該鏈路及分配的對應(yīng)信道添加到已分配信道的鏈路列表； (2)當(dāng)為某一鏈路s分配信道時，根據(jù)公式(2)、(3)、(4)計算預(yù)為鏈路s分配信道.1，2，…，11時，鏈路s與網(wǎng)絡(luò)中已分配信道的鏈路之間的總干擾Itrt ；
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方法，其特征在于所述步驟7)中為鏈路分配信道過程，包含如下步驟: (1)首先為路徑代價最小的路徑的相關(guān)鏈路中距離網(wǎng)關(guān)最近的鏈路分配信道，并將該鏈路及分配的對應(yīng)信道添加到已分配信道的鏈路列表； (2)當(dāng)為某一鏈路s分配信道時，判斷鏈路s是否有兄弟鏈路，若是則轉(zhuǎn)入下一步驟(3)，否則轉(zhuǎn)入步驟(4)； (3)判斷鏈路s的兄弟鏈路是否已經(jīng)被分配了信道，若是，則將相同信道分配給鏈路S，以利用無線廣播優(yōu)勢，轉(zhuǎn)入步驟(6);否則轉(zhuǎn)入下一步驟(4)； (4)根據(jù)公式(2)、(3)、⑷計算預(yù)為鏈路s分配信道1，2，…，11時，鏈路s與網(wǎng)絡(luò)中已分配信道的鏈路之間的總干擾Itrt ；
【文檔編號】H04W72/08GK104038946SQ201410323250
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】石文孝, 王繼紅, 崔克強, 金鳳, 許銀龍 申請人:吉林大學(xué)