專利名稱：一種與路由相結(jié)合的信道分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)間通信前的路由算法、信道分配方法，具體提供了一種與路由相結(jié)合的信道分配方法。
背景技術(shù)：
無線網(wǎng)狀網(wǎng)(WMN)是一種由Mesh路由器和Mesh終端設(shè)備以無線鏈路形式連接的靜態(tài)無線網(wǎng)絡(luò)，并且被認(rèn)為Internet的無線版本。WMN大幅降低了網(wǎng)絡(luò)部署的復(fù)雜程度， 而且由于使用無線連接所以減少了對成本高昂的有線連接的需求。作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)， Mesh結(jié)構(gòu)已被納入到IEEE 802. 11、IEEE 802. 15和IEEE 802. 16標(biāo)準(zhǔn)中。隨著無線網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)的發(fā)展，用戶數(shù)量和業(yè)務(wù)量的急劇增加，用戶對帶寬的需求也在不斷增長。如何滿足用戶需求，提高網(wǎng)絡(luò)容量是無線Mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵問題，在Mesh網(wǎng)絡(luò)中使用多信道是解決這一問題簡單有效的方法?，F(xiàn)有的無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如IEEE 802. llb/g，工作在2. 4 2. 4835GHz頻段，這些頻段被分為11個(gè)信道，其中，只有3條是正交信道(即頻率不重疊)。在信道的使用過程中，不是所有的信道都能被同時(shí)使用，因?yàn)橄噜彽男诺酪蝾l率相交會互相干擾。通常，信道I、信道 6和信道11能夠用于同時(shí)通信而不相互干擾。IEEE 802. Ila擴(kuò)充了標(biāo)準(zhǔn)的物理層，規(guī)定該層使用5GHz的頻帶。該標(biāo)準(zhǔn)采用OFDM調(diào)制技術(shù)，提供了 12個(gè)非重疊的傳輸信道，它的傳輸速率范圍為6Mbps-54Mbps。不過，也正式因?yàn)?02. Ila使用的頻段較高，使其傳輸距離大打折扣，其無線AP的覆蓋范圍甚至不到802. llb/g的一半。以實(shí)際情況來說，假如一個(gè)使用了 802. Ilb標(biāo)準(zhǔn)的無線AP的覆蓋為80米，那么使用802. Ila標(biāo)準(zhǔn)的無線AP就只能達(dá)到30米左右。另外，由于設(shè)計(jì)復(fù)雜，基于802. Ila標(biāo)準(zhǔn)的無線產(chǎn)品的成本要比基于802. Ilb 的無線產(chǎn)品高的多。所以當(dāng)前的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)使用802. Ilb標(biāo)準(zhǔn)居多。那么只有合理有效的分配非常有限的信道資源，才能夠在很大程度上消除Mesh節(jié)點(diǎn)間的信號干擾，從而提高無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，確保無線Mesh網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，降低丟包率，使無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)嶋H應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)信道研究得比較多的是單信道MAC協(xié)議，其設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要集中在解決隱藏終端和暴露終端問題，大多數(shù)的協(xié)議都采用RTS/CTS分組的預(yù)約機(jī)制來解決該問題。采用單信道的一個(gè)共同問題就是移動節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加將加劇節(jié)點(diǎn)間的競爭和分組發(fā)送的沖突，使得網(wǎng)絡(luò)性能隨之急劇下降，信道利用率降低。采用多接口多信道技術(shù)可以為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)或鏈路分配不同信道，有效降低網(wǎng)絡(luò)干擾，提升網(wǎng)絡(luò)容量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、方便實(shí)用的電源結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)方案是按以下方式實(shí)現(xiàn)的，該一種與路由相結(jié)合的信道分配方法， 其實(shí)現(xiàn)步驟包括I)、獲得MAC層數(shù)據(jù)；
2)、在路由協(xié)議中加入MAC數(shù)據(jù)，建立節(jié)點(diǎn)之間的鏈接；
3)、根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)得到較優(yōu)的鏈路進(jìn)行信道分配，同時(shí)采取避免干擾機(jī)制。上述步驟3 )的信道分配過程為
a、發(fā)送節(jié)點(diǎn)檢查自己的信道信息表CIT，選擇可以使用的信道C_USE并將此信息加入到路由信息中，使用公共控制信道進(jìn)行本地廣播，尋找接收節(jié)點(diǎn)；
b、在步驟發(fā)送節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)過程中，發(fā)送節(jié)點(diǎn)的干擾范圍內(nèi)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)都會收到發(fā)送節(jié)點(diǎn)的路由信息，并根據(jù)收到的信息更新自己的CIT ；
C、發(fā)送節(jié)點(diǎn)干擾范圍以內(nèi)的節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)自己的CIT分配其他信道；發(fā)送節(jié)點(diǎn)干擾范圍以外的節(jié)點(diǎn)如果監(jiān)聽到控制信道被使用，則采用規(guī)避算法等待信道讓出，直到此信道被讓出；
d、接收節(jié)點(diǎn)收到路由信息包后，根據(jù)收到的信道信息查詢自己CIT中的當(dāng)前被占用信道C_CUR，確定能夠使用的信道C_USE，更新CIT，并以此信道進(jìn)行通信；
e、當(dāng)通信完畢后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)通知接收節(jié)點(diǎn)信道C_USE使用完畢，讓出此信道的控制權(quán)， 兩個(gè)節(jié)點(diǎn)更新CIT。所述避免干擾機(jī)制是指如果上一跳節(jié)點(diǎn)預(yù)約的信道不能使用，則節(jié)點(diǎn)返回自己的信道信息，上一跳更新自己的信道信息表后，重新選擇可以使用的信道重新進(jìn)行協(xié)調(diào)信道的工作。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所產(chǎn)生的有益效果是
本發(fā)明的一種與路由相結(jié)合的信道分配方法提出一種基于跨層設(shè)計(jì)的與路由相結(jié)合的信道分配策略，本發(fā)明整合了網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和MAC層信道信息，使節(jié)點(diǎn)對在通信時(shí)盡量能夠分配到較好的通信鏈路，動態(tài)地分配信道資源，通信只有在有需要時(shí)才被分配，使用完后則被釋放，不會造成信道的浪費(fèi)，使信道資源相對地增加；利用跨層設(shè)計(jì)的思想，將MAC層的信道信息加入到路由信息中，使節(jié)點(diǎn)能夠根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的容量況進(jìn)行路由，進(jìn)行合理地信道分配；算法中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需要和自身信號干擾內(nèi)的節(jié)點(diǎn)交換信息，對范圍外的節(jié)點(diǎn)沒有影響；采用了比較簡單的信道干擾的度量標(biāo)準(zhǔn)，減少了節(jié)點(diǎn)計(jì)算此閥值的時(shí)間。


附圖I是本發(fā)明的節(jié)點(diǎn)分配信道示意圖。附圖2為實(shí)施例的信道分配過程。附圖3為實(shí)施例的信道回復(fù)過程。附圖4為實(shí)施例的避免干擾過程。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種與路由相結(jié)合的信道分配方法作以下詳細(xì)說明。通過整合網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和MAC層信道信息，使節(jié)點(diǎn)對在通信時(shí)盡量能夠分配到較好的通信鏈路，現(xiàn)提供一種與路由相結(jié)合的信道分配方法，其實(shí)現(xiàn)步驟包括
I)、獲得MAC層數(shù)據(jù)，這是信道分配的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，節(jié)點(diǎn)根據(jù)MAC層的數(shù)據(jù)進(jìn)行路由和避免干擾；2)、在路由協(xié)議中加入MAC數(shù)據(jù)，建立節(jié)點(diǎn)之間的鏈接；
3)、根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)得到較優(yōu)的鏈路進(jìn)行信道分配，選擇較優(yōu)鏈路主要負(fù)責(zé)根據(jù)得到的MAC層數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)來判斷節(jié)點(diǎn)在路由時(shí)鏈路和避免干擾的操作，同時(shí)采取避免干擾機(jī)制，避免干擾機(jī)制是信道分配策略核心部分，解決了在不同的鏈路以及信號干擾的情況下節(jié)點(diǎn)通信時(shí)該如何盡量避免干擾的問題。上述步驟3)的信道分配過程如附圖I所示，其具體實(shí)現(xiàn)過程如下
a、發(fā)送節(jié)點(diǎn)檢查自己的信道信息表CIT，選擇可以使用的信道C_USE并將此信息加入到路由信息中，使用公共控制信道進(jìn)行本地廣播，尋找接收節(jié)點(diǎn)；
b、在步驟發(fā)送節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)過程中，發(fā)送節(jié)點(diǎn)的干擾范圍內(nèi)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)都會收到發(fā)送節(jié)點(diǎn)的路由信息，并根據(jù)收到的信息更新自己的CIT ；
C、發(fā)送節(jié)點(diǎn)干擾范圍以內(nèi)的節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)自己的CIT分配其他信道；發(fā)送節(jié)點(diǎn)干擾范圍以外的節(jié)點(diǎn)如果監(jiān)聽到控制信道被使用，則采用規(guī)避算法等待信道讓出，直到此信道被讓出；
d、接收節(jié)點(diǎn)收到路由信息包后，根據(jù)收到的信道信息查詢自己CIT中的當(dāng)前被占用信道C_CUR，確定能夠使用的信道C_USE，更新CIT，并以此信道進(jìn)行通信；
e、當(dāng)通信完畢后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)通知接收節(jié)點(diǎn)信使用完畢，讓出此信道的控制權(quán)， 兩個(gè)節(jié)點(diǎn)更新CIT。所述避免干擾機(jī)制是指如果上一跳節(jié)點(diǎn)預(yù)約的信道不能使用，則節(jié)點(diǎn)返回自己的信道信息，上一跳更新自己的信道信息表后，重新選擇可以使用的信道重新進(jìn)行協(xié)調(diào)信道的工作。實(shí)施例
下面參照附圖2，對本發(fā)明的內(nèi)容以一個(gè)具體實(shí)例來描述實(shí)現(xiàn)這一方法的過程，若節(jié)點(diǎn) A要與節(jié)點(diǎn)C進(jìn)行通信，在信道協(xié)調(diào)和分配過程中，需要網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)固定的控制信道來對干擾范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行載波監(jiān)聽并協(xié)調(diào)信道，以此來避免多信道的隱藏終端問題，其他的信道作為數(shù)據(jù)傳輸使用的信道。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有5個(gè)互不干擾的信道，信道Cl為控制信道，C2、C3為數(shù)據(jù)信道。每個(gè)節(jié)點(diǎn)有一個(gè)CIT表，CIT中各個(gè)數(shù)據(jù)的初始值均為O。當(dāng)節(jié)點(diǎn)A要建立與C節(jié)點(diǎn)的路由時(shí)
(I)節(jié)點(diǎn)A選擇可以使用的信道作為預(yù)約信道，然后源節(jié)點(diǎn)A在控制信道上廣播一個(gè)攜帶信道狀態(tài)信息的RREQ消息給下一跳鄰居節(jié)點(diǎn)B。(2)節(jié)點(diǎn)B從接收到源節(jié)點(diǎn)A的RREQ后，通過對比自己的信道信息表，得出可以使用的信道，并計(jì)算信道預(yù)約時(shí)間T_PRE。然后，B更新自己的相應(yīng)的數(shù)據(jù)，選擇另一個(gè)可用信道作為預(yù)約信道與下一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行下一步協(xié)調(diào)工作，并將更新后信道信息和預(yù)約時(shí)間的值附在RREQ中，廣播給下一跳鄰居節(jié)點(diǎn)C。(3)節(jié)點(diǎn)C接收到節(jié)點(diǎn)B的RREQ后，通過對比自己的信道信息表，得出可以使用的信道，并計(jì)算信道預(yù)約時(shí)然后，B更新自己的CIT表。由于C是目的節(jié)點(diǎn)，不需要再轉(zhuǎn)發(fā)RREQ。如附圖3所示，節(jié)點(diǎn)C將自己信道信息附在RREQ中向上一跳節(jié)點(diǎn)B、節(jié)點(diǎn)B將自己信道信息附在RREQ中向上一跳節(jié)點(diǎn)A進(jìn)行回復(fù)，建立反向鏈路。此時(shí)，整個(gè)鏈路的信道則分配完畢。如附圖4所示，節(jié)點(diǎn)B收到節(jié)點(diǎn)A的RREQ后，發(fā)現(xiàn)預(yù)約的信道不能使用，則返回自己信道表中信息，A更新自己的信道信息表后重新與B協(xié)調(diào)信道，進(jìn)而完成避免干擾的過程。由于每兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的鏈路都使用了不同的信道，所以避免了干擾。本發(fā)明使用時(shí)間作為節(jié)點(diǎn)負(fù)載情況的度量，并通過一個(gè)隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)較優(yōu)的信道分配，通過對時(shí)間和隊(duì)列的操作可以改變網(wǎng)絡(luò)中的鏈路狀況，有效降低網(wǎng)絡(luò)干擾，提升網(wǎng)絡(luò)容量。
權(quán)利要求
1.一種與路由相結(jié)合的信道分配方法，其特征在于其實(shí)現(xiàn)步驟包括I)、獲得MAC層數(shù)據(jù)；2 )、在路由協(xié)議中加入MAC數(shù)據(jù)，建立節(jié)點(diǎn)之間的鏈接；3)、根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)得到較優(yōu)的鏈路進(jìn)行信道分配，同時(shí)采取避免干擾機(jī)制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種與路由相結(jié)合的信道分配方法，其特征在于上述步驟3) 的信道分配過程為a、發(fā)送節(jié)點(diǎn)檢查自己的信道信息表CIT，選擇可以使用的信道C_USE并將此信息加入到路由信息中，使用公共控制信道進(jìn)行本地廣播，尋找接收節(jié)點(diǎn)；b、在步驟發(fā)送節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)過程中，發(fā)送節(jié)點(diǎn)的干擾范圍內(nèi)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)都會收到發(fā)送節(jié)點(diǎn)的路由信息，并根據(jù)收到的信息更新自己的CIT ；C、發(fā)送節(jié)點(diǎn)干擾范圍以內(nèi)的節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)自己的CIT分配其他信道；發(fā)送節(jié)點(diǎn)干擾范圍以外的節(jié)點(diǎn)如果監(jiān)聽到控制信道被使用，則采用規(guī)避算法等待信道讓出，直到此信道被讓出；d、接收節(jié)點(diǎn)收到路由信息包后，根據(jù)收到的信道信息查詢自己CIT中的當(dāng)前被占用信道C_CUR，確定能夠使用的信道C_USE，更新CIT，并以此信道進(jìn)行通信；e、當(dāng)通信完畢后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)通知接收節(jié)點(diǎn)信道C_USE使用完畢，讓出此信道的控制權(quán)， 兩個(gè)節(jié)點(diǎn)更新CIT。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種與路由相結(jié)合的信道分配方法，其特征在于所述避免干擾機(jī)制是指如果上一跳節(jié)點(diǎn)預(yù)約的信道不能使用，則節(jié)點(diǎn)返回自己的信道信息，上一跳更新自己的信道信息表后，重新選擇可以使用的信道重新進(jìn)行協(xié)調(diào)信道的工作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種與路由相結(jié)合的信道分配方法，其實(shí)現(xiàn)步驟包括1)獲得MAC層數(shù)據(jù)；2)在路由協(xié)議中加入MAC數(shù)據(jù)，建立節(jié)點(diǎn)之間的鏈接；3)根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)得到較優(yōu)的鏈路進(jìn)行信道分配，同時(shí)采取避免干擾機(jī)制。該一種與路由相結(jié)合的信道分配方法和現(xiàn)有技術(shù)相比，整合了網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和MAC層信道信息，使節(jié)點(diǎn)對在通信時(shí)盡量能夠分配到較好的通信鏈路，動態(tài)地分配信道資源。
文檔編號H04W76/06GK102595618SQ201210043548
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者叢戎 申請人:浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司