專利名稱：一種cwmn中資源節(jié)約的分布式組播與頻譜分配方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無線網(wǎng)絡技術領域，涉及ー種認知無線Mesh網(wǎng)絡中滿足QoS約束的資源節(jié)約的分布式組播路由與頻譜分配方法。
背景技術：
認知無線Mesh網(wǎng)絡(cognitive wireless mesh network, CWMN)中，姆個Mesh節(jié)點都使用認知無線電(cognitive radio, CR)技術,對于姆個配備CR的Mesh節(jié)點(CR-Mesh路由器、CR-Mesh網(wǎng)關、CR-Mesh終端)，能夠感知主系統(tǒng)中未使用的頻譜，并動態(tài)地接入到這些可用的頻譜。本發(fā)明主要考慮CR-Mesh節(jié)點已經(jīng)獲得可用信道條件下的以資源節(jié)約為目標的 分布式組播路由與頻譜分配方法。資源節(jié)約的組播路由樹構(gòu)造與頻譜分配問題關注的是如何充分利用無線廣播特性節(jié)約射頻資源。當一個節(jié)點使用某個信道發(fā)送ー個數(shù)據(jù)包給他的某個鄰居的時候，由于廣播特性的存在，該節(jié)點的所有工作在該信道的鄰居節(jié)點都能收到這個數(shù)據(jù)包。組播路由樹中使用的射頻資源數(shù)等價于組播樹中的傳輸次數(shù)，以資源節(jié)約為目標等價于以最小化傳輸次數(shù)為目標。在CWMN中，由于主用戶(primary users, PU)占用授權(quán)信道的隨機性,CR-Mesh節(jié)點感知的可用信道數(shù)存在異構(gòu)，這將使得CWMN中構(gòu)造資源節(jié)約組播路由樹問題變得更加復雜。經(jīng)查閱相關文獻，未見有關針對認知無線Mesh網(wǎng)絡中滿足QoS約束的以資源節(jié)約為目標的分布式組播路由樹構(gòu)造與頻譜分配問題的報道。鑒于以上考慮，本發(fā)明提供了ー種認知無線Mesh網(wǎng)絡中滿足QoS約束的以資源節(jié)約為目標的分布式組播路由與頻譜分配方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供ー種認知無線Mesh網(wǎng)絡中滿足QoS約束的資源節(jié)約的分布式組播路由與頻譜分配方法，通過有效的構(gòu)造組播路由樹與頻譜分配最小化組播路由樹消耗的射頻資源數(shù)。發(fā)明的技術解決方案如下
我們將靜止的CR-Mesh節(jié)點組成的CWMN建模為ー個無向圖G = (Fj),其中K表示CR-Mesh節(jié)點的集合。A表示鏈接兩個能相互通信的CR-Mesh節(jié)點的無線鏈路的集合，兩個CR-Mesh節(jié)點能相互通信的前提是兩個CR-Mesh節(jié)點必須至少具有一個相同的可用信道，并且滿足通信距離的約束，以及認知射頻接口數(shù)約束。當前網(wǎng)絡環(huán)境，可用信道的集合Z= (1義3ん5)，信道k的帶寬用妒,一般情況下，不同信道具有不同的帶寬，即Bi *が
，.IjeK。每個節(jié)點Vi e F都有ー個感知的可用信道集合ち，以及ー個認知射頻數(shù)J,。每
個節(jié)點Vi € V均存在ー個通信距離巾和ー個干擾距離本發(fā)明l& = 2* 。
d(Vi7Vj')表示節(jié)點Vi和節(jié)點ろ之間的物理距離。N(Vi)表示節(jié)點K的鄰居節(jié)點集合，即況(Vi)= {.Vj I Vy e V &, Sid(VitVj) < Tr)。Kfyi,v/)表示節(jié)盧V2和節(jié)點 相同可用信道集合,即ろ.)={.t I A €ちHち}。認知無線Mesh網(wǎng)絡中滿足QoS約束的資源節(jié)約的分布式組播路由樹構(gòu)造與頻譜分配問題即給定無線組播業(yè)務G= ( ,ちぶ^)，其中ろ表示組播源節(jié)點，D =(rl，r2「Tm}表示組播目的節(jié)點集合，cJ,表示QoS約束，本發(fā)明的Q0S約束指帶寬約束，其目標是要求構(gòu)造滿足QoS約束的包含ろ和A中所有目的節(jié)點的資源節(jié)約的組播路由樹
，具體體現(xiàn)在最小化組播樹的輸次數(shù)，S卩，不但滿足QoS約束，還要使得組播數(shù)??；的傳輸次數(shù)最小。ゼG具V)=た表示給無線鏈路iu，v)在G的組播樹〒中分配的信道為た， う=0表示沒有給無線鏈路知ル)分配信道。同一條無線鏈路可以分配多個信道，
表示無線鏈路b，v)分配的信道集合，YO)表示節(jié)點a分配的信道集合。所有節(jié)點米用半雙エ方式工作，存在一個公共控制通道(common control channel, CCC)用于各CR-Mesh節(jié)點之間傳遞控制信息。本發(fā)明的目標是最小化射頻資源數(shù)的使用，即最小化組播樹的傳輸次數(shù)。最小化組播樹的傳輸次數(shù)等價于最小化所有傳輸節(jié)點的傳輸次數(shù)，最小化傳輸節(jié)點的傳輸次數(shù)等價于最小化傳輸節(jié)點工作的信道數(shù)，最小化傳輸節(jié)點工作的信道數(shù)可以通過最大化傳輸節(jié)
點每ー個信道可達的鄰居節(jié)點數(shù)，傳輸節(jié)點Vi在信道*的可達鄰居節(jié)點數(shù)，即為傳輸節(jié)點I的鄰居節(jié)點中具有信道》的鄰居節(jié)點數(shù)，用表示，即節(jié)夂的鄰居中，與節(jié)點A —樣具有可用信道i的鄰居節(jié)點集合。因此，最小化組播樹的傳輸次數(shù)等價于最大化節(jié)點％的鄰居節(jié)點中，與節(jié)—祥具有可用信道i的鄰居節(jié)點集合。本發(fā)明構(gòu)造組播路由樹與頻譜分配的目標是最小化使用的射頻資源數(shù)，組播路由樹中使用的射頻資源數(shù)等同于組播路由樹的傳輸次數(shù)。因此，最小化傳輸次數(shù)即為最小化射頻資源數(shù)的使用。本發(fā)明提出的滿足QoS約束的資源節(jié)約的分布式組播路由與頻譜分配方法的步驟如下
I、計算所有無線鏈路的權(quán)值，無線鏈路權(quán)值的計算包含以下步驟 i )初始化所有無線鏈路的權(quán)值為無窮大，即ブ(Vi A) = OD，^VisVjeF。ii )對于滿足射頻約束的節(jié)點' ,即Vvi EfM F(Vj) |</,,首先計算節(jié)點Vi的滿足
射頻約束的鄰居節(jié)點集合，即N1(Vi) = Ivj IV, e Nfyi) && Ir(Vi) |</,},計算曜的目的是為了保證給CR-Mesh節(jié)點分配信道時具有可用的射頻資源。iii)計算節(jié)點Vi與其鄰居節(jié)點滿足Q0S約束的相同可用信道集合，Wbvp=W た[K(Vi7Vj) ScScBk > Cp8iSLktY (Vi))，VjE N1 (Vi)，其中[(Vi，ろ.)表示節(jié)點 v;和節(jié)點V/相同可用信道集合，爐表示信道A的帶寬，Cp表示無線組播業(yè)務G的帶寬約束，:r(>)表示節(jié)點I已經(jīng)分配的信道，加條件た的目的是，如果信道i已經(jīng)在之前被分配給了節(jié)點Vi，則無線鏈路之間不能再分配信道。iv )計算節(jié)點' 的可用信道集合ち中所有未標記的可用信道的鄰居節(jié)點集合，M (*) = {Vj I Vjf € N1(Vi) &Sike Kb(Vi ろ.)& &,Fk(k) == 0 & &Fv(y/) == 0}，其中 Ap(Vi)表示節(jié)
點Vi滿足射頻約束的鄰居節(jié)點集合，が(、ろ)表示節(jié)點Vi和節(jié)點&滿足Q0S約束的相同可用信道集合，F(xiàn)W)表示信道A是否已經(jīng)標記，即是否已經(jīng)處理過，1(た)=1表示信道左已經(jīng)處理過，F(xiàn)k(k) = 0表示信道々還沒有處理過。Fvfyj)表示節(jié)點'^到節(jié)點Vy的無線鏈路權(quán)值是否已經(jīng)計算過，(ろ0 = 1表示已經(jīng)計算過，(力)=0表示還沒有計算過。計算M(*)中包含的目的節(jié)點集合MW ,MW = k A(k")&&vi eDP)。V )計算節(jié)點'的最多鄰居節(jié)點具有的信道丨粍(A)|表示節(jié)點巧的鄰居中具有 信道左的鄰居數(shù)，た'=噸max{|ボ.t)|} ,.te6&&i i(i)==0。如果多個信道具有相同的鄰居節(jié)點數(shù)吋，則選擇包含較多目的節(jié)點的信道。vi )計算節(jié)點V,到具有信道的鄰居節(jié)點的無線鏈路權(quán)值プ(ルウ)，并
為無線鏈路預分配信道，ブ1H):丨鋼丨+丨順,)丨，且XXCyViろ)=k' ’
■t'e ^5(VjjVy) &&ツe F1(Vi)，其中/Oiろ.)表示無線鏈路(ルウ)分配信道!；I之后的權(quán)值，
,(ら4ろ)=t1表示在組播樹中無線鏈路(visろ)預分配信道最終是否分配信道ど由步驟3)確定。vii)標記 Fv(Vj) = 1 , i'e Ks(Vi, v/) & Slvj- e W (Vi)，標記信道已經(jīng)處理過，即段(先')=I ,標記信道だ進隊列《⑷，即咖).押雄1)。viii)判斷節(jié)點ろ是否滿足射頻約束，S卩丨Z(Vi) [</,,如果是，則轉(zhuǎn)ix )，否則，結(jié)束。ix)判斷節(jié)點Vi到F1(Vi)中所有鄰居節(jié)點的無線鏈路權(quán)值是否已經(jīng)計算，即判斷是否存在W) == 0,V/E IT (Vi),如果存在，則轉(zhuǎn)iv )，否則，結(jié)束。2、構(gòu)造從源點到所有目的節(jié)點資源節(jié)約的廣播樹，在構(gòu)造資源節(jié)約的廣播樹的過程中，組播源點、中間節(jié)點和目的節(jié)點的處理流程是不一樣的，下面分別對其處理流程進行說明。源節(jié)點Sp ,其處理流程如下i )隊列€( )的隊頭元素出隊列，即た1 =。ii )對 Vvi e JJ1Jlk')，通過發(fā)送 Expiore(SjtMSrVj)消息給節(jié)盧 i 其中碌い,i)表示從源點も到節(jié)盧t的花費，城('レVi) = J1(SftVi)。iii)判斷隊列ろ) 是否為空，如果隊列？〔ろ)非空,則轉(zhuǎn)i )，否則，轉(zhuǎn)iv)。iv)如果源點ろ收到了其所有鄰居節(jié)點的2ぼ(^)消息，則表示源節(jié)點ろ完成了資源節(jié)約廣播樹的構(gòu)造。中間節(jié)占V2 ,其處理流程如下
i )如果節(jié)點Vi從其鄰居節(jié)占I接收ー個(ろ,Vi))消息，其中W(S^vi)表示從源點ろ到節(jié)點A的花費。ii )發(fā)送ー個JCX(V/)消息給鄰居節(jié)點ろ'。iii)比較消息中的W(S^vi)值與當前存儲的從ろ到Vi的最小花費值!^(ろ⑷，如果 w(ろ，Vi) < Wnjn(S^Vi),則 Kち,Vj)= W(SyVi) , pre = V/ ,其中 pre 用于記錄從 Sf 至 IjI的廣播樹中節(jié)點ろ的父親節(jié)點。 iv )隊列gfyi)的隊頭元素出隊列，即k'=QfyiYpopQ。V )對Vvw e Sii {k'),通過發(fā)送Mxplomfyi,城VvJ)消息給節(jié)點、其中W(ろ,Vw) = Jfmin (S^vi) +/(Vi ,vw)。vi )判斷隊列Wvi)是否為空，如果隊列Wvi)非空，則轉(zhuǎn)iv )，否則，轉(zhuǎn)vii)。Vii)如果節(jié)點Vi收到了其所有鄰居節(jié)點的ACK(Vi)消息，則表示節(jié)點' 完成了資源節(jié)約廣播樹的構(gòu)造。目的節(jié)盧り，其處理流程如下
i )如果目的節(jié)點う 從其鄰居節(jié)盧 > 接收ー個Sxploreiyi MS9ろ)、消息，其中Wpイ)表示從源點ろ到節(jié)點な的花費。ii )發(fā)送ー個JCX(Vi)消息給鄰居節(jié)點V,。iii)比較消息中的-ち七)值與當前存儲的從ろ到ゥ的最小花費值JTail(Sp0),如果 ろI) < W—(ろう),則ITmia (Sj^r/) = w(SF,rj) , pre = Vi ,其中，用于記錄從S 到
的廣播樹中節(jié)點り的父親節(jié)點。3、剪枝資源節(jié)約廣播樹得到資源節(jié)約組播路由樹，并進行頻譜分配，其步驟如下
i )初始化無線組播業(yè)務G的組播樹了中所有無線鏈路分配的信道值，XtfrViう■) =O , VVirVj eF。ii )所有目的節(jié)盧發(fā)送ー個pruning (ウ)消息給節(jié)點り的父親節(jié)點pm。iii )當節(jié)點收到其兒子節(jié)點vw的pn wg(vw)消息時，記錄節(jié)點、為節(jié)點Vi的兒子節(jié)點，并進行頻譜分配，即^^，vilV/)=，V/),采用構(gòu)造資源節(jié)約廣播樹過程中預分配的信道值ウ)進行分配。 iv )節(jié)點Vi給其父親節(jié)點pre發(fā)迭Pmning(Vi)消息,直到組播源節(jié)點收到來自其兒子節(jié)點的消息截至。V )從資源節(jié)約廣播樹中刪除以下兩類節(jié)點，沒有收到消息的非葉子節(jié)點，和非目的節(jié)點的葉子節(jié)點。得到的結(jié)果是通過分布式的方式得到無線組播業(yè)務ら的資源節(jié)約組播樹T， 組播樹Tf包含組播源點Sp和目的節(jié)點集合Dp中的所有節(jié)點。有益效果
本發(fā)明解決了認知無線Mesh網(wǎng)絡中滿足QoS約束的以資源節(jié)約為目標的分布式組播路由樹構(gòu)造與頻譜分配問題，不僅分布式構(gòu)造滿足QoS約束的組播樹，并且還可以實現(xiàn)最小化組播樹使用的射頻資源數(shù)。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進ー步的詳細描述。


圖I是本發(fā)明認知無線Mesh網(wǎng)絡模型的示意 圖2是本發(fā)明資源節(jié)約組播路由與頻譜分配的流程 圖3是本發(fā)明無線鏈路權(quán)值計算的流程 圖4是本發(fā)明資源節(jié)約廣播樹構(gòu)造源節(jié)點的工作流程 圖5是本發(fā)明資源節(jié)約廣播樹構(gòu)造中間節(jié)點的工作流程 圖6是本發(fā)明資源節(jié)約廣播樹構(gòu)造目的節(jié)點的工作流程 圖7是本發(fā)明剪枝資源節(jié)約廣播樹及頻譜分配流程 圖8是本發(fā)明無線業(yè)務組播業(yè)務こ的組播樹'
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進ー步詳細說明
實施例I :
本實施例中，圖I所示為認知無線Mesh網(wǎng)絡模型的示意圖，分布著16個CR-Mesh節(jié)點。圖中以/2表示CR-Mesh路由器節(jié)點R1 ( Ri表示CR_MRi路由器節(jié)點)感知的可用信道為{〗A5},可用的射頻接口數(shù)為2，即K1 =3，I2 =2。其他CR-Mesh節(jié)點的感知的可用信道集合以及具有的射頻接口數(shù)如圖I所示。5個可用信道的帶寬分別是B = (35,50,46,20,45}，單位為 Mb/s。本發(fā)明構(gòu)造組播樹與頻譜分配的目標是最小化射頻資源的使用，具體通過最小化傳輸次數(shù)實現(xiàn)。圖2所示為本發(fā)明提出的滿足QoS約束的以資源節(jié)約為目標的分布式組播路由與頻譜分配方法的流程圖。步驟如下
51-I計算所有無線鏈路的權(quán)值。設ぐ1=是新到的無線組播業(yè)務，無線組播業(yè)務こ的源
點ら=馬，A= {為為，4。為2，iW，C1 = 30。圖3是無線鏈路權(quán)值計算的流程圖，包含以下步驟
52-1初始化所有無線鏈路的權(quán)值為無窮大，即ブう)=Co, Vvi;Vj- € V。S2-2對于滿足射頻約束的節(jié)點Vi ,即Vvi €,首先計算節(jié)點％的滿足射頻約束的鄰居節(jié)點集合，即喝=Iろe N(Vi) && IF(Vj) |</,},節(jié)點H焉和
^滿足射頻約束的鄰居節(jié)點集合如表I所示
表I滿足射頻約束的鄰居節(jié)點集合
節(jié)點j鄰居I節(jié)點I鄰居I節(jié)點I鄰居I節(jié)點I鄰居- Rs ]消,瑪){ち,iみ%.iAJ^mRn)
S2-3計算節(jié)點Vi與其鄰居節(jié)點滿足QoS約束的相同可用信道集合，Kb(V^vj)
={Ar| i eK(VuVf) &&が > Cp &&.k^Y(Vi)) , Vj. € I<T(Vi)。對于馬而言，
Kb(R5^Ri)= {2} ; K8(R5,= (2,3) ; K8(Rs為')={方。其中，Kq(H)= {2}表示ち與負具有滿足QoS約束的信道2。Ke(R^R6) = {2,3}表示為與鳥具有滿足QoS約束的信道2和信道3。Kb(R5iB9) = {3}表示ち與R9具有滿足QoS約束的信道3。S2-4計算節(jié)點Vi的可用信道集合ち中所有未標記的可用信道的鄰居節(jié)點集合，只(k) = {v;. I Vj-e JV1 (Vi) & &k e KB(Vi ;Vj.) & 8tFk(k) == 0 &SlFv(Vj) ==0)。計算只(k)中包含
的目的節(jié)點集合舛W ,風(た)=(ViIvieftOt)AAvjeZy。對于ち而言， ft(2) = ( , _ = (R6rS9),幽={};
^d5(2) = (R1) , /Jd5 (3) = 0 , /45 j(4) = {}。
其中，柃(2)=(片,ち}表示節(jié)點Ms與其鄰居ろ為都具有信道2。吒(3)=風為)表示節(jié)點馬與其鄰居鳥，馬都具有信道3{注此時ル(為)還沒標記，當在S2-7步驟中標記了處(2) = 1,以及ル(ち)=1之后，吒(3)=風},最終結(jié)果如表2所示。}。ft(4) = {}表示節(jié)點ち在信道4沒有鄰居。/M5(2) = (R1)表示節(jié)點乓在信道2可以到達目的節(jié)點馬。(3) = 0和M(4) = O表示節(jié)點み在信道2和信道3都不可以達到任何目的節(jié)點。S2-5計算節(jié)點K的最多鄰居節(jié)點具有的信道ゼ，表示節(jié)點V,的鄰居中具有信道左的鄰居數(shù)，k'= arg max{| ^(k) |} , ke Ki & &,Fk(k) == 0。如果多個信道具有相同的鄰居節(jié)點數(shù)吋，則選擇包含較多目的節(jié)點的信道。對于為而言，
k'=2 {注從S2-4的計算可知，丨內(nèi)(2)|=|(及I，為} I= 2 ,丨パ5( 丨=丨び6為}丨=2 ,信道2和信道3具有相同的鄰居節(jié)點數(shù)，則選擇包含較多目的節(jié)點的信道，|/^(2)|=|(為} 1=1,
I(3) |=| {} I= 0 ,1 JJd5 (2) |> I J-Mll (3) I，因此選擇信道 2。}。S2-6計算節(jié)點Vi到具有信道ど的鄰居節(jié)點的無線鏈路權(quán)值/ (Vi，Vj-),并 為無線鏈路㈨W預分配信道，f神=丨-A■■■■■(巧-HM- ■)-ド且八‘ルナ先"
k'e Ke(^j9Vj) ^AfVjENi(Vi) 0 對于鳥而言，
- —,I
肌ち)=/為)=^^ ; HR1) ニ X1 (C1,R5,P^) ニ 2。其中，プ(R5tRi) = /(R5, R6) = - ———~, = —77，〖/, n D 。表不在，
|^2(5)|+|/432(5)| 2 + 1 Xiム為，R1) = 2Cl
中(i 5 ,為)分配信道2, X1(^1R5tR6) ニ 2表示在こ中HR6)預分配信道2。S2-7 標記 iMV/) = l , ^eK8(VitVj)SLSLVjEMi(Vi),標記信道' 已經(jīng)處理過，即
Fk{k'、}= ' ,標記信道え1進隊列€( ),即ダ(ViXp-(F)。對于乓而言，
Pv(R1) = Fv(Si) = 1 ; Fk(:2) = I (R5).push (2)。32-8判斷節(jié)點、是否滿足射頻約束，8卩丨7化)|</;,如果是，則轉(zhuǎn)32-9，否則，結(jié)束。對于馬而言，I F(馬)I= I (目前只分配了信道2)，Z5 ニ 5 (冬有5個射頻接ロ)，即丨八鳥)|</5 ,轉(zhuǎn)S2-9。S2-9判斷節(jié)點Vi到AT(Vi)中所有鄰居節(jié)點的無線鏈路權(quán)值是否已經(jīng)計算，SP判斷是否存在Mvi) == 0 ,ウe W(Vi'),如果存在，則轉(zhuǎn)S2-4，否則，結(jié)束。對于Ri而言，^v(V9) == 0 ,則轉(zhuǎn) S2-4。經(jīng)過上述步驟，對于任意節(jié)點直到節(jié)點Vi到F(Vi)中所有鄰居節(jié)點的無線鏈
路權(quán)值已經(jīng)計算。對于み，ち，矣而言，其最終計算結(jié)果如表2所示。S1-2構(gòu)造從源點到所有目的節(jié)點的資源節(jié)約廣播樹，在構(gòu)造資源節(jié)約廣播樹的過程中，組播源點、中間節(jié)點和目的節(jié)點的處理流程是不一樣的，圖4、圖5與圖6分別是資源節(jié)約廣播樹構(gòu)造中源節(jié)點、中間節(jié)點與目的節(jié)點的工作流程圖，下面分別對每一類節(jié)點中的一個節(jié)點的處理流程進行舉例說明
源節(jié)點Si = R5 ,其處理流程如下
S3-1隊列Wち)的隊頭元素出隊列，即= 印O ,k'=2。S3-2對Vvi e外(2)，通過ゼ發(fā)送ExphreiR5, wd'、、消息給節(jié)點巧，其中 表示從源點ち到節(jié)點Vi的花費，= /(R5tVi),即Rs分別向R1和芩發(fā)送
Bxplore(R5, w(i 5, R1))和 Exphre{RCj, w(Rs, R^))消息。S3-3判斷隊列€(鳥)是否為空，如果隊列Wち)非空，則轉(zhuǎn)S3-1，否則，轉(zhuǎn)S3-4。S3-4如果源點乓收到了其所有鄰居節(jié)點的織(R5)消息，則表示源節(jié)點ち完成
了資源節(jié)約的廣播樹構(gòu)造。
表2馬，盡，み的計算結(jié)果 R1其獅吉果
R5飛、I〖メ)={汽為\ ,￡%(3) =- M$(^) ~ {).
^聲*5(3):O，病C = O
噌
/(RilR6)-之 + ! X1(C1^M5rRl)- Ms,R6) = 2 *'ぬ為為! = 3.
/ (ち,鳥〉=I= (2,
R6 . (R R . I / ￠5) = {% 為o)，/^￠( = ( )
*" - ^ 2- 3 + 1
めム為為)=八“美為)=八為. )= 5
....... I
/(馬為)かぶ^(^) = {5}
/ (H)=—
Rj /(RftRi) = I=/4(2) = \i 3) ^7(I) = ( /4(2) = 0 ,
I X1(CiMjsMg) = X1(CuP-^Rn) = I x'(C1,R1,R-j= 2.
/(M^Rf) = ->-
f (爲)={1,2)
J (鳥為s) - T-T
2+ 1中間節(jié)點以馬為代表，其處理流程如下
54-1如果節(jié)點爲從其鄰居節(jié)點ゐ接奴ー個ExphreHw(R5為))消息,其中w(i 5，i^)表示從源點も到節(jié)點馬的花費。S4-2發(fā)送ー個ACK(Rt)消息給鄰居節(jié)占S4-3比較消息中的誠.Rs為')值與當前存儲的從乓到み的最小花費值 為')，如果 wOsS 為)< 為')，則 1Kも為')=w(4 為)，Prs = ^ ,其中用
于記錄從乓到丨的廣播樹中節(jié)點ち的父親節(jié)點。S4-4隊列分(兵)的隊頭元素出隊列，即= d為).| 卬0 , f =1。S4-5對Vvw e抖(I),通過發(fā)送ExphreiR1 M、R5，vJ)消息給節(jié)點t w其中w(R5,vw) = Wmkl(R57Rj)+f(i%,vw),即 R7 分別向 P、和 R11 發(fā)送 Sxphreimぬ)和BxploreiRq, MRs ,R11))消息。S4-6判斷隊列ち)是否為空，如果隊列ち)非空，則轉(zhuǎn)S4-4，否則，轉(zhuǎn)S4_7。S4-7如果節(jié)點み收到了其所有鄰居節(jié)點的ACK(R7)消息，則表示節(jié)點ト完成了資源節(jié)約的廣播樹構(gòu)造。目的節(jié)占J其處理流程如下
55-1如果目的節(jié)點ち從其鄰居節(jié)點ち接收ー個ゐみ消息，其中WCfi5, Sg)表示從源點R5到節(jié)點乓的花費。S5-2發(fā)送ー個ACKiB^)消息給鄰居節(jié)點Bn。S5-3比較消息中的W(W)值與當前存儲的從R5到的最小花費值Wnkl(R5tEs)。S5-4 如果 w(ち,ち)< Wmkl(M5A),則 KiJA為.)=w(R5,I^") , prs = R1。S1-3剪枝資源節(jié)約廣播樹得到資源節(jié)約組播路由樹，并進行頻譜分配，如圖7所示，包含以下步驟
56-1初始化無線組播業(yè)務G的組播樹X中所有無線鏈路分配的信道值，
X(C^vitVi) = 0 , VVjjVi € V。S6-2所有目的節(jié)占發(fā)送ー個消息給節(jié)點ウ的父親節(jié)點界,即目的節(jié)點，も分別向他們的父親節(jié)點發(fā)送/ WSg(J^1) pmningiP、)、pruning(Rw)
、pruning (Rn)和 prumng (R15)消息。S6-3當節(jié)點鳥收到其兒子節(jié)點も的/ rw^fig(^g)消息時,記錄節(jié)點カ節(jié)點み的兒子節(jié)點，并進行頻譜分配，即ゼら為，爲)=x'(.Q為，P、、,采用資源節(jié)約廣播樹中預分配的信道值f進行分配。S6-4節(jié)點R1給其父親節(jié)點pre發(fā)送!^消息，直到組播源節(jié)點馬收到來自其兒子節(jié)點的/^ 3 g消息截至。S6-5從資源節(jié)約廣播樹中刪除以下兩類節(jié)點，沒有收到/ 消息的非葉子節(jié)點，和非目的節(jié)點的葉子節(jié)點。最后，得到無線組播業(yè)務な滿足QoS約束的以資源節(jié)約為目標的組播路由樹，如
圖8所示。由圖8可知，通過本發(fā)明提出的方法，總共需要的射頻資源數(shù)為4，節(jié)點馬、矣
、乓與Ru分別使用一個射頻接ロ，說明本發(fā)明能實現(xiàn)組播樹使用的射頻資源最小化，有效 減少射頻資源的使用。
權(quán)利要求
1.認知無線Mesh網(wǎng)絡中滿足QoS約束的以資源節(jié)約為目標的分布式組播路由與頻譜分配方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟I :計算所有無線鏈路的權(quán)值， 步驟2 :構(gòu)造從源點到所有目的節(jié)點資源節(jié)約的廣播樹， 步驟3 :剪枝資源節(jié)約廣播樹得到資源節(jié)約組播路由樹，并進行頻譜分配。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的認知無線Mesh網(wǎng)絡中QoS約束的以資源節(jié)約為目標的分布式組播路由與頻譜分配方法，其特征在于，步驟I中的計算所有無線鏈路的權(quán)值的步驟為 i)初始化所有無線鏈路的權(quán)值為無窮大，即プ6ぅろ)=m , h e V . ii)對于滿足射頻約束的節(jié)點A,即VviEfMF(Vi)IcZi,首先計算節(jié)點Vi的滿足射頻約束的鄰居節(jié)點集合，即喝=[Vj I Vj € N(Vi)|</f}; iii)計算節(jié)點Vi與其鄰居節(jié)點滿足QoS約束的相同可用信道集合，= IklkeKivj ,Vj) & &Bk >Cp, Vj e W (Vi)，其中 K(vt, Vjl.)表示節(jié)點 Vi 和節(jié)點^相同可用信道集合，Bk表示信道t的帶寬，^表示無線組播業(yè)務‘的帶寬約束，表示節(jié)點w已經(jīng)分配的信道，加條件㈨的目的是，如果信道た已經(jīng)在之前被分配給了節(jié)點n ,則無線鏈路(Vi，ろ)之間不能再分配信道t ； iv)計算節(jié)點Vi的可用信道集合ち中所有未標記的可用信道的鄰居節(jié)點集合，/4 (k) - {v -1 Vj- e M1(Vi) & &Jc e K8 (Vi,v..) & &,Fk(k) = 0 & &,Fv(vj) == 0},其中 W (Vj)表示節(jié)點Vi滿足射頻約束的鄰居節(jié)點集合，が(H)表示節(jié)點Vi和節(jié)點&滿足QoS約束的相同可用信道集合，Pm表示信道A是否已經(jīng)標記，即是否已經(jīng)處理過，1(句=1表示信道左已經(jīng)處理過，_) = 0表示信道A還沒有處理過，Mvj)表示節(jié)盧I到節(jié)點&的無線鏈路權(quán)值是否已經(jīng)計算過，W) = I表示已經(jīng)計算過，ル(ウ)=0表示還沒有計算過，計算/4 中包含的目的節(jié)點集合M(k) , M(k) = {vs I Vi E 片(i) & Sivi e D ). V)計算節(jié)點A的最多鄰居節(jié)點具有的信道たi,丨辟(た)I表示節(jié)點巧的鄰居中具有信道k的鄰居數(shù)，k'= Mg m-ax{| _ I) , i e Ki &&Fk(k) == 0 ;如果多個信道具有相同的鄰居節(jié)點數(shù)吋，則選擇包含較多目的節(jié)點的信道； vi )計算節(jié)點Vi到具有信道ゼ的鄰居節(jié)點的無線鏈路權(quán)值，并為無線鏈路預分配信道’ J iViう.)ニ I ,Ui{k') | + |M (た1) I，且 AQviろ.)=k'' k'e Ke(VitVj) &&Vj e N1(Vi)，其中/Oi 表示無線鏈路Ovv/)分配信道F之后的權(quán)值，f (‘，n)=だ表示在組播樹-中無線鏈路(ル&)預分配信道ゼ，最終是否分配信道F由步驟3)確定；Vii)標記內(nèi)<カ)=I, k'e Ke(VJj) &&v,. e N1(Vi)，標記信道已經(jīng)處理過，即Fk(k') = I ,標記信道Ar1 進隊列* (Vi),即q(ViIpushik')； viii)判斷節(jié)點L是否滿足射頻約束，SPir(Vi)IcZi ,如果是，則轉(zhuǎn)ix)，否則，結(jié)束；ix )判斷節(jié)點Vi到Wivi)中所有鄰居節(jié)點的無線鏈路權(quán)值是否已經(jīng)計算，即判斷是否存在辦(ろ1) == 0, vfe N1 (Vi),如果存在，則轉(zhuǎn)iv )，否則，結(jié)束。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的認知無線Mesh網(wǎng)絡中滿足QoS約束的以資源節(jié)約為目標的分布式組播路由與頻譜分配方法，其特征在于，步驟2中的構(gòu)造從源點到所有目的節(jié)點資源節(jié)約的廣播樹，在構(gòu)造資源節(jié)約的廣播樹的過程中，組播源點、中間節(jié)點和目的節(jié)點的處理流程是不一樣的，下面分別對其包含的步驟進行說明 源節(jié)點ち，其處理流程如下 i)隊列？(ろ)的隊頭元素出隊列，即た'= (ろ)#呼0 ； ii)對叫,通過ど發(fā)送母pforetろ，W(S^vi))消息給節(jié)點Vi，其中w(ろ,vs)表示從源點ろ到節(jié)點Vi的花費，= Z(^1Vi); iii)判斷隊列0( )是否為空，如果隊列？( )非空，則轉(zhuǎn)i)，否則，轉(zhuǎn)iv)； iv)如果源點ち收到了其所有鄰居節(jié)點的』CJT(ろ)消息，則表示源節(jié)點ろ完成了資源節(jié)約廣播樹的構(gòu)造； 中間節(jié)點其處理流程如下 i)如果節(jié)點V2從其鄰居節(jié)占I接收ー個&q>lore{v』,w(Sf,Vj))消息，其中,Vi)表示從源點ろ到節(jié)點Vi的花費； ii)發(fā)送ー個(力)消息給鄰居節(jié)點v,； iii)比較消息中的W(AA)值與當前存儲的從ろ到A的最小花費值,如果W(^7Vi) < Wmkl(SprVi),則 Wmkl(^vi) = w(ろ,Vi) , pn = i 其中pre 用于記錄從ち到Vi 的廣播樹中節(jié)點K的父親節(jié)點； iv )隊列€(3)的隊頭元素出隊列，即K=^(Vj)AopO ； V)對Vvw e抖(k'),通過九發(fā)送ExpbmfysMSf，vvy)消息給節(jié)點vw，其中w(ろ,vj = ろ.vi) +/Oi-vJ ； vi)判斷隊列？れ)是否為空，如果隊列Wvi)非空，則轉(zhuǎn)iv)，否則，轉(zhuǎn)vii)； vii)如果節(jié)點Vi收到了其所有鄰居節(jié)點的JC^(Vi)消息，則表示節(jié)點Vi完成了資源節(jié)約廣播樹的構(gòu)造；目的節(jié)盧其處理流程如下 i)如果目的節(jié)點&從其鄰居節(jié)盧V接收ー個Sxpbrefyi, w(S ろ'))消息，其中w(ろろ)表示從源點Sf到節(jié)點r3的花費； ii)發(fā)送ー個消息給鄰居節(jié)盧I ; iii)比較消息中的ろ )值與當前存儲的從ろ到O的最小花費值〖Kろろ)，如果4 ろ.)< ルな(ろぺ .)，則,ゥ)=W(S^rj) , pm = Vi ,其中pra用于記錄從ろ到つ.的廣播樹中節(jié)點&的父親節(jié)點。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的認知無線Mesh網(wǎng)絡中滿足QoS約束的以資源節(jié)約為目標的分布式組播路由與頻譜分配方法，其特征在于，步驟3中的剪枝資源節(jié)約廣播樹得到資源節(jié)約組播路由樹，并進行頻譜分配，其步驟如下 i)初始化無線組播業(yè)務G的組播樹巾中所有無線鏈路分配的信道值， 瓦(( み\ゾ)=0，-もw F . ii)所有目的節(jié)點り發(fā)送ー個消息給節(jié)點ゥ的父親節(jié)點； iii)當節(jié)點Vi收到其兒子節(jié)點Vw的Pmmrag(Vw)消息時，記錄節(jié)點Vw為節(jié)點'^的兒子節(jié)點，并進行頻譜分配，即片らニ X1(GdA)，采用構(gòu)造資源節(jié)約廣播樹過程中預分配的信道值AA)進行分配； iv)節(jié)點'^給其父親節(jié)點pra發(fā)送Pruning(Vi)消息,直到組播源節(jié)點收到來自其兒子節(jié)點的/vwwjS消息截至； V)從資源節(jié)約廣播樹中刪除以下兩類節(jié)點，沒有收到消息的非葉子節(jié)點，和非目的節(jié)點的葉子節(jié)點。
全文摘要
本發(fā)明公開一種認知無線Mesh網(wǎng)絡中滿足QoS約束的以資源節(jié)約為目標的分布式組播路由與頻譜分配方法。主要包括如下步驟1、計算所有無線鏈路的權(quán)值；2、構(gòu)造從源點到所有目的節(jié)點的資源節(jié)約的廣播樹；3、剪枝資源節(jié)約的廣播樹得到資源節(jié)約的組播樹,并進行頻譜分配。應用本發(fā)明，解決了認知無線Mesh網(wǎng)絡中滿足QoS約束的以資源節(jié)約為目標的分布式組播路由樹構(gòu)造與頻譜分配問題，可以構(gòu)造滿足QoS約束的組播樹，并且使得組播樹使用的射頻資源最小化，有效的減少射頻資源的使用，達到資源節(jié)約的目的。
文檔編號H04L12/753GK102868973SQ201210331899
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者鄺祝芳 申請人:中南林業(yè)科技大學