一種多射頻多信道無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)部分相交信道分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多射頻多信道無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)部 分相交信道分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中將干擾模型分為了兩種不同的干擾模：物理干擾模型和協(xié)議 干擾模型。在以往的文章中，針對(duì)使用正交信道的多射頻多信道的網(wǎng)絡(luò)，干擾模型一般采用 傳統(tǒng)的針對(duì)鏈路的思路，也就是鏈路干擾模型，鏈路沖突圖等等。這是有道理的，因?yàn)樵谑?用正交信道的網(wǎng)絡(luò)中，不同信道之間是不存在干擾的，比如在IEEE802.llb/g網(wǎng)絡(luò)中，可用 的正交信道只有1、6、11。因此一般使用正交信道的多射頻多信道網(wǎng)絡(luò)中，射頻數(shù)目一般是 2或者3。
[0003] 射頻數(shù)目為2的情況下，一般是采用的動(dòng)態(tài)信道分配，但還是很容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分 割的情況，即連通性的下降。在射頻數(shù)目為3的情況下，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都多了一個(gè)射頻端的代 價(jià)，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大的情況下，代價(jià)是比較大的。并且很多都是采用一個(gè)射頻作為公共信 道，其他兩個(gè)信道根據(jù)需求分配。當(dāng)采用部分相交信道之后，對(duì)于干擾的估計(jì)還是延續(xù)的以 往采用正交信道的思路，即從鏈路的角度出發(fā)來(lái)度量干擾。其實(shí)這種方式是沒有認(rèn)清部分 相交信道的特點(diǎn)，也沒有充分利用部分相交信道的優(yōu)勢(shì)，僅僅是多了一些備選的信道，并在 計(jì)算干擾的時(shí)候考慮信道分離度。
[0004] 連通性是部分相交信道的一大優(yōu)勢(shì)，也是使用部分相交信道時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)考慮的問(wèn) 題，在以往文章中反而對(duì)這點(diǎn)更多的采用的是針對(duì)傳統(tǒng)使用正交信道的思路，即兩個(gè)節(jié)點(diǎn) 使用相同的信道才可以通信，相交信道帶來(lái)的只是可選信道的增多和路由多樣性。以往思 路是由于已經(jīng)證明過(guò)使用部分相交信道可以比正交信道獲得更高的網(wǎng)絡(luò)容量，因而采用部 分相交信道來(lái)分配，卻沒有從本質(zhì)上考慮使用部分相交信道的優(yōu)勢(shì)所在。部分相交信道帶 來(lái)的是網(wǎng)絡(luò)連通度的提升和由此而來(lái)的路由多樣性及網(wǎng)絡(luò)容量的提升。僅僅考慮規(guī)避部分 相交信道帶來(lái)的干擾是不合適的，更多的應(yīng)該考慮利用部分相交信道的這種特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多射頻多信道無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò) 部分相交信道分配方法，適用于多射頻部分相交信道的場(chǎng)景，可以應(yīng)用于雙射頻部分相交 信道的場(chǎng)景，可以不需要公共信道，降低了射頻成本。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種多射頻多信道無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò) 部分相交信道分配方法，包括以下步驟：
[0007] SI.計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)和各節(jié)點(diǎn)距離網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的距離，各節(jié)點(diǎn)將自己的鄰 居節(jié)點(diǎn)數(shù)和距離網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的距離發(fā)送給自己兩跳范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)；
[0008] S2.計(jì)算所有節(jié)點(diǎn)的信道分配的優(yōu)先級(jí)，確定各節(jié)點(diǎn)分配信道的順序，將各節(jié)點(diǎn)的 優(yōu)先級(jí)按升序排列，信道分配的優(yōu)先級(jí)越小，對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)越高；
[0009] S3.各節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道分配的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行信道分配；
[0010] S4.各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道選擇：若節(jié)點(diǎn)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)均小于或等于該節(jié)點(diǎn) 的優(yōu)先級(jí)，則該節(jié)點(diǎn)的第一信道能夠任意選擇，該節(jié)點(diǎn)的第二信道為與該節(jié)點(diǎn)的第一信道 的信道分離度大于或等于5的信道；
[0011] 若節(jié)點(diǎn)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)中存在優(yōu)先級(jí)大于該節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，且兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)之 間沒有連通鏈路，則將平衡因子置為1，該節(jié)點(diǎn)的第一信道為使得該節(jié)點(diǎn)與已經(jīng)分配了信道 的鄰居節(jié)點(diǎn)的連通強(qiáng)度最大的信道，該節(jié)點(diǎn)的第二信道為使得該節(jié)點(diǎn)與已經(jīng)分配了信道的 鄰居節(jié)點(diǎn)的連通強(qiáng)度最大的信道，且該節(jié)點(diǎn)的第二信道與該節(jié)點(diǎn)的第一信道的信道分離度 大于或等于5 ;
[0012] 若節(jié)點(diǎn)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)中存在優(yōu)先級(jí)大于該節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，且兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)之 間存在連通鏈路，則平衡因子大于或等于〇,且平衡因子小于或等于1，該節(jié)點(diǎn)的第一信道 為使得該節(jié)點(diǎn)與已經(jīng)分配了信道的鄰居節(jié)點(diǎn)的連通強(qiáng)度最大的信道，該節(jié)點(diǎn)的第二信道為 使得該節(jié)點(diǎn)與已經(jīng)分配了信道的鄰居節(jié)點(diǎn)的連通強(qiáng)度最大的信道，且該節(jié)點(diǎn)的第二信道與 該節(jié)點(diǎn)的第一信道的信道分離度大于或等于5 ;
[0013] S5.各節(jié)點(diǎn)完成信道分配后將自己的信道分配情況、連通節(jié)點(diǎn)和連通強(qiáng)度cd發(fā)送 給自己兩跳范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)。
[0014] 步驟S2中，若兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的信道分配的優(yōu)先級(jí)相同，則比較該兩個(gè)節(jié)點(diǎn)距離網(wǎng)關(guān)節(jié) 點(diǎn)的距離，距離網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的距離越小，對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)越高；若兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的信道分配的 優(yōu)先級(jí)和距離網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的距離均相同，則比較該兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)，鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)越大， 對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)越高；若兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的信道分配的優(yōu)先級(jí)、距離網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的距離和鄰居 節(jié)點(diǎn)數(shù)均相同，則任意選擇該兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的信道分配順序。
[0015] 步驟S3中各節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道分配的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行信道分配的方式為：每個(gè)節(jié)點(diǎn)檢測(cè) 自己的一跳范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)是否存在優(yōu)先級(jí)更高的節(jié)點(diǎn)：
[0016] 若存在優(yōu)先級(jí)更高的節(jié)點(diǎn)，則判斷該優(yōu)先級(jí)更高的節(jié)點(diǎn)是否已經(jīng)分配了信道，若 該優(yōu)先級(jí)更高的節(jié)點(diǎn)均已分配了信道，則該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道分配，否則等待該優(yōu)先級(jí)更高的 節(jié)點(diǎn)分配完信道后該節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行信道分配；
[0017] 若不存在優(yōu)先級(jí)更高的節(jié)點(diǎn)，則該節(jié)點(diǎn)直接進(jìn)行信道分配。
[0018] 步驟S2中所述信道分配的優(yōu)先級(jí)的計(jì)算方式為：定義節(jié)點(diǎn)V1為無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)中 任一節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)Hvl的信道分配的優(yōu)先級(jí)為PriV1，則：
[0020] 式中：Hvl-節(jié)點(diǎn)\距離網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的距離，Nvl-節(jié)點(diǎn)\的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)。
[0021] 步驟S4中各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道選擇時(shí)，通過(guò)信道選擇因子來(lái)平衡連通強(qiáng)度和干擾強(qiáng) 度對(duì)信道選擇的影響，信道選擇因子的計(jì)算方式為：節(jié)點(diǎn)V1的單位鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)DPNV1定義 為：
[0023] 式中：Dvi-節(jié)點(diǎn)Vi的鄰居節(jié)點(diǎn)度數(shù)，NBVi-節(jié)點(diǎn)Vi的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)
[0024] 節(jié)點(diǎn)\的信道選擇因子定義為CAM，則：
[0025]
[0026] 式中：a-平衡因子，〇彡a彡I;DPNV「節(jié)點(diǎn)V1的單位鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)；Total_ intf(Vi,Avi)-節(jié)點(diǎn)Vi對(duì)連通鏈路的干擾。
[0027] 所述節(jié)點(diǎn)Vi對(duì)連通鏈路的干擾Total_intf(V;，Avi)定義為：
[0029] 式中：Avi-節(jié)點(diǎn)V1的分配好的信道的連通節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的連通鏈路集合，Ci-節(jié)點(diǎn)\使 用的信道，11和12-連通鏈路1的兩個(gè)端點(diǎn)，C11-連通鏈路1的一個(gè)端點(diǎn)使用的信道，C12-連 通鏈路1的另一個(gè)端點(diǎn)使用的信道，4iV|i-節(jié)點(diǎn)V1與連通鏈路1的一個(gè)端點(diǎn)之間的歸一化 距離，-節(jié)點(diǎn)Vl與連通鏈路1的另一個(gè)端點(diǎn)之間的歸一化距離。
[0030] 所述節(jié)點(diǎn)Vi包括第一射頻接口和第二射頻接口，節(jié)點(diǎn)V;需進(jìn)行兩次信道選擇，節(jié) 點(diǎn)\的兩個(gè)射頻接口分配信道的信道分離度大于或等于5,節(jié)點(diǎn)V 第一個(gè)射頻接口的可 選信道集定義SC1，第一射頻接口選擇的信道定義為i，第二射頻接口的可選信道集定義為C2,則：
[0032] 所述連通強(qiáng)度cd的計(jì)算方式為：設(shè)pt為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通信時(shí)發(fā)射節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，p^ 為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通信時(shí)接收節(jié)點(diǎn)的接收功率，發(fā)射節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離為d，天線高度和 收發(fā)增益為Ct，路徑損耗參數(shù)為n，發(fā)射節(jié)點(diǎn)使用信道i，接收節(jié)點(diǎn)使用信道j，信道i和信 道j之間的重疊程度為〇d(i,j)，則接收節(jié)點(diǎn)的接收功率P1^為：
[0036] 式中：P(f) _功率譜密度；
[0037] 設(shè)發(fā)射節(jié)點(diǎn)的發(fā)射信號(hào)與頻譜屏蔽具有相同的功率分布，則P(f)為：
[0039] 式中：fc-中心頻率；
[0040] 設(shè)同頻節(jié)點(diǎn)的通信范圍為R，發(fā)射節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離d大于或等于1，則 連通強(qiáng)度Cd為：
[0042] 所述連通節(jié)點(diǎn)定義為：若兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連通，則兩個(gè)節(jié)點(diǎn)互為連通節(jié)點(diǎn)。
[0043] 本發(fā)明的有益效果是：
[0044] (1)本發(fā)明充分利用了部分相交信道的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的連通性。針對(duì)使 用部分相交信道的Mesh網(wǎng)絡(luò)，提出了連通強(qiáng)度和最大信道分離度的概念，重新定義了網(wǎng)絡(luò) 的連