无线Mesh网络多播部分重叠信道分配与调度方法
【专利摘要】本发明涉及一种无线Mesh网络多播部分重叠信道分配与调度方法，该方法主要包括以下步骤：构建多播树；根据构建好的多播树，利用无线广播优势对多播树中的父节点和其子节点进行邻居-接口绑定，使用相同接口的链路构成了需要分配相同信道的链路集；根据各链路集距离多播源节点的跳数，对多播树中各链路集进行升序排列确定信道分配的次序；按照链路集的顺序为各未分配信道的链路集进行多轮满足无干扰约束的部分重叠信道分配，形成多个无干扰链路集；采用静态分时调度的方法调度各无干扰链路集，实现多播树中所有链路的无干扰数据传输。本发明可以避免隐藏信道问题，增加同时传输链路数，实现所有链路无干扰传输，提高网络吞吐量及频谱利用率。
【专利说明】无线Mesh网络多播部分重叠信道分配与调度方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线Mesh网络信道分配领域，更具体地，本发明涉及一种无线Mesh网络多播部分重叠信道分配与调度方法。
【背景技术】
[0002]无线Mesh网络(WirelessMeshNetwork, WMN)是一种很有前景的无线技术，在宽带家庭网络、社区和邻里网络、企业网络、楼宇自动化等应用领域有着举足轻重的地位。无线Mesh网络可以看作是无线版、缩微版的Internet，具有自组织、自愈性、高速率、高容量、易组网、低成本、性能稳定等优点。无线Mesh网络性能研究已成为当前无线移动通信领域的热门课题之一，特别在未来移动通信系统长期演进(LongTermEvolution, LTE)中，无线Mesh网络备受瞩目。
[0003]由于信道资源的有限性，信道资源的分配与管理是无线Mesh网络的一个关键问题。现有的信道分配算法主要是针对WMN的正交信道分配，当网络节点非常密集的时候，正交信道分配算法会为多条链路分配相同信道，进而增加了网络的干扰，影响网路性能。部分重叠信道是频谱上有部分交叠的信道，近期研究结果表明，只要谨慎设计部分重叠信道分配算法，就可以减少邻信道干扰，增加同时传输链路数，进而提高网络吞吐量及频率利用率，因此部分重叠信道分配对于改善网络性能具有重要的意义。
[0004]多播是一种有效节省网络带宽的通信方式，它通过单个源节点同时向一组目的节点传输信息。被传输的信息最多在每条链路上传输一次，且仅在通向目的节点的分支处被复制。多播通信技术可以显著提高WMN容量，减少无线链路带宽消耗。从目前国内外的研究可以看出WMN中多播信道分配主要集中在正交信道分配，关于部分重叠信道分配的研究较少，WMN中多播部分重叠信道的使用问题并没有得到有效解决。现有的多播部分重叠信道分配和调度方法存在以下不足:在计算干扰时主要考虑跳数来衡量干扰，该方法不能有效描述网络中的干扰，易造成隐藏信道问题；当有多条满足无干扰条件的信道时，随机分配信道的方式会影响网络性能；当网络负载较高时，保守的CSMA/CA (CarrierSenseMultipleAccess/ColIisionAvoidance)接入机制不能保证数据的有效传输。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是针对多信道多接口 WMN提出一种无线Mesh网络多播部分重叠信道分配与调度方法，该方法首先为多播树中的链路进行无干扰信道分配，然后采用分时调度方式调度各无干扰链路集，能够充分利用部分重叠信道保证多播树中所有链路实现无干扰数据传输，提高网络吞吐量。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明的无线Mesh网络多播部分重叠信道分配与调度方法包括以下步骤:
[0007]步骤I)构建多播树；在多播树中将节点按照到多播源节点的跳数分成不同等级，其中多播源节点为网关节点，在第O级；对于在第i级的任意一个节点，定义与其相连的在第i+ι级的所有节点为该节点的子节点，该节点为这些子节点唯一的父节点；
[0008]步骤2)根据构建好的多播树，利用无线广播优势(WirelessBroadcastAdvantage, WBA)对多播树中的父节点和其子节点进行邻居-接口绑定，父节点与其所有子节点之间的链路构成了需要分配相同信道的链路集；然后根据各链路集距离多播源节点的跳数，对多播树中各链路集进行升序排列确定信道分配的次序；所述链路集距离多播源节点的跳数定义为链路集的各个端点距离多播源节点跳数的最小值；
[0009]步骤3)按照步骤2)中链路集的顺序，为各未分配信道的链路集分配满足无干扰约束条件的部分重叠信道，若某链路集不存在符合无干扰约束条件信道，则本轮信道分配中不为该链路集分配信道；按照上述方式遍历多播树中所有未分配信道的链路集后，本轮无干扰信道分配结束；将多播树中本轮已经分配信道的链路集看成一个无干扰链路集LS1,从未分配信道的链路集中划去此无干扰链路集；
[0010]定义需要分配相同信道的链路集为L，则L的满足无干扰约束条件的无干扰信道集Q获得方法如下:
[0011]a、对于L中任意一条链路Ii= (a, b), i=l, 2,......, m,节点a表示链路Ii的发送
节点，节点b表示链路Ii的接收节点，定义链路Ii的潜在干扰范围为"，则表示为:
[0012]
【权利要求】
1.一种无线Mesh网络多播部分重叠信道分配与调度方法，其特征在于包括以下步骤:步骤I)构建多播树；在多播树中将节点按照到多播源节点的跳数分成不同等级，其中多播源节点为网关节点，在第O级；对于在第i级的任意一个节点，定义与其相连的在第i+Ι级的所有节点为该节点的子节点，该节点为这些子节点唯一的父节点； 步骤2)根据构建好的多播树，利用无线广播优势对多播树中的父节点和其子节点进行邻居-接口绑定，父节点与其所有子节点之间的链路构成了需要分配相同信道的链路集；然后根据各链路集距离多播源节点的跳数，对多播树中各链路集进行升序排列确定信道分配的次序；所述链路集距离多播源节点的跳数定义为链路集的各个端点距离多播源节点跳数的最小值； 步骤3)按照步骤2)中链路集的顺序，为各未分配信道的链路集分配满足无干扰约束条件的部分重叠信道，若某链路集不存在符合无干扰约束条件信道，则本轮信道分配中不为该链路集分配信道；按照上述方式遍历多播树中所有未分配信道的链路集后，本轮无干扰信道分配结束；将多播树中本轮已经分配信道的链路集看成一个无干扰链路集LS1，从未分配信道的链路集中划去此无干扰链路集； 定义需要分配相同信道的链路集为L，则L的满足无干扰约束条件的无干扰信道集Q获得方法如下: a、对于L中任意一条链路Ii=(a, b), i=l, 2,......，m,节点a表示链路Ii的发送节点， 节点b表示链路Ii的接收节点，定义链路Ii的潜在干扰范围为，则表示为: 其中Itl表示信道间隔τ =O时的干扰范围，D(a，10)表示以节点a为圆心以Itl为半径的圆形区域，D(b，10)表示以节点b为圆心以Itl为半径的圆形区域； b、定义链路Ii的潜在干扰链路集为:
2.根据权利要求1所述的无线Mesh网络多播部分重叠信道分配与调度方法，其特征在于所述步骤3)中，不同传输速率下信道间隔为τ时的干扰范围Ιτ (1=0，1，2，3，4，5)如表1所示；
3.根据权利要求1所述的无线Mesh网络多播部分重叠信道分配与调度方法，其特征在于所述步骤3)中，若某链路集的无干扰信道集中存在多条信道时，按照最大化信道间隔分配方式为该链路集分配信道，即选择与该链路集中父节点已分配信道间隔最大的信道分配给该链路集。
【文档编号】H04W72/12GK103796325SQ201410072216
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年3月2日 优先权日:2014年3月2日
【发明者】石文孝, 金凤, 郑宇 , 王继红, 崔克强, 许银龙 申请人:吉林大学