一种基于最小生成树的信道分配方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于最小生成树的信道分配方法。所述方法包括以下步骤：获取节点信息，所述节点信息中包含有节点的标识信息以及位置信息；根据获取的节点的标识信息以及位置信息建立最小生成树；根据预设信道集合为所述最小生成树集合中的链路分配信道。本发明通过各节点联通集合设计，实现了在保证网络联通性的前提下，增加了信道的利用率，使得网络资源得到更充分的利用，从而节省了无线网络资源。
【专利说明】一种基于最小生成树的信道分配方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于最小生成树的信道分配方法。
【背景技术】
[0002]随着基于频谱的服务以及设备的快速发展，一方面，可用于未来无线服务的频谱已所剩不多，导致目前手机服务运营公司不得不花费数十亿美元来申请20-30MHZ的3G频谱；另一方面，目前的固定频谱分配方式导致明显的频谱空白区(White Space)，也即在一些时间段根本不使用的频谱，很多已分配的频谱区只在特定的地理区域和(或)很少的时间段才被使用。例如，通过在纽约市进行的测量，发现至少存在87%的空白区。因此，会造成大量的宝贵频谱(低于5GHz)闲置，而它们正适合无线通信，具有数十亿美元的价值。
[0003]然而针对频谱资源短缺的问题，一些研究者先后提出了一些解决方法。例如，在IEEE802.11关于多跳无线网络的一个修正案的基础上所提出的载波侦听多路访问(Carrier-Sense Multiple Access, CSMA)协议,它使用多信道和一种动态信道选择的方法。其主要思想是，将可用带宽分为N个信道，发射台根据所有可用信道上的干扰功率，选择合适的信道来传输数据包。
[0004]随着技术的发展与改进，之后出现了一种不同于上述需要修改IEEE802.11的方法，叫做(Slotted Seeded Channel Hopping, SSCH)的链路层协议。SSCH通过实现频率划分，增加了 IEEE802.11网络的能力。使用SSCH的无线网络节点之间减少了干扰，因此改进了无线网络的能力。还出现了两个混合整型线性规划模型，通过固定信道分配策略使双向链路的数量最大化，以此来解决多频率的固定信道分配问题。
[0005]而近年来，一些学者提出了通过让无线节点同时使用多块网卡操作在不同的信道上面来提高网络的吞吐量。例如，通过要求每个节点与其邻居节点具有同样多的网卡，还需要有足够多的可用信道。或者是基于存在一种先验的、对每个节点的网卡完全相同的信道分配的假设。即，对所有网络节点而言，信道分配是一样的:信道I绑定给I号网卡，信道2绑定给2号网卡，以此类推。
[0006]综上所述，然而，对于上述各种方法，虽然在不同程度上实现了信道资源的分配，但是，那些单一的信道资源分配方式无法在保证网络联通性的基础上更好地实现对于网络资源的节省。
【发明内容】
[0007]本发明实施例的目的在于提供一种基于最小生成树的信道分配方法，通过各节点联通集合设计，实现了在保证网络联通性的前提下使得网络资源得到更充分的利用，从而节省了无线网络资源。
[0008]为了达到上述目的，本发明实施例提供了一种基于最小生成树的信道分配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:
[0009]获取节点信息,所述节点信息中包含有节点的标识信息以及位置信息；[0010]根据获取的节点的标识信息以及位置信息建立最小生成树，并由建立的最小生成树构成最小生成树集合；
[0011]根据预设信道集合为所述最小生成树集合中的链路分配信道。
[0012]优选地，所述根据获取的节点的标识信息以及位置信息建立最小生成树之前，包括:
[0013]根据获取的节点的标识信息确定统治节点，并构造统治节点集合；
[0014]确定统治节点的邻居节点为被统治节点；
[0015]通过将被统治节点添加到所述统治节点集合中，使得添加后的统治节点集合中的任意两个节点连通。
[0016]优选地，所述根据获取的节点的标识信息以及位置信息建立最小生成树，包括:
[0017]确定添加后的统治节点集合中的统治节点及其对应的被统治节点为节点簇；
[0018]根据所述节点簇中节点的位置信息建立最小生成树，所述最小生成树中的各节点间通过链路进行传输。
[0019]优选地，所述获取的节点信息中还包括有可用信道信息以及网卡信息，所述最小生成树中的各节点间的链路具体通过如下方式进行确定:
[0020]根据所述网卡信息确定所述最小生成树中的各节点间是否具有共用的通信距离范围，当确定具有时，根据所述可用信道信息确定各节点间的链路。
[0021]优选地，所述根据预设信道集合为所述最小生成树集合中的链路分配信道，具体包括:
[0022]将预设信道集合中的信道按照信道利用率分配给所述最小生成树集合中的链路，直到所述最小生成树集合中的所有链路均被分配有至少一条信道。
[0023]优选地，所述根据预设信道集合为由所述最小生成树集合中的链路分配信道之后,还包括:
[0024]将所述分配给所述最小生成树集合中的链路的信道分配给所述链路对应的两端节点。
[0025]现有技术相比，本发明实施例所提出的技术方案具有以下优点:
[0026]本发明的上述实施例，通过各节点联通集合设计，实现了在保证网络联通性的前提下，增加了信道的利用率，使得网络资源得到更充分的利用，从而节省了无线网络资源。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明实施例所提供的基于最小生成树的信道分配的流程示意图；
[0028]图2是本发明实施例所提供的4个节点网络的联通示意图；
[0029]图3是本发明实施例所提供的基于最小生成树的信道分配的流程示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。[0031]参见图1，为本发明实施例所提供的基于最小生成树的信道分配的流程示意图，该流程可包括:
[0032]步骤101，获取节点信息，所述节点信息中包含有节点的标识信息以及位置信息。
[0033]在该步骤之后，还包括:
[0034]根据获取的节点的标识信息确定统治节点，并构造统治节点集合；
[0035]确定统治节点的邻居节点为被统治节点；
[0036]通过将被统治节点添加到所述统治节点集合中，使得添加后的统治节点集合中的任意两个节点连通。
[0037]步骤102，根据获取的节点的标识信息以及位置信息建立最小生成树，并由建立的最小生成树构成最小生成树集合。
[0038]具体的，所述根据获取的节点的标识信息以及位置信息建立最小生成树，具体包括:
[0039]确定添加后的统治节点集合中的统治节点及其对应的被统治节点为节点簇；
[0040]根据所述节点簇中节点的位置信息建立最小生成树，所述最小生成树中的各节点间通过链路进行传输。
[0041]其中，所述获取的节点信息中还包括有可用信道信息以及网卡信息，所述最小生成树中的各节点间的链路具体通过如下方式进行确定:
[0042]根据所述网卡信息确定所述最小生成树中的各节点间是否具有共用的通信距离范围，当确定具有时，根据所述可用信道信息确定各节点间的链路。
[0043]步骤103，根据预设信道集合为所述最小生成树集合中的链路分配信道。
[0044]具体地，所述根据预设信道集合为所述最小生成树集合中的链路分配信道，具体包括:
[0045]将预设信道集合中的信道按照信道利用率分配给所述最小生成树集合中的链路，直到所述最小生成树集合中的所有链路均被分配有至少一条信道。
[0046]在对链路分配完信道之后，还会将所述分配给所述最小生成树集合中的链路的信道分配给所述链路对应的两端节点。
[0047]本实施例中，通过各节点联通集合设计，实现了在保证网络联通性的前提下，增加了信道的利用率，使得网络资源得到更充分的利用，从而节省了无线网络资源。
[0048]为了更清楚的对本发明实施例提供的基于最小生成树的信道分配过程进行描述，下面以一个具体的实施例进行详细描述。
[0049]如图2所示，在该具体实施例中，以当前无线网络中具有4个节点进行说明，该4个节点分别为节点A、节点B、节点C和节点D，具体的，参见图3，为该【具体实施方式】。
[0050]步骤301，无线网络中的基站获取该网络中的各个节点信息。
[0051]在本步骤中，获取到的4个节点的节点信息包括节点序号(如节点A的序号为1，节点2的序号为2，节点C的序号为3，节点D的序号为4)、无线网卡信息，与节点部署的所在区域相关的节点可用信道信息，该可用信道信息具体包括可用信道个数以及具体的信道信息(如节点A可用信道个数为2，具体为信道1、信道，节点B可用信道个数为2，节点C可用信道个数为2，节点D可用信道个数为2)以及节点物理位置信息。
[0052]步骤302，基站根据获取到的节点信息确定各个节点之间的传输链路。[0053]在本步骤中，基站在确定节点间传输链路时，可用通过如下方法:
[0054]根据节点的可用信道信息以及可用网卡信息来确定链路。
[0055]具体的，根据节点的可用信道信息可知，各个节点的可用信道。具体的，如节点A的可用信道信息为信道1、信道2，节点B的可用信道信息为信道2、信道3，因此，据此可以确定，节点A和节点B之间的可用链路为信道2 ；
[0056]在确定完可用信道后，根据各个节点的无线网卡信息来确定链路。
[0057]具体的，在确定完可用信道之后，根据无线网卡的传输距离来确定可用链路。假设节点A和节点B处于彼此的网卡的通信距离范围之内时，结合节点A和节点B的可用信道，可知，节点A和节点B可用他们共有的信道2作为传输所用链路。
[0058]步骤303，基站根据节点的节点序号大小以及位置信息建立联通统治节点集合。
[0059]在本步骤中，在建立联通统治节点集合时，首先定义统治节点。
[0060]具体的，在定义统治节点时，是选取节点序号最小的节点作为统治节点。
[0061]具体的，在获取到的4个节点中选取节点序号最小的节点，此时所选取的节点序号最小的节点为节点A，定义节点A为统治节点，并将该节点A的邻居节点定义为被统治节点，即定义节点B、节点C为被统治节点，也即该节点B和节点C从属于节点A。
[0062]对于定义统治节点的方式，还可以通过选取节点序号最大的节点作为统治节点等方式，然而，对于本领域技术人员而言，只要是定义统治节点的方式，均在本发明的保护范围之内。
[0063]其次，在未确定身份的节点中，继续定义统治节点，具体的确定方式同上述首次确定统治节点的方式。
[0064]由于在本实施例中仅选取了 4个节点进行说明，所以，此时，未确定身份的节点仅剩下节点D，故确定该节点D为统治节点。
[0065]当所有节点均确定完身份后，构建统治节点集合以及被统治节点集合。
[0066]具体的，所构建的统治节点集合中包括有节点A和节点D，被统治节点集合中包括有节点B和节点C。
[0067]构建完统治节点和被统治节点集合后，确保统治节点集合中的所有节点处于联通状态，也即任意两个节点之间存在可用链路。
[0068]具体的，对于被统治节点集合中的节点，如果能够连接最多数目的统治节点，则把其加到统治节点集合中，该节点称为连结节点，重复此过程，直到统治节点集合中的所有节点联通。
[0069]步骤304,确定节点簇。
[0070]在该步骤中，选取确定的统治节点及其从属的被统治节点或连结节点，将其构成节点簇。其中，统治节点为节点簇的簇头，其他节点为节点簇的簇内节点。
[0071]具体的，节点A、节点B和节点C构成节点簇，节点A为簇头。
[0072]步骤305,根据节点簇建立最小生成树(Minimum Spanning Tree)。
[0073]在该步骤中，根据节点簇中包含的节点的位置信息建立最小生成树，该最小生成树的点是簇内所有的节点，且该最小生成树的边是前述步骤302中确定的传输连路。
[0074]进一步地，将所有建立的最小生成树看做为一个整体图形，由于在步骤303中建立的统治节点集合是联通的，所以该整体是一个联通图形。[0075]步骤306，为最小生成树构成的整体中的边分配信道资源。
[0076]在根据预设信道集合分配信道资源之前，对于其中的预设信道集合，其是该网络中所有节点可以使用的所有信道的集合。
[0077]具体的，假设节点A可使用的信道为信道1、信道2、信道3，节点B可使用的信道为信道1、信道2、信道4、信道5，节点C可使用的信道为信道1、信道3，节点D可使用的信道为信道2、信道3、信道5，那么该信道集合则由信道1、信道2、信道3、信道4和信道5这五个信道组成。
[0078]在信道资源分配时，会根据信道利用率进行分配。
[0079]具体的，假设信道集合中的某条信道可以被最小生成树构成的整体中的最多个边同时使用，则将该信道分配给该多个边。
[0080]在将该信道分配之后，会重复上述步骤，继续进行分配，直到最小生成树构成的整体中的每一个边都被分配了一条信道。
[0081 ] 步骤307，将分配给边的信道分配给对应的节点。
[0082]具体的，在为最小生成树构成的整体中的每一个边都分配了一条信道之后，会将分配给各个边的信道同时分配给该边(也即链路)对应的两端节点。
[0083]本实施例中，通过各节点联通集合设计，实现了在保证网络联通性的前提下，增加了信道的利用率，使得网络资源得到更充分的利用，从而节省了无线网络资源。
[0084]通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0085]本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
[0086]本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
[0087]上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0088]以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于最小生成树的信道分配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 获取节点信息，所述节点信息中包含有节点的标识信息以及位置信息； 根据获取的节点的标识信息以及位置信息建立最小生成树，并由建立的最小生成树构成最小生成树集合； 根据预设信道集合为所述最小生成树集合中的链路分配信道。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据获取的节点的标识信息以及位置信息建立最小生成树之前，包括: 根据获取的节点的标识信息确定统治节点，并构造统治节点集合； 确定统治节点的邻居节点为被统治节点； 通过将被统治节点添加到所述统治节点集合中，使得添加后的统治节点集合中的任意两个节点连通。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据获取的节点的标识信息以及位置信息建立最小生成树，具体包括: 确定添加后的统治节点集合中的统治节点及其对应的被统治节点为节点簇； 根据所述节点簇中节点的位置信息建立最小生成树，所述最小生成树中的各节点间通过链路进行传输。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取的节点信息中还包括有可用信道信息以及网卡信息，所述最小生成树中的各节点间的链路具体通过如下方式进行确定: 根据所述网卡信息确定所述最小生成树中的各节点间是否具有共用的通信距离范围，当确定具有时，根据所述可用信道信息确定各节点间的链路。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设信道集合为所述最小生成树集合中的链路分配信道，具体包括: 将预设信道集合中的信道按照信道利用率分配给所述最小生成树集合中的链路，直到所述最小生成树集合中的所有链路均被分配有至少一条信道。
6.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述根据预设信道集合为所述最小生成树集合中的链路分配信道之后，还包括: 将所述分配给所述最小生成树集合中的链路的信道分配给所述链路对应的两端节点。
【文档编号】H04W72/04GK103929815SQ201410133541
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】毛续飞, 刘云浩 申请人:清华大学