无线Mesh网络多播部分重叠信道分配方法
【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方法，该方法如下：通过获取网络的拓扑信息及多播接收端列表得到网络拓扑图，构建对应的多播加权冲突图；根据多播加权冲突图与网络拓扑图的映射关系，得到网络拓扑图中各链路的权重；计算各未被覆盖的多播接收端到网关的各路径的路径代价，从中选择最小代价路径并为相关链路分配信道；更新未被覆盖的多播接收端列表及网络拓扑图中各链路的权重；重复上述步骤(3)和(4)，直到所有多播接收端均包含到多播树中，多播树构建及信道分配完毕。本发明能够依据节点间的欧式距离及其信道间隔准确判断节点之间的干扰关系，在进行信道分配时充分利用无线广播优势，从而最小化网络的带宽消耗和干扰。
【专利说明】无线Mesh网络多播部分重叠信道分配方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信【技术领域】，尤其涉及一种基于多播加权冲突图的无线Mesh网络多播部分重叠信道分配方法。
【背景技术】
[0002]无线Mesh网络(Wireless Mesh Networks, WMNs)具有高带宽、快速部署、易于安装、维护简单、前期投资成本低等优势，能够扩展无线网络的覆盖范围，因此有望成为解决“最后一公里”接入问题的理想解决方案。WMNs是由固定的Mesh路由器、固定或移动的Mesh客户端组成的。部分Mesh路由器具有桥接功能,可以通过有线链路连接到Internet,充当WMNs的网关。
[0003]多播是WMNs中的一种重要通信方式，它一般以网关为源节点，通过有效的传递方式将信息同时传递给一组接收端，从而节省带宽，这组接收端通常称为多播接收端。近年来，WMNs中部署了很多基于多播的应用，比如大规模音频/视频会议、远程教育、分布式交互游戏等。这些应用对网络容量、实时性和传输质量都有很高的要求，这对WMNs有限的容量带来极大挑战。信道分配通过为接口合理分配信道显著降低干扰，提升网络容量。多播相比于单播最重要的区别在于多播具有无线广播优势(WirelessBroadcastAdvantage，WBA)，即从同一个节点接收数据的各节点之间不存在干扰。通常我们将起始于同一个节点的多条链路称为兄弟链路，在进行多播信道分配时尽量为兄弟链路分配相同信道以利用WBA。另外，现有研究成果表明部分重叠信道(PartiallyOverlappedChannels, POCs)，即频谱上有交叠的信道的使用有助于克服IEEE802.llb/g标准正交信道资源有限的困难，帮助增加网络中的并行传输链路数，进而提升网络容量。在使用POCs时，信道间隔指两条信道的信道号的差值，比如信道I与信道4之间的信道间隔为3。
[0004]目前WMNs中部分重叠信道下的多播信道分配主要针对于单个多播流，信道分配算法大致可以分为两类:联合多播路由与信道分配，分立多播路由与信道分配。联合多播路由与信道分配方法考虑路由与信道分配的相互作用，将它们看成一个整体使用规划方法进行求解，虽然规划方法能得到最优解，但是其求解难度较大，很难应用于实际网络。分立多播路由与信道分配方法先构建多播树，然后为构建好的多播树中的链路分配信道。该类方法求解的复杂度较低，通常能获得次优解。在为节点分配信道时，现有分立多播路由与信道分配方法选择与已经分配了信道的一跳或两跳邻居的干扰和最小的信道，但是跳数距离并不能准确反映节点之间的干扰关系。因此应使用欧式距离及信道间隔作为节点间是否干扰的判据，以最小化网络干扰为目标、充分利用WBA来构建多播树、完成信道分配，从而减少网络中的带宽消耗和干扰，实现多播业务的有效传输。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种能够准确判断节点间干扰关系，并能有效降低网络带宽消耗和网络中的总干扰、提升多播吞吐量的无线Mesh网络多播部分重叠信道分配方法。
[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方法包括:
[0007]I)获取网络的拓扑信息、多播接收端列表，得到原始网络拓扑图；
[0008]2)初始化已分配信道的链路列表及未被覆盖的多播接收端列表；
[0009]3)根据步骤I)中的原始网络拓扑图及多播接收端列表，构建对应的多播加权冲突图；多播加权冲突图构建方法如下:
[0010](I)根据节点距离网关的跳数距离把原始网络拓扑图中的节点分成不同等级，取消同一等级内各节点之间的边，得到改进的网络拓扑图；这里网关节点定义为I级节点，其他节点等级依次递增，离网关节点跳数距离越远的节点等级越高；
[0011](2)将改进的网络拓扑图中起始于同一个节点的所有链路构成的链路集合作为多播加权冲突图中的一个顶点；
[0012](3)按照下述方法确定多播加权冲突图中任意一对顶点之间是否有边及对应的边权重，得到最终的多播加权冲突图:
[0013]a)设多播加权冲突图中的任意两个顶点为SJP S」，其对应于改进的网络拓扑图中的链路集合Ei和Ej,定义顶点Si和Sj彼此互不干扰所需的最小信道间隔为τ max并初始化为O ;
[0014]b)计算集合Ei中的任意一条链路a和集合中的任意一条链路b之间的欧式距离d (a, b), d (a, b)定义为链路a的任意一个端点与链路b的任意一个端点之间的欧式距离的最小值；
[0015]c)将d(a，b)与共信道干扰范围R" (O)进行比较，如果d(a，b)≤R" (0)，则转入下一步骤d);否则转入步骤f)；
[0016]d)将d(a，b)与对应于不同信道间隔τ的干扰范围R" (τ)进行比较，当满足R" (τ)≤d(a，b)〈R" ( τ-1)条件时，链路a与链路b彼此互不干扰所需的最小信道间隔
τ , = τ:
ab，
_ 7] e)当τ ab> τ max条件成立时，更新τ 为τ ab ;
[0018]f)判断是否遍历了中的所有链路，若是则转入下一步骤g)，否则转入步骤b)；
[0019]g)判断是否遍历了 Ei中的所有链路，若是则转入下一步骤h)，否则转入步骤b)；
[0020]h)根据τ max的值进行判断，若τ _ = O,则多播加权冲突图中顶点Si和S」之间没有边；否则，多播加权冲突图中顶点Si和S」之间有边，边上的权重为τ max ；
[0021]4)通过步骤3)中构建出的多播加权冲突图与改进的网络拓扑图的映射，得到改进的网络拓扑图中各链路上的权重；改进的网络拓扑图中各链路上的权重为多播加权冲突图中与对应于该链路的顶点相连的边上的权重之和；
[0022]5)利用公式(I)计算从各未被覆盖的多播接收端到网关的各条路径P的路径代价
【权利要求】
1.一种无线Mesh网络多播部分重叠信道分配方法，其特征在于包括下述步骤: 1)获取网络的拓扑信息、多播接收端列表，得到原始网络拓扑图； 2)初始化已分配信道的链路列表及未被覆盖的多播接收端列表； 3)根据步骤I)中的原始网络拓扑图及多播接收端列表，构建对应的多播加权冲突图；多播加权冲突图构建方法如下: (1)根据节点距离网关的跳数距离把原始网络拓扑图中的节点分成不同等级，取消同一等级内各节点之间的边，得到改进的网络拓扑图；这里网关节点定义为I级节点，其他节点等级依次递增，离网关节点跳数距离越远的节点等级越高； (2)将改进的网络拓扑图中起始于同一个节点的所有链路构成的链路集合作为多播加权冲突图中的一个顶点； (3)按照下述方法确定多播加权冲突图中任意一对顶点之间是否有边及对应的边权重，得到最终的多播加权冲突图: a)设多播加权冲突图中的任意两个顶点为SJPSp其对应于改进的网络拓扑图中的链路集合Ei和Ej,定义顶点Si和Sj彼此互不干扰所需的最小信道间隔为τ max并初始化为O ; b)计算集合Ei中的任意一条链路a和集合中的任意一条链路b之间的欧式距离d(a, b), d(a, b)定 义为链路a的任意一个端点与链路b的任意一个端点之间的欧式距离的最小值； c)将d(a，b)与共信道干扰范围R"(O)进行比较，如果d(a，b)≤R" (0)，则转入下一步骤d);否则转入步骤f)； d)将d(a，b)与对应于不同信道间隔τ的干扰范围R"(τ)进行比较，当满足R" (τ)≤d(a，b)〈R" ( τ-1)条件时，链路a与链路b彼此互不干扰所需的最小信道间隔τ , = τ:ab， e)当τab> τ max条件成立时，更新τ 为Tab; f)判断是否遍历了&中的所有链路，若是则转入下一步骤g)，否则转入步骤b)； g)判断是否遍历TEi中的所有链路，若是则转入下一步骤h)，否则转入步骤b)； h)根据τ_的值进行判断，若τ_ = 0，则多播加权冲突图中顶点Si和&之间没有边；否则，多播加权冲突图中顶点Si和S」之间有边，边上的权重为τ max ； 4)通过步骤3)中构建出的多播加权冲突图与改进的网络拓扑图的映射，得到改进的网络拓扑图中各链路上的权重；改进的网络拓扑图中各链路上的权重为多播加权冲突图中与对应于该链路的顶点相连的边上的权重之和； 5)利用公式(I)计算从各未被覆盖的多播接收端到网关的各条路径P的路径代价
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方法，其特征在于所述步骤7)中为链路分配信道过程，包含如下步骤: (1)首先为路径代价最小的路径的任一相关链路分配信道，并将该链路及分配的对应信道添加到已分配信道的链路列表； (2)当为某一链路s分配信道时，根据公式(2)、(3)、(4)计算预为链路s分配信道.1，2，…，11时，链路s与网络中已分配信道的链路之间的总干扰Itrt ；
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方法，其特征在于所述步骤7)中为链路分配信道过程，包含如下步骤: (1)首先为路径代价最小的路径的相关链路中距离网关最近的链路分配信道，并将该链路及分配的对应信道添加到已分配信道的链路列表； (2)当为某一链路s分配信道时，判断链路s是否有兄弟链路，若是则转入下一步骤(3)，否则转入步骤(4)； (3)判断链路s的兄弟链路是否已经被分配了信道，若是，则将相同信道分配给链路S，以利用无线广播优势，转入步骤(6);否则转入下一步骤(4)； (4)根据公式(2)、(3)、⑷计算预为链路s分配信道1，2，…，11时，链路s与网络中已分配信道的链路之间的总干扰Itrt ；
【文档编号】H04W72/08GK104038946SQ201410323250
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】石文孝, 王继红, 崔克强, 金凤, 许银龙 申请人:吉林大学