[发明专利]一种无线mesh网络中的信道分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及无线mesh网络中的信道分配。 

背景技术

无线Mesh网络是一种宽带无线自组网架构体系，具备“高带宽”、“高可靠性”和“高频谱利用率”特征。无线Mesh网络可以划分为平面结构和分层结构两类。平面结构又可以称为对等结构，其所有节点在网络控制、路由选择和流量管理上都是平等的。平面结构虽然具有组网简单且网络可靠性高的优点，但是其网络控制开销大，路由复杂度高；分层结构中，一些相邻的节点被聚合成簇(Cluster)，每个簇由簇头(Cluster Header)和多个簇成员(Cluster Member)组成。簇头之间形成Mesh网络，而簇成员通过簇头实现互通。这种分层结构虽然实现了网络控制的简化，但也使簇头成为网络瓶颈。 

在虚拟层次化的Mesh网络结构中，将地理位置相近的节点划分成小区(也就是簇)，小区内的所有节点可以直接与相邻小区中的节点直接通信，而非相邻小区的节点之间的通信则需要通过相邻小区节点转发。这样，小区之间成为虚拟层次网络的顶层Mesh网络，而底层小区内节点都可以具备簇头和簇成员这两种功能。即：小区内的所有节点可虚拟成一个位于小区中心的“虚拟节点”，如图1所示。将虚拟节点看成是路由层的节点，即每个小区内的所有节点都具有相同的IP子网地址，但具有不同的MAC地址，这样既简化了路由层的复杂度，又使数据链路层有更好的冗余。 

在上述虚拟层次化的Mesh网络结构中，小区的划分方式类似于蜂窝网络中的小区划分方式，所不同的是蜂窝网络中小区内和小区间终端节点不能直接通信，小区内终端节点直接和基站通信。而这里划分的小区内部以及相邻小区内的节点可以直接通信，这样可实现不同小区内节点间的多跳通信。本发明针对这种虚拟层次化的Mesh网络结构提出了一种无线信道资源分配方法，通过有效的空间复用提高Mesh网络的频谱资源利用率。 

发明内容

针对新的组网方式，本发明为虚拟层次化的Mesh网络结构提供一种无线信道分配方法，以提高无线频谱资源的利用率，减少小区之间的无线干扰。 

本发明采用射频防卫度和小区业务强度作为信道分配指标以优化信道资源复用，其特征在于包含如下步骤： 

A、建立虚拟层次化Mesh网络拓扑规则：将地理位置相近的节点划分成小区，小区内的所有节点虚拟成一个“虚拟节点”，每个虚拟节点内部的节点可以直接通信，邻居小区内的节点也可以直接通信，而非邻居小区内节点间要通过多跳通信； 

B、根据虚拟层次化mesh网络拓扑结构建立一种新型广义集合T-coloring信道分配模型：保证邻居小区分配公共信道以维持网络的连通性，同时为降低网络干扰，在一定的同频道复用距离内非邻居小区要分配不同的信道，并满足T-coloring约束，邻居小区除公共信道外其余分配的信道也要满足一定的T-coloring约束，而距离大于同频道复用距离的节点可分配相同的信道以提高频率复用效率； 

C、用射频防卫度作为信道分配的指标优化同频道复用距离，采用小区分裂方式优化网络容量和信道分配公平性：在载波干扰比大于射频防卫度的情况下可复用信道，不需要为了避免干扰而在节点的干扰域以外才复用信道，而是在存在一定可接受干扰的情况下提高信道分配方案的实用性和频谱资源利用率；此外，在小区业务强度不均匀时采用小区分裂方式来控制小区半径，提高网络容量以满足通信需求，同时改善信道分配的公平性。 

在步骤A中，在所形成的虚拟层次化Mesh网络的基础上信道分配方案以小区为单位进行信道分配，其特征是：每个小区分配一组信道，邻居小区分配一定的公共信道以满足邻居小区间的通信需求，同时也根据每个小区的业务需求为每个小区分配额外的信道以满足小区内部节点间的通信。 

在步骤A中，基于虚拟层次化Mesh网络拓扑规则的信道分配方法区别于以往平面结构和分层结构的无线mesh中信道资源的分配方法，后者以连接图或冲突图为基础分配给具体的链路或节点以降低网络干扰并保持网络的连通性；前者不分配信道给具体的网络节点或链路，而是在虚拟节点形成的拓扑结构的基础上根据网络的连通性要求和小区业务需求分配一个信道集合给每个小区。 

在步骤B中，使用一种广义集合T-coloring模型进行信道分配，其特征是：每个小区根据其业务需求分配一个信道集合，相邻小区分配的信道集合中要有一定数目的公共信道以进行多跳通信并维持网络的连通性，这不同于蜂窝网络中信道分配问题常用的集合T-coloring模型。