[发明专利]一种多射频多信道无线网状网中适合机会路由的信道分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络中信道分配技术，特别是指在多射频多信道无线网状网中针对机会路由的信道分配机制。

背景技术

机会路由是多跳无线网络中新兴的路由方式，它利用无线媒介广播性质和多用户分集，不事先确定路由的下一跳，直接广播发送数据包，周围可能有多个邻居节点都正确收到数据包。在收到数据包的节点间进行某种协调，由其中一个离目的节点最“近”的节点继续转发。当然并不是所有的节点都参与，机会路由按某种规则选择其中的一部分参加，这些被选中的邻居节点称为候选节点或候选转发节点。经多方验证，与只有一个预先设定下一跳的传统固定路由相比，机会路由这种使用多个候选节点转发数据包的方式更能适应不可靠的无线链路，尤其能充分利用远距离和高丢失率的无线链路，能明显提升多跳无线网络，尤其是无线网状网的端到端吞吐量。

机会路由在单射频无线网络中的优势已经被充分的探索和利用，但是，它在多射频无线网络中的影响还没有能够很好的理解和运用。大多数机会路由都处于单射频单信道网络，既没有充分利用802.11a/b本身已有12/3个正交的信道资源，也没有考虑无线网状网中节点能配置多个射频的情况。无线网卡成本降低和无线网状网对网络带宽的需求促使无线网状网的路由节点像有线网络的路由器一样配置多个网络接口，使得多射频无线网状网开始广泛应用，因此在多射频多信道无线网状网中研究机会路由成为近年备受关注的领域。

目前在多信道网络中机会路由的研究只有McExOR和ORinMM。前者是在单射频多信道的网络环境中给定了信道分配后，选择最佳的机会路由候选节点，如何分配信道未具体考虑；后者只分析了单流使用机会路由在多射频多信道无线网状网中的理论上限。虽然上述算法对机会路由在多信道网络的应用进行了初步探索，但是他们都不适合多射频多信道无线网状网实际使用。MCExOR信道分配和路由相互独立，虽然可以和任何信道分配机制搭配使用，但却未指定明确的信道分配机制，而且它只适用于单射频的网络。ORinMM求解得到的信道分配调度方案需要严格的时钟同步，也没有考虑射频在信道间切换的延时，无法在实际中操作应用。因此，迫切需要适应于多射频多信道的网络环境的机会路由。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种多射频多信道无线网状网中适合机会路由的信道分配方法，该技术采用公共信道分配方式和基于流的信道选择算法，算法收集当前邻居范围内的信道干扰状况，然后为每条新加入的流选择使路径干扰最小的信道；公共信道分配在网络初始化后就不再需要改变，简单易实现；基于流的信道选择能有效避免机会路由中候选节点在协商过程中使用不同信道可能出现的重复传输问题，以达到信道资源负载均衡和最大化吞吐量的目的。

本发明的技术解决方案是，所述多射频多信道无线网状网中适合机会路由的信道分配方法的步骤为：

(1)通过期望传输次数ETX指标来确定源节点到目的节点所需要的候选转发节点；

(2)采用公共信道分配方式，要求所有节点都工作在相同的正交信道集上；

(3)采用基于流的分配信道选择算法，要求一条流在传输过程中只使用一个信道，并选择使路径信道干扰最小的信道。

以下对本发明做出进一步说明。

在一个多射频多信道无线网状网，如图1中所示，包含V个节点(一个网关节点GW和V-1个路由节点)，每个节点可配置R个无线射频，假设所有节点配置的射频数量相等，网络中可使用K个的正交信道，如图2所示。多射频多信道无线网状网就可对应成一个扩展的无向图G＝(V，E，GW，R，K)，其中E为表示节点间链路的矩阵，只有当两节点间的链路包投递率大于某阀值才认为它们之间的直接链路存在，互为邻居。也就是说对于任何一条链路l(u，v)∈E都有一个对应的链路包投递率Pr(u，v)，表示在无干扰情况下链路正确接收数据包成功率，这个值可以通过传播模型计算获得。假设链路是对称的Pr(u，v)＝Pr(v，u)，且任意节点的链路包投递率都是独立的。定义节点u的一跳的邻居Nb(u)为Pr(u，v)≥P₀的节点集合，其中P₀＜＜1。对于剩下的任何不属于Nb(u)的节点v，链路包投递率为0，即Pr(u，v)＝0。

需解决的问题是给定一个这样的场景模型，在已知每个节点到网关节点的最佳路径下，为网络中所有存在的流分配合适的信道使整个网络的吞吐量最大。

本发明的技术原理包括：

(1)首先通过期望传输次数ETX指标来确定源节点到目的节点所需要的候选转发节点，即确定路由路径；