[发明专利]无线Mesh网络多播部分重叠信道分配方法

说明书

技术领域

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

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。

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(Wireless Broadcast Advantage,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(Partially Overlapped Channels,POCs)，即频谱上有交叠的信道的使用有助于克服IEEE 802.11b/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1与信道4之间的信道间隔为3。

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

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。

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：

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1)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1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S_i和S_j，其对应于改进的网络拓扑图中的链路集合E_i和E_j，定义顶点S_i和S_j彼此互不干扰所需的最小信道间隔为τ_min并初始化为0；

b)计算集合E_i中的任意一条链路a和集合E_j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；