专利名称：一种cwmn中资源节约的分布式组播与频谱分配方法
技术领域：
本发明属于无线网络技术领域，涉及ー种认知无线Mesh网络中满足QoS约束的资源节约的分布式组播路由与频谱分配方法。
背景技术：
认知无线Mesh网络(cognitive wireless mesh network, CWMN)中，姆个Mesh节点都使用认知无线电(cognitive radio, CR)技术,对于姆个配备CR的Mesh节点(CR-Mesh路由器、CR-Mesh网关、CR-Mesh终端)，能够感知主系统中未使用的频谱，并动态地接入到这些可用的频谱。本发明主要考虑CR-Mesh节点已经获得可用信道条件下的以资源节约为目标的 分布式组播路由与频谱分配方法。资源节约的组播路由树构造与频谱分配问题关注的是如何充分利用无线广播特性节约射频资源。当一个节点使用某个信道发送ー个数据包给他的某个邻居的时候，由于广播特性的存在，该节点的所有工作在该信道的邻居节点都能收到这个数据包。组播路由树中使用的射频资源数等价于组播树中的传输次数，以资源节约为目标等价于以最小化传输次数为目标。在CWMN中，由于主用户(primary users, PU)占用授权信道的随机性,CR-Mesh节点感知的可用信道数存在异构，这将使得CWMN中构造资源节约组播路由树问题变得更加复杂。经查阅相关文献，未见有关针对认知无线Mesh网络中满足QoS约束的以资源节约为目标的分布式组播路由树构造与频谱分配问题的报道。鉴于以上考虑，本发明提供了ー种认知无线Mesh网络中满足QoS约束的以资源节约为目标的分布式组播路由与频谱分配方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供ー种认知无线Mesh网络中满足QoS约束的资源节约的分布式组播路由与频谱分配方法，通过有效的构造组播路由树与频谱分配最小化组播路由树消耗的射频资源数。发明的技术解决方案如下
我们将静止的CR-Mesh节点组成的CWMN建模为ー个无向图G = (Fj),其中K表示CR-Mesh节点的集合。A表示链接两个能相互通信的CR-Mesh节点的无线链路的集合，两个CR-Mesh节点能相互通信的前提是两个CR-Mesh节点必须至少具有一个相同的可用信道，并且满足通信距离的约束，以及认知射频接口数約束。当前网络环境，可用信道的集合Z= (1义3ん5)，信道k的带宽用妒,一般情况下，不同信道具有不同的带宽，即Bi *が
，.IjeK。每个节点Vi e F都有ー个感知的可用信道集合ち，以及ー个认知射频数J,。每
个节点Vi € V均存在ー个通信距离巾和ー个干扰距离本发明l& = 2* 。
d(Vi7Vj')表示节点Vi和节点ろ之间的物理距离。N(Vi)表示节点K的邻居节点集合，即况(Vi)= {.Vj I Vy e V &, Sid(VitVj) < Tr)。Kfyi,v/)表示节卢V2和节点 相同可用信道集合,即ろ.)={.t I A €ちHち}。认知无线Mesh网络中满足QoS约束的资源节约的分布式组播路由树构造与频谱分配问题即给定无线组播业务G= ( ,ちぶ^)，其中ろ表示组播源节点，D =(rl，r2「Tm}表示组播目的节点集合，cJ,表示QoS约束，本发明的Q0S约束指带宽约束，其目标是要求构造满足QoS约束的包含ろ和A中所有目的节点的资源节约的组播路由树
，具体体现在最小化组播树的输次数，S卩，不但满足QoS约束，还要使得组播数！；的传输次数最小。ゼG具V)=た表示给无线链路iu，v)在G的组播树〒中分配的信道为た， う=0表示没有给无线链路知ル)分配信道。同一条无线链路可以分配多个信道，
表示无线链路b，v)分配的信道集合，YO)表示节点a分配的信道集合。所有节点米用半双エ方式工作，存在一个公共控制通道(common control channel, CCC)用于各CR-Mesh节点之间传递控制信息。本发明的目标是最小化射频资源数的使用，即最小化组播树的传输次数。最小化组播树的传输次数等价于最小化所有传输节点的传输次数，最小化传输节点的传输次数等价于最小化传输节点工作的信道数，最小化传输节点工作的信道数可以通过最大化传输节
点每ー个信道可达的邻居节点数，传输节点Vi在信道*的可达邻居节点数，即为传输节点I的邻居节点中具有信道》的邻居节点数，用表示，即节夂的邻居中，与节点A —样具有可用信道i的邻居节点集合。因此，最小化组播树的传输次数等价于最大化节点％的邻居节点中，与节—祥具有可用信道i的邻居节点集合。本发明构造组播路由树与频谱分配的目标是最小化使用的射频资源数，组播路由树中使用的射频资源数等同于组播路由树的传输次数。因此，最小化传输次数即为最小化射频资源数的使用。本发明提出的满足QoS约束的资源节约的分布式组播路由与频谱分配方法的步骤如下
I、计算所有无线链路的权值，无线链路权值的计算包含以下步骤 i )初始化所有无线链路的权值为无穷大，即ブ(Vi A) = OD，^VisVjeF。ii )对于满足射频约束的节点' ,即Vvi EfM F(Vj) |</,,首先计算节点Vi的满足
射频约束的邻居节点集合，即N1(Vi) = Ivj IV, e Nfyi) && Ir(Vi) |</,},计算曜的目的是为了保证给CR-Mesh节点分配信道时具有可用的射频资源。iii)计算节点Vi与其邻居节点满足Q0S约束的相同可用信道集合，Wbvp=W た[K(Vi7Vj) ScScBk > Cp8iSLktY (Vi))，VjE N1 (Vi)，其中[(Vi，ろ.)表示节点 v;和节点V/相同可用信道集合，炉表示信道A的带宽，Cp表示无线组播业务G的带宽约束，:r(>)表示节点I已经分配的信道，加条件た的目的是，如果信道i已经在之前被分配给了节点Vi，则无线链路之间不能再分配信道。iv )计算节点' 的可用信道集合ち中所有未标记的可用信道的邻居节点集合，M (*) = {Vj I Vjf € N1(Vi) &Sike Kb(Vi ろ.)& &,Fk(k) == 0 & &Fv(y/) == 0}，其中 Ap(Vi)表示节
点Vi满足射频约束的邻居节点集合，が(、ろ)表示节点Vi和节点&满足Q0S约束的相同可用信道集合，FW)表示信道A是否已经标记，即是否已经处理过，1(た)=1表示信道左已经处理过，Fk(k) = 0表示信道々还没有处理过。Fvfyj)表示节点'^到节点Vy的无线链路权值是否已经计算过，(ろ0 = 1表示已经计算过，(力)=0表示还没有计算过。计算M(*)中包含的目的节点集合MW ,MW = k A(k")&&vi eDP)。V )计算节点'的最多邻居节点具有的信道丨粍(A)|表示节点巧的邻居中具有 信道左的邻居数，た'=吨max{|ボ.t)|} ,.te6&&i i(i)==0。如果多个信道具有相同的邻居节点数吋，则选择包含较多目的节点的信道。vi )计算节点V,到具有信道的邻居节点的无线链路权值プ(ルウ)，并
为无线链路预分配信道，ブ1H):丨鋼丨+丨順,)丨，且XXCyViろ)=k' ’
■t'e ^5(VjjVy) &&ツe F1(Vi)，其中/Oiろ.)表示无线链路(ルウ)分配信道!；I之后的权值，
,(ら4ろ)=t1表示在组播树中无线链路(visろ)预分配信道最终是否分配信道ど由步骤3)确定。vii)标记 Fv(Vj) = 1 , i'e Ks(Vi, v/) & Slvj- e W (Vi)，标记信道已经处理过，即段(先')=I ,标记信道だ进队列《⑷，即咖).押雄1)。viii)判断节点ろ是否满足射频约束，S卩丨Z(Vi) [</,,如果是，则转ix )，否则，结束。ix)判断节点Vi到F1(Vi)中所有邻居节点的无线链路权值是否已经计算，即判断是否存在W) == 0,V/E IT (Vi),如果存在，则转iv )，否则，结束。2、构造从源点到所有目的节点资源节约的广播树，在构造资源节约的广播树的过程中，组播源点、中间节点和目的节点的处理流程是不一样的，下面分别对其处理流程进行说明。源节点Sp ,其处理流程如下i )队列€( )的队头元素出队列，即た1 =。ii )对 Vvi e JJ1Jlk')，通过发送 Expiore(SjtMSrVj)消息给节卢 i 其中碌い,i)表示从源点も到节卢t的花费，城('レVi) = J1(SftVi)。iii)判断队列ろ) 是否为空，如果队列？〔ろ)非空,则转i )，否则，转iv)。iv)如果源点ろ收到了其所有邻居节点的2ぼ(^)消息，则表示源节点ろ完成了资源节约广播树的构造。中间节占V2 ,其处理流程如下
i )如果节点Vi从其邻居节占I接收ー个(ろ,Vi))消息，其中W(S^vi)表示从源点ろ到节点A的花费。ii )发送ー个JCX(V/)消息给邻居节点ろ'。iii)比较消息中的W(S^vi)值与当前存储的从ろ到Vi的最小花费值!^(ろ⑷，如果 w(ろ，Vi) < Wnjn(S^Vi),则 Kち,Vj)= W(SyVi) , pre = V/ ,其中 pre 用于记录从 Sf 至 IjI的广播树中节点ろ的父亲节点。 iv )队列gfyi)的队头元素出队列，即k'=QfyiYpopQ。V )对Vvw e Sii {k'),通过发送Mxplomfyi,城VvJ)消息给节点、其中W(ろ,Vw) = Jfmin (S^vi) +/(Vi ,vw)。vi )判断队列Wvi)是否为空，如果队列Wvi)非空，则转iv )，否则，转vii)。Vii)如果节点Vi收到了其所有邻居节点的ACK(Vi)消息，则表示节点' 完成了资源节约广播树的构造。目的节卢り，其处理流程如下
i )如果目的节点う 从其邻居节卢 > 接收ー个Sxploreiyi MS9ろ)、消息，其中Wpイ)表示从源点ろ到节点な的花费。ii )发送ー个JCX(Vi)消息给邻居节点V,。iii)比较消息中的-ち七)值与当前存储的从ろ到ゥ的最小花费值JTail(Sp0),如果 ろI) < W—(ろう),则ITmia (Sj^r/) = w(SF,rj) , pre = Vi ,其中，用于记录从S 到
的广播树中节点り的父亲节点。3、剪枝资源节约广播树得到资源节约组播路由树，并进行频谱分配，其步骤如下
i )初始化无线组播业务G的组播树了中所有无线链路分配的信道值，XtfrViう■) =O , VVirVj eF。ii )所有目的节卢发送ー个pruning (ウ)消息给节点り的父亲节点pm。iii )当节点收到其儿子节点vw的pn wg(vw)消息时，记录节点、为节点Vi的儿子节点，并进行频谱分配，即^^，vilV/)=，V/),采用构造资源节约广播树过程中预分配的信道值ウ)进行分配。 iv )节点Vi给其父亲节点pre发迭Pmning(Vi)消息,直到组播源节点收到来自其儿子节点的消息截至。V )从资源节约广播树中删除以下两类节点，没有收到消息的非叶子节点，和非目的节点的叶子节点。得到的结果是通过分布式的方式得到无线组播业务ら的资源节约组播树T， 组播树Tf包含组播源点Sp和目的节点集合Dp中的所有节点。有益效果
本发明解决了认知无线Mesh网络中满足QoS约束的以资源节约为目标的分布式组播路由树构造与频谱分配问题，不仅分布式构造满足QoS约束的组播树，并且还可以实现最小化组播树使用的射频资源数。下面结合附图对本发明作进ー步的详细描述。
图I是本发明认知无线Mesh网络模型的示意 图2是本发明资源节约组播路由与频谱分配的流程 图3是本发明无线链路权值计算的流程 图4是本发明资源节约广播树构造源节点的工作流程 图5是本发明资源节约广播树构造中间节点的工作流程 图6是本发明资源节约广播树构造目的节点的工作流程 图7是本发明剪枝资源节约广播树及频谱分配流程 图8是本发明无线业务组播业务こ的组播树'
具体实施例方式以下将结合附图和具体实施例对本发明做进ー步详细说明
实施例I :
本实施例中，图I所示为认知无线Mesh网络模型的示意图，分布着16个CR-Mesh节点。图中以/2表示CR-Mesh路由器节点R1 ( Ri表示CR_MRi路由器节点)感知的可用信道为{〗A5},可用的射频接口数为2，即K1 =3，I2 =2。其他CR-Mesh节点的感知的可用信道集合以及具有的射频接口数如图I所示。5个可用信道的带宽分别是B = (35,50,46,20,45}，单位为 Mb/s。本发明构造组播树与频谱分配的目标是最小化射频资源的使用，具体通过最小化传输次数实现。图2所示为本发明提出的满足QoS约束的以资源节约为目标的分布式组播路由与频谱分配方法的流程图。步骤如下
51-I计算所有无线链路的权值。设ぐ1=是新到的无线组播业务，无线组播业务こ的源
点ら=馬，A= {為為，4。為2，iW，C1 = 30。图3是无线链路权值计算的流程图，包含以下步骤
52-1初始化所有无线链路的权值为无穷大，即ブう)=Co, Vvi;Vj- € V。S2-2对于满足射频约束的节点Vi ,即Vvi €,首先计算节点％的满足射频约束的邻居节点集合，即喝=Iろe N(Vi) && IF(Vj) |</,},节点H焉和
^满足射频约束的邻居节点集合如表I所示
表I满足射频约束的邻居节点集合
节点j邻居I节点I邻居I节点I邻居I节点I邻居- Rs ]消,瑪){ち,iみ%.iAJ^mRn)
S2-3计算节点Vi与其邻居节点满足QoS约束的相同可用信道集合，Kb(V^vj)
={Ar| i eK(VuVf) &&が > Cp &&.k^Y(Vi)) , Vj. € I<T(Vi)。对于馬而言，
Kb(R5^Ri)= {2} ; K8(R5,= (2,3) ; K8(Rs為')={方。其中，Kq(H)= {2}表示ち与负具有满足QoS约束的信道2。Ke(R^R6) = {2,3}表示為与鳥具有满足QoS约束的信道2和信道3。Kb(R5iB9) = {3}表示ち与R9具有满足QoS约束的信道3。S2-4计算节点Vi的可用信道集合ち中所有未标记的可用信道的邻居节点集合，只(k) = {v;. I Vj-e JV1 (Vi) & &k e KB(Vi ;Vj.) & 8tFk(k) == 0 &SlFv(Vj) ==0)。计算只(k)中包含
的目的节点集合舛W ,风(た)=(ViIvieftOt)AAvjeZy。对于ち而言， ft(2) = ( , _ = (R6rS9),幽={};
^d5(2) = (R1) , /Jd5 (3) = 0 , /45 j(4) = {}。
其中，柃(2)=(片,ち}表示节点Ms与其邻居ろ為都具有信道2。吒(3)=风為)表示节点馬与其邻居鳥，馬都具有信道3{注此时ル(為)还没标记，当在S2-7步骤中标记了处(2) = 1,以及ル(ち)=1之后，吒(3)=风},最終結果如表2所示。}。ft(4) = {}表示节点ち在信道4没有邻居。/M5(2) = (R1)表示节点乓在信道2可以到达目的节点馬。(3) = 0和M(4) = O表示节点み在信道2和信道3都不可以达到任何目的节点。S2-5计算节点K的最多邻居节点具有的信道ゼ，表示节点V,的邻居中具有信道左的邻居数，k'= arg max{| ^(k) |} , ke Ki & &,Fk(k) == 0。如果多个信道具有相同的邻居节点数吋，则选择包含较多目的节点的信道。对于為而言，
k'=2 {注从S2-4的计算可知，丨内(2)|=|(及I，為} I= 2 ,丨パ5( 丨=丨び6為}丨=2 ,信道2和信道3具有相同的邻居节点数，则选择包含较多目的节点的信道，|/^(2)|=|(為} 1=1,
I(3) |=| {} I= 0 ,1 JJd5 (2) |> I J-Mll (3) I，因此选择信道 2。}。S2-6计算节点Vi到具有信道ど的邻居节点的无线链路权值/ (Vi，Vj-),并 为无线链路㈨W预分配信道，f神=丨-A■■■■■(巧-HM- ■)-ド且八‘ルナ先"
k'e Ke(^j9Vj) ^AfVjENi(Vi) 0 对于鳥而言，
- —,I
肌ち)=/為)=^^ ; HR1) ニ X1 (C1,R5,P^) ニ 2。其中，プ(R5tRi) = /(R5, R6) = - ———~, = —77，〖/, n D 。表不在，
|^2(5)|+|/432(5)| 2 + 1 Xiム為，R1) = 2Cl
中(i 5 ,為)分配信道2, X1(^1R5tR6) ニ 2表示在こ中HR6)预分配信道2。S2-7 标记 iMV/) = l , ^eK8(VitVj)SLSLVjEMi(Vi),标记信道' 已经处理过，即
Fk{k'、}= ' ,标记信道え1进队列€( ),即ダ(ViXp-(F)。对于乓而言，
Pv(R1) = Fv(Si) = 1 ; Fk(:2) = I (R5).push (2)。32-8判断节点、是否满足射频约束，8卩丨7化)|</;,如果是，则转32-9，否则，结束。对于馬而言，I F(馬)I= I (目前只分配了信道2)，Z5 ニ 5 (冬有5个射频接ロ)，即丨八鳥)|</5 ,转S2-9。S2-9判断节点Vi到AT(Vi)中所有邻居节点的无线链路权值是否已经计算，SP判断是否存在Mvi) == 0 ,ウe W(Vi'),如果存在，则转S2-4，否则，结束。对于Ri而言，^v(V9) == 0 ,则转 S2-4。经过上述步骤，对于任意节点直到节点Vi到F(Vi)中所有邻居节点的无线链
路权值已经计算。对于み，ち，矣而言，其最终计算结果如表2所示。S1-2构造从源点到所有目的节点的资源节约广播树，在构造资源节约广播树的过程中，组播源点、中间节点和目的节点的处理流程是不一样的，图4、图5与图6分别是资源节约广播树构造中源节点、中间节点与目的节点的工作流程图，下面分别对每一类节点中的一个节点的处理流程进行举例说明
源节点Si = R5 ,其处理流程如下
S3-1队列Wち)的队头元素出队列，即= 印O ,k'=2。S3-2对Vvi e外(2)，通过ゼ发送ExphreiR5, wd'、、消息给节点巧，其中 表示从源点ち到节点Vi的花费，= /(R5tVi),即Rs分别向R1和芩发送
Bxplore(R5, w(i 5, R1))和 Exphre{RCj, w(Rs, R^))消息。S3-3判断队列€(鳥)是否为空，如果队列Wち)非空，则转S3-1，否则，转S3-4。S3-4如果源点乓收到了其所有邻居节点的織(R5)消息，则表示源节点ち完成
了资源节约的广播树构造。
表2馬，尽，み的计算结果 R1其獅吉果
R5飞、I〖メ)={汽為\ ,￡%(3) =- M$(^) ~ {).
^声*5(3):O，病C = O
噌
/(RilR6)-之 + ! X1(C1^M5rRl)- Ms,R6) = 2 *'ぬ為為! = 3.
/ (ち,鳥〉=I= (2,
R6 . (R R . I / ￠5) = {% 為o)，/^￠( = ( )
*" - ^ 2- 3 + 1
めム為為)=八“美為)=八為. )= 5
....... I
/(馬為)かぶ^(^) = {5}
/ (H)=—
Rj /(RftRi) = I=/4(2) = \i 3) ^7(I) = ( /4(2) = 0 ,
I X1(CiMjsMg) = X1(CuP-^Rn) = I x'(C1,R1,R-j= 2.
/(M^Rf) = ->-
f (爲)={1,2)
J (鳥為s) - T-T
2+ 1中间节点以馬为代表，其处理流程如下
54-1如果节点爲从其邻居节点ゐ接奴ー个ExphreHw(R5為))消息,其中w(i 5，i^)表示从源点も到节点馬的花费。S4-2发送ー个ACK(Rt)消息给邻居节占S4-3比较消息中的誠.Rs為')值与当前存储的从乓到み的最小花费值 為')，如果 wOsS 為)< 為')，则 1Kも為')=w(4 為)，Prs = ^ ,其中用
于记录从乓到丨的广播树中节点ち的父亲节点。S4-4队列分(兵)的队头元素出队列，即= d為).| 卬0 , f =1。S4-5对Vvw e抖(I),通过发送ExphreiR1 M、R5，vJ)消息给节点t w其中w(R5,vw) = Wmkl(R57Rj)+f(i%,vw),即 R7 分别向 P、和 R11 发送 Sxphreimぬ)和BxploreiRq, MRs ,R11))消息。S4-6判断队列ち)是否为空，如果队列ち)非空，则转S4-4，否则，转S4_7。S4-7如果节点み收到了其所有邻居节点的ACK(R7)消息，则表示节点ト完成了资源节约的广播树构造。目的节占J其处理流程如下
55-1如果目的节点ち从其邻居节点ち接收ー个ゐみ消息，其中WCfi5, Sg)表示从源点R5到节点乓的花费。S5-2发送ー个ACKiB^)消息给邻居节点Bn。S5-3比较消息中的W(W)值与当前存储的从R5到的最小花费值Wnkl(R5tEs)。S5-4 如果 w(ち,ち)< Wmkl(M5A),则 KiJA為.)=w(R5,I^") , prs = R1。S1-3剪枝资源节约广播树得到资源节约组播路由树，并进行频谱分配，如图7所示，包含以下步骤
56-1初始化无线组播业务G的组播树X中所有无线链路分配的信道值，
X(C^vitVi) = 0 , VVjjVi € V。S6-2所有目的节占发送ー个消息给节点ウ的父亲节点界,即目的节点，も分别向他们的父亲节点发送/ WSg(J^1) pmningiP、)、pruning(Rw)
、pruning (Rn)和 prumng (R15)消息。S6-3当节点鳥收到其儿子节点も的/ rw^fig(^g)消息时,记录节点カ节点み的儿子节点，并进行频谱分配，即ゼら為，爲)=x'(.Q為，P、、,采用资源节约广播树中预分配的信道值f进行分配。S6-4节点R1给其父亲节点pre发送!^消息，直到组播源节点馬收到来自其儿子节点的/^ 3 g消息截至。S6-5从资源节约广播树中删除以下两类节点，没有收到/ 消息的非叶子节点，和非目的节点的叶子节点。最后，得到无线组播业务な满足QoS约束的以资源节约为目标的组播路由树，如
图8所示。由图8可知，通过本发明提出的方法，总共需要的射频资源数为4，节点馬、矣
、乓与Ru分别使用一个射频接ロ，说明本发明能实现组播树使用的射频资源最小化，有效 減少射频资源的使用。
权利要求
1.认知无线Mesh网络中满足QoS约束的以资源节约为目标的分布式组播路由与频谱分配方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤I :计算所有无线链路的权值， 步骤2 :构造从源点到所有目的节点资源节约的广播树， 步骤3 :剪枝资源节约广播树得到资源节约组播路由树，并进行频谱分配。
2.根据权利要求I所述的认知无线Mesh网络中QoS约束的以资源节约为目标的分布式组播路由与频谱分配方法，其特征在于，步骤I中的计算所有无线链路的权值的步骤为 i)初始化所有无线链路的权值为无穷大，即プ6ぅろ)=m , h e V . ii)对于满足射频约束的节点A,即VviEfMF(Vi)IcZi,首先计算节点Vi的满足射频约束的邻居节点集合，即喝=[Vj I Vj € N(Vi)|</f}; iii)计算节点Vi与其邻居节点满足QoS约束的相同可用信道集合，= IklkeKivj ,Vj) & &Bk >Cp, Vj e W (Vi)，其中 K(vt, Vjl.)表示节点 Vi 和节点^相同可用信道集合，Bk表示信道t的带宽，^表示无线组播业务‘的带宽约束，表示节点w已经分配的信道，加条件㈨的目的是，如果信道た已经在之前被分配给了节点n ,则无线链路(Vi，ろ)之间不能再分配信道t ； iv)计算节点Vi的可用信道集合ち中所有未标记的可用信道的邻居节点集合，/4 (k) - {v -1 Vj- e M1(Vi) & &Jc e K8 (Vi,v..) & &,Fk(k) = 0 & &,Fv(vj) == 0},其中 W (Vj)表示节点Vi满足射频约束的邻居节点集合，が(H)表示节点Vi和节点&满足QoS约束的相同可用信道集合，Pm表示信道A是否已经标记，即是否已经处理过，1(句=1表示信道左已经处理过，_) = 0表示信道A还没有处理过，Mvj)表示节卢I到节点&的无线链路权值是否已经计算过，W) = I表示已经计算过，ル(ウ)=0表示还没有计算过，计算/4 中包含的目的节点集合M(k) , M(k) = {vs I Vi E 片(i) & Sivi e D ). V)计算节点A的最多邻居节点具有的信道たi,丨辟(た)I表示节点巧的邻居中具有信道k的邻居数，k'= Mg m-ax{| _ I) , i e Ki &&Fk(k) == 0 ;如果多个信道具有相同的邻居节点数吋，则选择包含较多目的节点的信道； vi )计算节点Vi到具有信道ゼ的邻居节点的无线链路权值，并为无线链路预分配信道’ J iViう.)ニ I ,Ui{k') | + |M (た1) I，且 AQviろ.)=k'' k'e Ke(VitVj) &&Vj e N1(Vi)，其中/Oi 表示无线链路Ovv/)分配信道F之后的权值，f (‘，n)=だ表示在组播树-中无线链路(ル&)预分配信道ゼ，最终是否分配信道F由步骤3)确定；Vii)标记内<カ)=I, k'e Ke(VJj) &&v,. e N1(Vi)，标记信道已经处理过，即Fk(k') = I ,标记信道Ar1 进队列* (Vi),即q(ViIpushik')； viii)判断节点L是否满足射频约束，SPir(Vi)IcZi ,如果是，则转ix)，否则，结束；ix )判断节点Vi到Wivi)中所有邻居节点的无线链路权值是否已经计算，即判断是否存在办(ろ1) == 0, vfe N1 (Vi),如果存在，则转iv )，否则，结束。
3.根据权利要求I所述的认知无线Mesh网络中满足QoS约束的以资源节约为目标的分布式组播路由与频谱分配方法，其特征在于，步骤2中的构造从源点到所有目的节点资源节约的广播树，在构造资源节约的广播树的过程中，组播源点、中间节点和目的节点的处理流程是不一样的，下面分别对其包含的步骤进行说明 源节点ち，其处理流程如下 i)队列？(ろ)的队头元素出队列，即た'= (ろ)#呼0 ； ii)对叫,通过ど发送母pforetろ，W(S^vi))消息给节点Vi，其中w(ろ,vs)表示从源点ろ到节点Vi的花费，= Z(^1Vi); iii)判断队列0( )是否为空，如果队列？( )非空，则转i)，否则，转iv)； iv)如果源点ち收到了其所有邻居节点的』CJT(ろ)消息，则表示源节点ろ完成了资源节约广播树的构造； 中间节点其处理流程如下 i)如果节点V2从其邻居节占I接收ー个&q>lore{v』,w(Sf,Vj))消息，其中,Vi)表示从源点ろ到节点Vi的花费； ii)发送ー个(力)消息给邻居节点v,； iii)比较消息中的W(AA)值与当前存储的从ろ到A的最小花费值,如果W(^7Vi) < Wmkl(SprVi),则 Wmkl(^vi) = w(ろ,Vi) , pn = i 其中pre 用于记录从ち到Vi 的广播树中节点K的父亲节点； iv )队列€(3)的队头元素出队列，即K=^(Vj)AopO ； V)对Vvw e抖(k'),通过九发送ExpbmfysMSf，vvy)消息给节点vw，其中w(ろ,vj = ろ.vi) +/Oi-vJ ； vi)判断队列？れ)是否为空，如果队列Wvi)非空，则转iv)，否则，转vii)； vii)如果节点Vi收到了其所有邻居节点的JC^(Vi)消息，则表示节点Vi完成了资源节约广播树的构造；目的节卢其处理流程如下 i)如果目的节点&从其邻居节卢V接收ー个Sxpbrefyi, w(S ろ'))消息，其中w(ろろ)表示从源点Sf到节点r3的花费； ii)发送ー个消息给邻居节卢I ; iii)比较消息中的ろ )值与当前存储的从ろ到O的最小花费值〖Kろろ)，如果4 ろ.)< ルな(ろぺ .)，则,ゥ)=W(S^rj) , pm = Vi ,其中pra用于记录从ろ到つ.的广播树中节点&的父亲节点。
4.根据权利要求I所述的认知无线Mesh网络中满足QoS约束的以资源节约为目标的分布式组播路由与频谱分配方法，其特征在于，步骤3中的剪枝资源节约广播树得到资源节约组播路由树，并进行频谱分配，其步骤如下 i)初始化无线组播业务G的组播树巾中所有无线链路分配的信道值， 瓦(( み\ゾ)=0，-もw F . ii)所有目的节点り发送ー个消息给节点ゥ的父亲节点； iii)当节点Vi收到其儿子节点Vw的Pmmrag(Vw)消息时，记录节点Vw为节点'^的儿子节点，并进行频谱分配，即片らニ X1(GdA)，采用构造资源节约广播树过程中预分配的信道值AA)进行分配； iv)节点'^给其父亲节点pra发送Pruning(Vi)消息,直到组播源节点收到来自其儿子节点的/vwwjS消息截至； V)从资源节约广播树中删除以下两类节点，没有收到消息的非叶子节点，和非目的节点的叶子节点。
全文摘要
本发明公开一种认知无线Mesh网络中满足QoS约束的以资源节约为目标的分布式组播路由与频谱分配方法。主要包括如下步骤1、计算所有无线链路的权值；2、构造从源点到所有目的节点的资源节约的广播树；3、剪枝资源节约的广播树得到资源节约的组播树,并进行频谱分配。应用本发明，解决了认知无线Mesh网络中满足QoS约束的以资源节约为目标的分布式组播路由树构造与频谱分配问题，可以构造满足QoS约束的组播树，并且使得组播树使用的射频资源最小化，有效的减少射频资源的使用，达到资源节约的目的。
文档编号H04L12/753GK102868973SQ201210331899
公开日2013年1月9日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者邝祝芳 申请人:中南林业科技大学