一种适用于多跳无线mesh网络的资源分配方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于多跳无线mesh网络的资源分配方法，包括：获取多跳路径上每个节点的参数，计算多跳路径中的每一跳链路针对不同速率和不同帧长的特征参数，包括媒体接入时隙数和包错误率；以时隙占用最小为最优化目标，端到端PER为约束条件建立多选择背包问题的数学模型；根据动态规划方法将求解多选择背包问题转化成求解多阶段决策图；根据Dijkstra算法求解多阶段决策图获得最佳资源分配结果。与现有技术相比，本发明适用于多跳WMN网络的资源分配，由源节点进行资源分配，使用图论简化算法，减少资源分配的复杂度，得到可行的最优分配结果。
【专利说明】-种适用于多跳无线mesh网络的资源分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于WMN网络【技术领域】，具体涉及到一种适用于多跳无线mesh网络的资源 分配方法。
【背景技术】
[0002] 随着人们对网络通信需求的不断提高，人们希望不论何时、何地、与何人都能够进 行快速、准确的通信，为了提高工作效率，并且克服现有通信系统的缺点，达到通信的"无所 不在"，人们为此提出了一种新型的宽带无线网络结构无线网格网（WMN)。这是一种高容量 高速率的分布式网络，兼备了 AdHoc和WLAN的一些优点。
[0003] WMN与传统无线网络相比有许多优势。WMN采用的网格拓扑结构避免了点对多点 星型结构，如802. 11WLAN和蜂窝网等由于集中控制方式而出现的业务汇聚、中心网络拥塞 以及干扰和单点故障。WMN终端用户可以在任何地点接入网络或与其他的节点联系，与传统 的网络相比接入点的范围大大的增强，而且频谱的利用率提高，系统的容量增大。近10年 来，包括移动Ad Hoc网络和WMN在内的许多研究，已经取得了众多成果，主要有以下方面： (1)路由协议的研究。协议的核心是适应网络无中心控制和网络时变的特征；(2)媒体接入 控制（MAC)协议的研究。主要是解决隐藏终端和提高接入能力等问题，如MACA协议、控制 信道和数据信道分裂的双信道方案和基于定向天线的MAC协议等；（3)在网络连接性方面， 主要的背景是无线传感器网络，探讨问题的核心是节点密度与分布问题；(4)在多播/组播 协议、TCP协议、地址和带宽等网络资源分配、功率（节能）控制、安全性问题、分布式算法、 QoS等方面有一些研究成果，但各部分的数量相对较少。
[0004] 而针对多跳WMN网络的资源分配算法的研究很少，现有研究大多采用基于竞争的 接入方式。因此需要一种基于源预约的多跳资源分配算法。
【发明内容】
[0005] 发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适用于多跳无线 mesh网络的资源分配方法，以减少资源分配的复杂度，得到可行的最优分配结果。
[0006] 技术方案：一种适用于多跳无线mesh网络的资源分配方法，包括如下步骤：
[0007] (1)获取多跳路径上每个节点的参数，计算多跳路径中的每一跳链路针对不同速 率和不同帧长的特征参数，所述特征参数包括媒体接入时隙（MAS)数和包错误率（PER);
[0008] (2)以时隙占用最小为最优化目标，端到端PER为约束条件建立多选择背包问题 的数学模型；
[0009] (3)根据动态规划方法将求解多选择背包问题转化成求解多阶段决策图；
[0010] (4)根据Dijkstra算法求解多阶段决策图获得最佳资源分配结果。
[0011] 有益效果：与现有技术相比，本发明适用于多跳WMN网络的资源分配，由源节点进 行资源分配，使用图论简化算法，减少资源分配的复杂度，得到可行的最优分配结果。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本发明实施例中示例的第一跳决策图；
[0013] 图2为本发明实施例中示例的第二跳决策图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价 形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0015] 实施例：一种适用于多跳无线mesh网络的资源分配方法，包括如下步骤：
[0016] (1)获取多跳路径上每个节点的参数，计算多跳路径中的每一跳链路针对不同速 率和不同帧长的特征参数。
[0017] 对于无线mesh网络的物理层，每一个连接L即对应一跳，针对特定的网络，设定 了四种业务速率等级（1，2, 3, 4)，为了使性能最佳化，帧长也分化为四种：128, 256, 512， 1024byte (MAC层需要针对实际的包长进行组合和拆分）。在此特殊的物理层下，特征参数 有两种：
[0018] 参数1为ni(〈r>，<s>) :r为四种速率中的一种，s为帧长。此参数表示此速率和 帧长下这一跳上（即L)需要分配的MAS数。
[0019] 参数2为ei (〈r>，<s>):同上，表示此速率和帧长上这一跳（L)的包错误率。
[0020] 为了得到参数1，首先对应帧所需发送时间、综合帧间隔（ISIF)、信标段（BP)长 度、超帧长度等计算出不同情况下的可传输的帧数η :
[0021]
【权利要求】
1. 一种适用于多跳无线mesh网络的资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 获取多跳路径上每个节点的参数，计算多跳路径中的每一跳链路针对不同速率和 不同巾贞长的特征参数，所述特征参数包括媒体接入时隙MAS数和包错误率PER ; (2) 以时隙占用最小为最优化目标，端到端PER为约束条件建立多选择背包问题的数 学模型； (3) 根据动态规划方法将求解多选择背包问题转化成求解多阶段决策图； (4) 根据Dijkstra算法求解多阶段决策图获得最佳资源分配结果。
2. 根据权利要求1所述的适用于多跳无线mesh网络的资源分配方法，其特征在于，所 步骤（2)中的数学模型的优化目标为： 总时隙占用数最少：min f (χ)=
η!?Γ>, <s>)； 约束条件包括： 对于路径P*，端到端的业务包错误率不超过ε :
对于路径中的每个节点，最终分配结果小于等于节点可用时隙数： ri! (<r>, <s>) ^ mas (1), 1 ^ 1 ^ m ； 其中，ni (<r>，<s>)表示链路1上速率为r和帧长为s时对应的需分配的MAS数，ei (<r>， <s>)表示链路1上速率为r和帧长为s时对应的包错误率，mas (1)表示链路1上可用时隙 数，m为路径p*的总跳数。
3. 根据权利要求2所述的适用于多跳无线mesh网络的资源分配方法，其特征在于，根 据动态规划的方法，将所述多选择背包问题分为m个决策阶段分别进行决策，以PER和MAS 为决策变量，以当前跳数、选择的速率和帧长为状态变量，从阶段a进入阶段a+1时，最优函 数定义为：
4. 根据权利要求3所述的适用于多跳无线mesh网络的资源分配方法，其特征在于，在 每一跳决策图建立时根据如下规则删除次优决策：对于当前决策A :xa(ya)，若存在相同的 转移状态下的决策B :xb (yb)，同时满足：剩余重量多于A，即xb > xa ;以及最优化目标优于 A，即yb < ya;则决策A为非最优解，将其删除。
5. 根据权利要求1所述的适用于多跳无线mesh网络的资源分配方法，其特征在于，所 述步骤（4)中根据Dijkstra算法求解多阶段决策图获得最佳资源分配结果的具体方法为： 将多阶段决策图中顶点集合N分成两组：第一组为已求出最短路径的顶点集合，用S表示， 初始时S中只有一个源点，每求得一条最短路径，就将对应顶点加入到集合S中，直至全部 顶点都加入到S中；第二组为其余未确定最优化状态转移参数的顶点集合，用U表示，按最 优化状态转移参数的递增次序依次把第二组的顶点加入S中，在加入的过程中，保持从源 点到S中各顶点的最优化状态转移参数不大于从源点到U中任何顶点的最优化状态转移参 数。
【文档编号】H04L12/919GK104301259SQ201410539932
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】王捷, 唐瑞欣, 陈俊 申请人:东南大学