多频无线网状网络中分配信道的方法和设备的制作方法

专利名称：多频无线网状网络中分配信道的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及无线联网技术，更具体地说，涉及多频无线网状网 的基于负载加权拓扑的信道分配方法和设备。
背景技术：
无线网状网络正成为用来提供宽带因特网接入的很有希望的技术。一 般而言，无线网状网络由网状路由器的集合组成，每个网状路由器充当在 其覆盖范围内的移动客户端的接入点，同时网状路由器通过形成无线自组 织骨干网的无线链路彼此互连。 一些网状路由器具有到因特网的有线连接，并且充当网状网络和因特网之间的网关。相比于传统的无线LAN，无线网状网的主要特征在于它们的多跳无线骨干网基础设施。无线网状网络的一个主要优点是其提供了一种低廉、快速简易的解决方案，来将现有的有线网络扩展到更广的区域。无线网状网络通常根据IEEE 802.il技术构建，但是也可以根据其他技术构建，例如，IEEE802.16或者蓝牙。公知的无线网状网包括MIT Roofnet、 Seattle Wireless和将要被部署在Philadelphia, San Francisco和许多其他地方的利用来自Tropos、 Cisco公司的商用产品来向居民提供因特网接入的城域基础网状网 络，等等。但是，无线网状网络都面临着一个极大的挑战它们都不易于扩展； 随着网状节点数目增加由于物理信号干扰而导致端到端吞吐量急剧下降。 为了减轻这种问题， 一种简单的办法就是给每个网状路由器(下文简称为 节点)装备多个频率器件(radio)(即，无线接口卡)，每个器件工作在 不干扰的信道上。例如，根据IEEE 802.11规范，在802.11a中有12个不 干扰的信道，在802.11b/g中有3个不干扰的信道。这种网络通常被称作 多信道多频网状网络(multi-channel multi-radio mesh networks,下文简称为MCMR网状网络)，而每个节点只具有一个频率器件的网络被称作单 频网络。在单频网络中，所有节点都必须将它们的频率器件调谐到一个信道，以保持网络连通。结果，许多可用频率资源被浪费了。相反，MCMR 网状网络中的频率器件可以同时工作在彼此不干扰的多个信道上，从而更 有效地利用频率资源。因此，如果将不干扰的信道适当地分配给频率器 件，则可以提高网状网络的容量。MCMR网状网络中的一个关键问题是信道分配。信道分配算法的目的 是利用每个节点上相对较少的频率器件来有效地利用可用频谱资源(例 如，每个节点上有2-3个频率器件而802.1 la中有12个不干扰信道)。用于MCMR网状网络的现有信道分配方案可以被分为两类静态信 道分配和动态信道分配。静态信道分配意味着每个频率器件的信道设置持 续从数分钟甚至到若干小时或天的相对较长的期间，而动态信道分配意味 着每个频率器件的信道设置改变非常频繁，例如，每数毫秒。现有的动态分配方案又可以进一步被分类为两类基于每个分组的分 配方案和基于时隙的分配方案。基于每个分组解决方案意味着频率器件的 信道设置可以针对每个分组的发送而被改变，而基于时隙的解决方案意味 着频率器件的信道设置将按照固定的时隙改变，例如每10ms。现有的静态信道分配方案可以被进一步分类成三类同一设置、基于拓扑的，以及信道分配和路由选择联合判决(Joint decision of Channel Assignment and Routing ，下文简称为JCAR)。同一设置解决方案意味着每个节点上的频率器件的信道设置相同，例 如，信道1用于频率器件1、信道2用于频率器件2，等等。这种解决方 案非常简单，并且不需要关于网络拓扑和流量模式的任何知识。基于拓扑的解决方案假设拓扑是稳定的(例如，无线网状网络的情 形)，然后考虑该拓扑定义一些度量来测量干扰，试图使给定的度量最小 化。代表性的度量包括在同一信道上工作的干扰链路的最大数目和平均数 目。JCAR解决方案假设拓扑和端到端流量模式都是稳定的，然后共同确 定每个节点上的信道设置和每对节点之间的路由选择。由于每条链路的容量受信道分配影响，并且每条链路的流量由端到端流量需求和路由选择判 决确定，所以JCAR解决方案试图将信道分配判决和路由选择判决组合起 来，从而使每条链路的容量和流量更好地匹配。基于每个分组的动态信道分配解决方案要求频率器件的信道切换时间 远小于其典型的分组发送时间，才能实现它们的优点。否则，信道切换开销将高得惊人。然而，现有的利用现有Linux驱动器的802.11网卡的信道 切换时间约为5ms-19ms，而利用802.1 la发送1000字节的分组的发送时 间仅为220ns。将来，期望信道切换时间降低到150-200jis，但是对于基于 每个分组的信道切换仍旧太长。对于基于时隙的动态信道分配解决方案，分组在可以被发送之前可能 在每个路由节点上经历较长的延迟。如果每个节点具有六个邻居节点(在 蜂窝电话部署的情形中)并且分组到达满足泊松分布，则根据排队理论， 每个分组在每个路由节点上的排队延迟将是原始排队延迟的六倍。直观原 因是单个发送队列被划分成在同一时间间隔中被服务的多个子队列。结 果，多跳路径的端到端延迟将超过诸如VoIP之类的实时交互应用的需 求。此外，这种解决方案要求多个节点(不仅仅是相邻的节点)的时钟被 严格同步以实现信道切换动作，这将导致可观的开销。例如，假设节点B 使用同一个频率器件在不同的时隙中与节点A和C通信，并且节点C使 用同一频率器件与节点B和D通信，如图1所示。则节点A、 B、 C和D 中的时钟应当被同步，尽管节点A和D彼此并非邻居。在同一设置静态信道分配解决方案中，每个节点中的信道设置是相同 的，所以系统在每个节点上有x个频率器件的情况下仅可以利用x个信 道。由于每个节点上的频率器件的数目一般远少于可用信道的数目(例 如，每个节点上有2-3个频率器件而在802.1 la中有12个可用信道)，所以这种解决方案不能有效地利用频谱资源。基于拓扑的静态信道分配解决方案基于干扰链路的数目来确定信道设 置，但是流量负载较拓扑更会导致干扰。如果一条链路没有流量通过，则 该链路将不会对其他链路导致任何干扰。结果，在每条链路上的负载几乎 相等时，这类解决方案工作很好，但是在链路负载非常不均衡时性能就很差。由于无线网状网络的流量通常很不均衡(接近网关的链路可能比其他 链路承受更多的流量)，所以这种解决方案不能很好地用于无线网状网 络。JCAR静态信道分配解决方案假设拓扑和端到端流量模式都是稳定 的，而在某些情形中即使长期来看端到端流量也可能是不稳定的。过去的 测量工作显示出局域网和广域网上的流量都是高度自相似的，这意味着在 较小时间范围(例如，每秒)内测得的流量序列显示出与在较长时间范围 (例如，每小时)内测得的流量许多具有相似的突发性。结果，甚至是在较长时间范围内流量序列并非预料的那么稳定。此外，JCAR解决方案导致网络中的静态路由选择配置，使得不能对节点和链路的故障做出动态反 应，而在无线网络中这种故障内在地比在有线网络中发生的更频繁。尽管 可以修改现有的路由选择协议使其可以利用静态路由选择作为默认配置并 且在节点/链路故障时搜索新的路径，但是这种对一种路由选择协议的修改 不适用于其他路由选择协议。发明内容针对前述现有方案的问题，本发明公开了 一种用于在多频无线网状网 络中分配信道的方法和设备。该方法和设备不仅能够使网络实现高容量， 而且非常适用于无线网状网络。根据本发明第一方面，提供了一种用于在多频无线网状网络中分配信 道的方法。该网络包括多个网状路由器，每个网状路由器具有多个频率器 件，其中彼此在其频率器件的发射范围内的两个网状路由器之间存在附接到所述网状路由器的一对方向相反的单向链路。该方法包括以下步骤根 据网络中的每条链路发送数据的平均忙碌时间来测量出每条链路的链路负 载；以及基于每条链路的链路负载向每条链路分配信道。根据本发明的另一个方面，提供了一种用于在多频无线网状网络中分 配信道的设备。该网络包括多个网状路由器，每个网状路由器具有多个频 率器件，其中彼此在其频率器件的发射范围内的两个网状路由器之间存在附接到所述网状路由器的一对方向相反的单向链路。该设备包括用于根据网络中的每条链路发送数据的平均忙碌时间测量每条链路的链路负载的 链路负载测量装置；以及用于基于所述链路负载测量装置测量出的每条链 路的所述链路负载向所述每条链路分配信道的信道分配装置。根据本发明的技术方案能够实现许多优点。作为静态信道分配方案，本发明的技术方案更容易地适用于当前的现有802.11设备，并且不会导致分组发送的额外延迟。与现有的同一设置静态信道分配方案相比，本发明 可以在每个节点上频率器件相对较少的情况下利用更多的可用信道，从而 实现网络高容量。与现有的基于拓扑的静态信道分配解决方案相比，本发 明在无线网状网络中可以实现更高的容量，因为本发明的技术方案考虑到 了网络中不均衡的流量负载，并且使具有较重负载的链路面对较少的干扰。与现有的JCAR静态信道分配解决方案相比，本发明未假设稳定的端 到端流量模式，所以更适用于实时系统。


图1示出了现有的基于时隙的动态信道分配中的时钟同步； 图2示出了一个网络的拓扑的示例； 图3示出了本发明的信道分配方法的总流程图； 图4A和4B示出了相对链路负载的部分稳定性； 图5B、 5C和5D示出了对图5A进行图分解得到的子图； 图6详细地示出了图3中的分配信道过程的流程图； 图7示出了图3的迭代优化阶段的流程图； 图8示出了本发明的用于信道分配的设备的结构框图； 图9示出了本发明的用于信道分配的设备中的信道分配子装置的结构 框图；图10示出了本发明的用于信道分配的设备中的链路选择装置的结构 框图；图11示出了本发明的用于信道分配的设备中的迭代优化装置的结构 框图。
具体实施方式
为了克服前述背景技术部分中提到的技术方案中存在的缺点，本发明 提出一种用于在多频无线网状网络中分配信道的方法，该方法在考虑链路 历史流量负载的情况下，按照例如数小时或数天的间隔周期性地对网络中 的链路的信道进行分配，不仅能够提高网络的容量，而且非常适用于无线 网状网络。在本发明中，周期被定义为两次连续信道分配结束之间的间 隔，每个周期的时间间隔并不需要相等。采用本发明的方法进行信道分配过程中还包括对分配信道之后的信道 设置进行迭代优化，从而通过对信道利用度最大的瓶颈链路的信道的改变 来进一步提供网络容量。为了便于下面的讨论，在本实施例中，首先针对多频无线网状网络建 立网络系统模型。在该网络中，具有n个网状路由器，每个网状路由器配备有多个频率 器件的网络。其中，不同的网状路由器可能有不同数量的频率器件，并且 假设总共有k个不干扰信道可用。如果两个节点彼此在对方的频率器件的发射范围内，则这两个节点被 称作彼此的邻居。如果两个相邻的节点各具有至少一个频率器件工作在公 用信道上，则它们之间存在一对方向相反的有向链路，其中每条链路代表 一个方向的通信。通常，采用网络拓扑图来对物理网络进行逻辑描述。图2示出了有4 个节点8条边的拓扑的示例。在图2的拓扑图中，节点代表网状路由器， 有向边代表有向链路，在下面的描述中对这两组概念的使用是等同的。将 拓扑建模成有向图的原因在于， 一对相邻节点在不同的方向上可用吞吐 量、流量负载和干扰可能都不同。无线网络的容量很大程度上是由无线信道的干扰确定。现有的理论工作通常以两种方式对网络的干扰进行建模协议模式和物理模式。协议模式基于距离确定干扰，而物理模式则考虑干扰发射对信噪比的影响。这两种模型都以确定的方式描述干扰给定一组工作链路，任何其他链路要么 不能工作要么无干扰地工作。相反，对真实系统的一些测量工作显示出链路之间的干扰有时并非全有或全无模式，而是表现出一定程度上的性能下 降。本发明对干扰的表示并不与特定的干扰模型相关，而是可以利用各种 干扰模式工作。为了实现该目的，本发明使用概率方式来描述网络中的干扰。由intf(l,，l2)表示的链路h对链路12的干扰程度，定义为当l,正工作吋 12不能工作的概率。在协议模型中，干扰程度仅有0和1两种可能值。在 物理模型中，干扰程度可以通过计算加权冲突图的方法得到。在基于测量 的模型中，可以利用文献(J. Padhye， S. Agarwal， V. N, Padmanabhan, L. Qiu， A. Rao, B. Zill. Estimation of Link Interference in Static Multi-hop Wireless Networks. In尸raceo/!'"^ o/JCM/MC 2W5)中的方法计算干扰程 度。因为本发明的方法可以应用在各种情形中，所以不假设任何干扰模 型，只假设对于任何一对链路h和lj， intf(Wj)的值是给定的。为了简化下 面的描述，定义intf(U)二l。下面结合图3描述本发明的基于上述模型的信道分配方法。该方法开 始于步骤301，对于每个周期，首先测量每条链路的负载。在本发明中， 通过测量每条链路发送数据的平均忙碌时间来测量出每条链路的链路负载 链路。其中，链路的平均忙碌时间是单位时间中该链路发送数据的时间。 与流量相比，忙碌时间是用于评价链路的负载的更好的度量，因为不同的 链路由于信号质量等因素可能具有不同的带宽。链路li在周期p中的负载 表示为load(l,，p)。然后，在步骤302中，基于在步骤301中测量出的所有链路在给定周 期中的负载进行信道分配。步骤302包括多个具体分配的子步骤。在子步骤3021中，计算每条 链路li在周期p中的相对负载。相对负载是通过将loadft，p)除以在该周期 中所有链路的平均负载得到的，其指示该链路相对于其他链路的忙碌程 度。然后，在子步骤3022中，基于子步骤3021中计算出的链路的相对负 载，确定链路的权重。链路的权重代表该链路在下一个周期中的预期相对负载。为了确定每条链路的权重，记录每条链路的最近t个周期的相对负 载，其中t是大于0的整数。在本实施例中，用JI(l,)和CT(l,)表示最近t个周 期中链路li上的相对负载的均值和标准差。对于每条链路l,，如果p(li) — h Xcj(li) >1或者p(li) + hXcT(li) <1，(其中h是大于等于零的整数，优选范围是0到3的整数，例如，2)，则认为该链路的负载相对于平均负载具 有稳定的模式，然后基于历史数据估计出该链路预期的相对负载。在前式 中，如果h被设置得越大，则被认为相对负载稳定的链路的负载波动越 大，如果h越小，则认为相对负载稳定的链路的负载波动越小。在其他情 形中，认为该链路的相对负载不稳定，因此不能基于历史数据估计出下一 个周期的相对负载。在这些情形中，将该链路的权重设置为1，该值意味 着该链路在下一个周期中的预期负载是网络中的所有链路的平均负载。用weight⑥表示链路li的权重。则通过以下过程可以计算出 weight(li):1. 如果Ji(li)一hXci(li)〉1，则意味着该链路的负载在大多情形中都比平均负载大，因此将weight(li)设置为(41i);2. 如果^i(li)+hXcj(h) <1，则意味着该链路的负载在大多情形中都比平均负载小，因此将weight(li)设置为^ia);3. 如果n(li)—hXcj(li) Sl并且^i(li)+11X0(1,) 2 1，则将weight(l,)设置为1;4. 在系统启动后的前t个周期中，因为不存在足够的历史数据来确定 相对链路负载的稳定性，所以总是认为链路负载是不稳定的，并且将它们 的权重设置为1。从上述可知，本发明试图对历史数据进行分析来确定每条链路的相对 负载的稳定性。本发明允许一些链路具有稳定的相对负载而其他链路没有 稳定的相对负载，而前述JCAR要求每对端到端流量都是稳定的。图4A和4B示出的两个拓扑说明了这种差异。在图4A中，节点A是 去往因特网的网关。尽管每对节点之间的端到端流量可能非常不稳定，但 是如果大多流量是由因特网访问导致的，则链路h和12可能总是具有比其他链路大的负载。结果，链路h和12上的相对负载将表现出稳定的模式。 在图2B中，网络由通过单条链路l,连接的两部分组成。通常，l,成为瓶 颈，并且具有高于平均的负载。因此，h的相对负载也是稳定的。在子步骤3022中为每条链路确定了权重之后，该过程前进到子步骤 3023。在子步骤3023中基于所确定的链路权重进行信道分配，然后步骤 302结束。此后，如果需要对所分配的信道设置进一步优化的话，过程可以继续 到步骤303，对步骤302所分配的信道设置进行迭代优化。下面结合图6 和图7更详细地描述子步骤3023和可选步骤303。首先结合图6描述基于 链路权重分配信道的子步骤3023。信道分配的基本思想是将信道分配问题考虑为图分解问题。本发明的 这种图分解基于所确定的每条链路的权重将网络的拓扑图分解成若干各子 图。例如，假设图5A是图2所示拓扑的信道分配结果，其中每个节点配 备有2个频率器件，并且每条链路上的数字代表该链路的信道。可以将图 5A分解成3个子图，如图5B、 5C和5D所示，其中每个子图中的链路被 设置为同一个信道。对图分解问题存在以下要求1. 原图中的每条链路应当仅出现在一个子图中；2. 原图可以被分解为最多k个子图，其中k是可用无干扰信道的数目。3. 节点涉及的子图的数目不超过该节点上的频率器件的数目。 另外，为了提高网络容量，按照以下原则对拓扑图进行分解1. 每个节点基于其链路(即，附接到该节点的链路)的权重将其链路分配到子图中，以使在每个子图中其链路的权重的总和尽可能相等。直观 上看，因为一个节点的不同的频率器件可以同时工作在不同的信道上，并 且链路的权重代表该链路的预期相对负载，所以对于一个节点来说使其吞 吐量最大化的最佳方法就是将其负载尽可能平均地分配到所有频率器件上 (即，分配到不同的子图上)。2. 每个子图中的连通分量应当尽可能少，因为邻接链路如果在同一条信道上工作则总是会干扰。3.子图中不同的连通分量应当尽可能远离，以避免链路之间的干扰。 如图6所示，基于链路权重分配信道的过程主要由两层循环组成。从步骤601到613的外循环的每遍创建子图的连通分量，而从步骤607到 612的内循环被用来以宽度优先的方式遍历原图来构建该连通分量。外循 环重复一直到给每条链路分配了信道为止。图6中的过程从步骤601开始执行外循环，在该步骤中判断是否有节 点尚有未分配信道的链路。如果有，则执行下述外循环步骤，否则过程结 束。在步骤602从尚有未分配信道的链路的节点中选择起始节点。在信道 分配过程中，给频率器件分配信道的顺序需要精心考虑。在一般的情形 中， 一个节点上的频率器件的数目比连接到该节点的邻居的数目少，所以 节点必须使用一个频率器件连接到多个邻居。结果，当一个节点完成了对 其频率器件的信道设置后，该节点的邻居在确定它们的信道设置时就会受 到限制。这就是所谓的信道依赖现象。 一个节点被处理的越早，它在确定 其信道设置时就具有越多的自由，从而可以更好地避免干扰。相反，较晚 处理的节点可能不得不接受导致较多干扰的信道设置解决方案。将节点的权重定义为附接到该节点的权重的总和。在构建连通分量吋 选择起始节点的规则如下1. 具有最大权重的节点首先被选择，因为该节点最有可能成为网络的 性能瓶颈。2. 如果多个节点具有相同的最大权重，则首先选择具有最少空闲频率器件的节点。节点的空闲频率器件是尚未被分配信道的频率器件。直观上看， 一个节点所有的空闲频率器件越少，则在确定信道设置时其具有的自由越少，由于该节点可能成为系统的瓶颈，所以应当优选处理。在选择了起始节点后，在步骤603中从附接到起始节点的尚未分配信道的链路中选择一条具有最大链路权重的链路作为当前构建的连通分量的第一链路。此后，过程前进到步骤604，在该步骤中确定用于当前创建的连通分量的信道。在本发明中，用于一个连通分量的信道被设置为被添加到该连 通分量中的第一条链路(即，第一链路)的优选信道。对于一条给定的链路，可以基于该链路周围的链路的已分配信道计算 出该链路的优选信道，即，该链路利用该信道可以面临最少干扰量的信 道。链路h的优选信道以下述方式计算出。用LS(ch)表示网络中的已分配 了信道Ch的链路的集合。则链路l,将在信道Ch上面临的干扰总量为 X>t/(/,/,)xvve妙"。，并且具有最少干扰总量的信道就是li的优选信道。如果有多条这种信道可用，则随机选择之一作为li的优选信道。在确定了被添加到分量中的第一链路和该分量的信道之后，本发明从 起始节点开始以宽度优先遍历的方式构建该连通分量。首先，在步骤605 中将选择的起始节点加入先入先出队列，并且接着在步骤606中将第一链 路的另一端节点也加入该队列，从而对该队列进行初始化。接着，在步骤607中，判断队列是否为空。如果队列不空则执行下面 的内循环步骤，否则退出内循环返回外循环。在步骤608中，将队列中的第一个节点出队列。如果该节点有尚未分 配信道的链路，则过程前进到步骤609，否则选择队列中的下一个节点出 队列。然后在步骤609中，按照以下规则选择链路并将它们添加到连通分量中1. 如果节点没有空闲频率器件，则将其尚未分配信道的所有链路都 添加到分量中。2. 如果该节点有空闲频率器件，则按照下述过程选择链路1)计算该节点用于该子图的频率器件的权重平均份额。该权重平均 份额如下计算。用ch表示在步骤604中确定出的将用于子图中的信道， LS表示该节点的已分配了信道ch和尚未分配信道的链路的集合。用 weight(LS)表示LS中所有链路的权重的总和，v表示该节点的空闲频率器 件的数目。则该节点的用于该子图的频率器件的权重平均份额为weight(LS)/(l+v)，这意味着LS的权重被平均分配到该节点的当前频率器件和剩余的空闲频率器件。2)按照链路权重降序浏览该节点的尚未分配信道的链路。对于所浏 览的每条链路，如果将ch分配给该链路则该节点的分配了信道ch的链路的权重总和不大于该平均份额的话，则将将该链路添加到该连通分量。如果在步骤609中没有链路被选择，则选择下一个节点出队列，否则 前进到步骤610。在步骤610中，将在步骤604中确定出的信道分配给选 出加入到当前连通分量的链路。然后在步骤611中将所选链路的另 端节 点入队列。当然，也可以取消步骤610，而是在当前内循环结束后再一次性将用 于该连通分量信道分配给在该内循环中选择的链路。现在参考图7详细地描述步骤303的迭代优化过程。迭代优化阶段的 目的是基于基本信道设置阶段的结果，进一步提高网络容量。基本思想是 通过计算每条链路的利用度，找到网络中的瓶颈链路，然后试图将这些链 路的信道更新到其他链路来进一步降低这些链路的干扰。因此，在该阶段 中应当解决两个问题1)如何找到瓶颈链路；2)如何将瓶颈链路的信道 改变到其他信道。图7的过程开始于步骤700。在步骤700中，针对网络中的信道设置 计算每条链路的信道利用度。为了找到瓶颈链路，定义链路li的信道利用度Util(li)为在链路li看来的归一化信道忙碌时间，瓶颈链路就是具有最大信道利用度的链路。假设在 网络中共有m条链路，表示为h、 12、…和L。当链路lj正工作时，l,不能 工作的概率(即，li的信道忙)为intf(lj,10。所以可以利用下式计算链路1, 的信道利用度因为链路的权重表示该链路在下一个周期中的预期相对负载，所以上 述表达式是一个保守简化，隐含着"的所有干扰链路顺序工作，实际上， 对ii造成干扰的某些链路可能在彼此不干扰的情况下同时工作。换言之， 这是基于分组调度的最坏情形的结果做出的。然而，这种计算是合理的，因为802.11 DCF使用随机调度机制。彼此不在载波侦听范围内的节点的发射之间没有同步，所以优选保守估计消息调度。然后在步骤701中，根据步骤700的计算，选择具有最大信道利用度 的一条链路作为瓶颈链路h，并将该瓶颈链路当前工作的信道表示为chP 将最大信道利用度表示为Init一MU。在找到瓶颈链路之后，就将瓶颈链路 的当前信道和一些与瓶颈链路有信道依赖关系的其他链路的当前信道改变 到其他信道来减少干扰。本发明的是要降低所有链路的最大信道利用度， 从而提高网络容量。然而，由于信道依赖，当给定链路的信道被改变吋， 一些其他链路的信道可能也必须被相应地改变，这可能导致所有链路的最 大信道利用度增大而不是降低。为了解决该问题，本发明试图减少链路之 间的信道依赖，从而使信道更新影响的链路尽可能少。假设将h的信道从cln改变到另一个信道。在下面的情形中，l,的信道将在不对其他信道造成任何影响的情况下被更新。
h的两个节点有除c&之外的其他相同信道。在此情形中，可以将另一个相同信道直接分配给该链路。
h的节点之一具有空闲频率器件。在此情形中， 一个空闲频率器 件可以被设置为另一个节点上的cln之外的一条信道，然后将1, 的信道更新为该信道。图7中的下述步骤具体描述了这种情形的实现。在步骤702中，判断 瓶颈链路的两个节点是否有除ch,之外的相同信道，如果有则前进到步骤 703,如果没有则前进到步骤704。在步骤703中，将瓶颈链路的信道改变 成上述相同信道之一，然后前进到步骤713。在步骤704中，判断瓶颈链路的节点是否有空闲频率器件，如果有则 前进到步骤705，如果没有则前进到步骤709。在步骤705中，选择一个 有空闲频率器件的节点。然后在步骤706中，判断瓶颈链路的另一个节点 是否有除c&之外的其它信道，如果有则前进到步骤707，如果没有则前进 到步骤709。在步骤707中，将空闲频率器件之一设置成另一个节点的除 chi之外的其它信道之一。然后在步骤708中，将瓶颈链路的信道改变成所 设置的信道，然后前进到步骤713。在其他情形中，改变1,的信道将由于信道依赖而影响其他链路的信 道。在此情形中，首先计算h的优选信道，并且表示为Ch2。如果Ch,二 Ch2，则没法通过改变信道来降低1,的信道利用度，所以退出迭代优化阶 段。否则，该链路的两个节点将把频率器件的信道从Ch,改变到Ch2，并且 h的两个节点的最初在信道Ch,上工作的所有链路也将被改变到在dl2上工 作。该信道更新步骤将在有限步骤内结束。图7中的下述步骤具体描述了这种情形的实现。在步骤709中，针对网络中可用的每条信道，计算瓶颈链路将经受的干扰总量。然后在歩骤710中，判断使瓶颈链路将经受的干扰总量最小的信道ch2是否是信道 ch,，如果是则前进到步骤716，如果不是则前进到步骤711。在步骤711 中，通过将瓶颈链路两端节点的工作在dM上的频率器件改变成工作在信 道ch2上，将瓶颈链路的信道d^改变成信道ch2。然后在步骤712中，将 在步骤712中改变频率器件的信道导致需要改变的其他链路的信道ch,改 变成信道ch2。在改变了瓶颈链路和与其有信道依赖关系的链路的信道之 后，图7的方法在步骤713中针对新信道设置计算所有链路的新信道利用 度。然后在步骤714中，判断最大新信道利用度new—MU是否大于本次改 变之前计算出的最大信道利用度Init—MU，如果否则返回701进行下一轮 优化，如果是则前进到步骤715。在步骤715中，恢复到该新信道设置之 前的信道设置。此后，该过程在步骤716中结束。前面描述了实现本发明的具体方法示例，下面描述用于实现本发明的 设备的示例。在下面对设备的详细描述中，部分组成装置的功能的实现原 理与前述方法中详细描述的相同，因此省略了对它们的详细描述。如图8所示，图8示出了本发明的信道分配设备800。该信道分配设 备至少包括链路负载测量装置801以及信道分配装置802，还包括可选的 迭代优化装置803。链路负载测量装置801对网络中的每条链路的发送数据的平均忙碌时 间进行测量，从而测量出每条链路的链路负载，然后将测量出的链路负载 发送到信道分配装置802。信道分配装置8102根据来自链路负载测量装置 801测量的每条链路的链路负载，向网络中的每条链路分配信道。为了进一步提高网络的吞吐量，在本发明的一个实施例中，还可以采用迭代优化装置803来通过改变信道分配装置802分配了信道后的信道设置中的瓶颈链路的信道，使其经受较少的干扰，从而对信道设置继续优 化。信道分配装置802进一步包括相对链路负载确定装置804、链路权重 确定装置805和信道分配子装置806 (如图8所示)。相对链路负载确定装置804接收来自链路负载测量装置801的关于每 条链路的链路负载的信息，并且根据每条链路的链路负载除以所有链路的 链路负载的平均值，从而分别确定出每条链路在一个周期中的相对链路负 载。链路权重确定装置805针对每条链路判断该链路在最近t个周期前是 否已存在(t为整数)。并且如果该链路在最近t个周期前不存在，则将该 链路的链路权重确定为1。但是，如果该链路在最近t个周期前已存在， 则根据相对链路负载确定装置804所确定的该链路在最近t个周期中的相 对链路负载，来确定出该链路的链路权重。然后，链路的权重信息被发送 到信道分配子装置806。信道分配子装置806根据链路权重向每条链路分 配信道。图8中还进一步示出了链路权重确定装置805所包含的装置模块。链 路权重确定装置805包括第一判断装置807和第一确定装置808。第一判断装置807针对每条链路将该链路在最近t个周期中的相对链 路负载的p(l)—hXci(l)或者以l)+hX(j(1)与1相比较，以它们之间的关系。 其中，p(l)和a(l)分别表示最近t个周期中链路1的相对链路负载的均值和 标准差，h是大于0的整数，优选是0到3 (例如，2)。第一确定装置 808根据第一判断装置807的判断结果，将链路的链路权重确定为1或 p(l)。其中在第一判断装置807判断(i(l)一hXcj(l)大于1或者p(l)+hXcT(1) 小于1时，第一确定装置808确定该链路的链路权重为1;在第一判断装 置807判断p(l)—hXci(l)小于等于1并且p(l)+hXa(1)大于等于1时，第 一确定装置808确定该链路的链路权重为iu(l)。图9详细地示出了图8的信道分配子装置806所包括的装置模块。信 道分配子装置806包括链路选择装置901、信道确定装置902和分配装置903。链路选择装置901接收来自链路权重确定装置805所确定出的网络中 的每条链路的链路权重，然后重复执行下述过程直到在该网络中的网状路 由器所附接的链路中不存在尚未被分配信道的链路为止。首先，链路选择 装置901基于链路权重从前述网状路由器中选择一个作为起始节点，并且 从附接到该起始节点的尚未分配信道的链路中选择一条具有最大链路权重 的链路作为第一链路。然后，链路选择装置901将第一链路发送到信道确 定装置902，并且从起始节点起以宽度优先遍历网络的拓扑图的方式选择 后继链路，并将所选第一链路和后继链路的信息都发送到分配装置903。信道确定装置902用于在接收到来自链路选择装置901的第一链路后 确定当前要被分配的信道。该装置在存在尚未被分配的信道时，从中随机 确定一条信道；在不存在尚未被分配的信道时，针对网络中可用的每条信 道，计算出如果分配该信道则第一链路将经受的干扰总量，从而确定使第 一链路将经受的干扰总量最小的一条信道。然后，信道确定装置902将所 确定出的信道发送到分配装置903。分配装置903接收链路选择装置901选择出的第一链路和后继链路， 以及信道确定装置902所确定出的当前要被分配的信道。然后将该信道分 配给第一链路和后继链路。如图9所示，链路选择装置901进一步包括起始节点选择装置904、 第一链路选择装置905和后继链路选择装置906。起始节点选择装置904 用于基于链路权重从网状路由器中一个作为起始节点。第一链路选择装置 905用于从附接到起始节点的尚未分配信道的链路中选择一条具有最大链 路权重的链路作为第一链路，并将该第一链路的信息发送至信道确定装 置。后继链路选择装置906用于从起始节点起以宽度优先遍历网络的拓扑 图的方式选择后继链路，并将该后继链路的信息发送至分配装置。图10详细地示出了起始节点选择装置904和后继链路选择装置906包 括的部分装置模块。如图IO所示，起始节点选择装置904包括节点权重计算装置1001和 起始节点选择子装置1002。后继链路选择装置906包括队列操纵装置1003和后继链路选择子装置1004。节点权重计算装置1001根据链路权重确定装置805确定出的链路权 重，针对每个节点计算附接到其的所有链路的链路权重的总和，从而计算 出每个节点的节点权重。然后，起始节点选择子装置1002根据节点权重 计算装置1001计算出的每个节点的节点权重，在存在多个具有相同最大 节点权重的节点时从中选择具有最少空闲频率器件的节点，在不存在多个 具有相同最大节点权重的节点时选择具有最大节点权重的节点作为起始节 点。队列操纵装置1003首先将起始节点和第一链路的另一端节点顺序加 入先进先出队列。然后，将该队列中的第一个节点出队列，并将出对列节 点的信息发送给后继链路选择子装置1004，从而开始遍历拓扑图来构造当 前连通分量。在执行过程中，如果队列操纵装置1003接收到来自后继链路选择子 装置1004的节点的信息，则将其入队列。并且队列操纵装置1003在接收 到来自后继链路选择子装置1004的出队列指示时选择队列中的第一个节 点出队列，并且将其发送给后继链路选择子装置1004，从而继续对拓扑图 进行遍历。直到队列中无节点为止，队列操纵装置1003才停止构造当前 连通分量。后续链路选择子装置1004用于选择当前连通分量中的除第一链路之 外的后继链路。该装置在第一种情形中，S卩，附接到来自队列操纵装置 1003的出队列节点的链路中没有尚未分配信道并且也未被选择的链路时， 向队列操纵装置发送出队列指示，这种情况意味着从该节点已无其他继续 遍历的边。后继链路选择子装置1004在第二种情形中，即，附接到来自队列操 纵装置1003的出队列节点的链路中有尚未分配信道并且也未被选择的链 路，并且该出队列节点有多个空闲频率器件时，从附接到该出队列节点的 尚未分配信道并且也未被选择的链路中，选择使得尚未分配信道的链路的 链路权重平均分布到这多个空闲频率器件上的链路。在这种情形中，有可 能没有链路被选择。若有链路被选择，则将所选链路的另一端节点的信息发送到队列操纵装置1003。队列操纵装置1003将这些节点入队列，以用于从这些节点继续遍历。然后后继链路选择子装置1004队列操纵装置发送出队列指示，指示其选择下一个节点出队列，以从其开始继续遍历。但 是，若没有链路被选择，则意味着在这种情况下从没有从该出队列节点继续遍历的边，所以仅向队列操纵装置1003发送出队列指示，指示其选择 下一个节点出队列，以从该节点开始继续遍历。此外，在第三种情形中，即，在附接到来自队列操纵装置1003的出 队列节点的链路中有尚未分配信道并且也未被选择的链路，但是该出队列 节点没有多个空闲频率器件时，则选择附接到出队列节点的所有尚未分配 信道并且也未被选择的链路。同样，将所选链路的另一端节点发送到队列 操纵装置1003，然后向队列操纵装置1003发送出队列指示。图IO还进一步示出了后继链路选择子装置1004中包括的用于第二种 情形的部分装置模块。如图所示，平均份额计算装置1005计算附接到出 队列节点的尚未分配信道的链路的链路权重总和，并且将链路权重总和与 空闲频率器件的数目相除得到空闲频率器件的平均份额。此外，已选链路 权重总和计算装置1006计算附接到出队列节点的已选链路的链路权重总 和。然后，第一后继链路选择子装置1007在已选链路权重总和计算装置 1006计算出的链路权重总和小于平均份额计算装置1005计算出的平均份 额时，从附接到出队列节点的尚未分配信道并且也未被选择的链路中按照 链路权重递减顺序选择链路，使得所选链路和已选链路的链路权重总和在 不超过平均份额的情况下最大，而在链路总和大于等于平均份额时，不选 择链路。图ll详细地示出了图8中的迭代优化装置803包括的装置模块。 迭代优化装置803包括信道利用度计算装置1101、瓶颈链路选择装置 1102、无依赖信道改变装置1103、依赖信道改变装置1104和继续优化判 断装置1105。信道利用度计算装置1101用于根据来自信道分配装置802、无依赖信 道改变装置1103、或者依赖信道改变装置1104的信道设置计算信道利用 度。在开始优化时，信道利用度计算装置1101将根据来自信道分配装置 802的信道设置计算出信道利用度，此后，在优化过程中，则针对来无依赖信道改变装置1103和依赖信道改变装置1104的信道设置计算信道利用 度。在任一情况下，信道利用度计算装置1101都将计算出的信道利用度发送到瓶颈链路选择装置1102和继续优化判断装置1105。瓶颈链路选择装置1102接收来自信道利用度计算装置1101的信道利 用度。并且除非已接收到来自依赖信道改变装置1104或者继续优化判断 装置1105的不再选择的指示，否则选择具有最大信道利用度的链路作为 瓶颈链路。为描述方便，在此将所选瓶颈链路的信道利用度记为 Init一MU，并且将分配给该链路的信道记为c&。无依赖信道改变装置1103用于在不对其他信道产生影响的情况下改 变瓶颈链路选择装置1102选择出的瓶颈链路的信道。无依赖信道改变装置1103在瓶颈链路选择装置选择出的瓶颈链路的 两个节点有除dn之外的相同信道时，将瓶颈链路的信道改变成相同信道 之一；在瓶颈链路的两个节点没有除chi之外的相同信道，但是瓶颈链路 的至少一个节点有空闲频率器件并且另一个节点有除cln之外的其他信道 时，将空闲频率器件之一设置为另一个节点的除cln之外的其它信道之 一，并且将瓶颈链路的信道改变成所设置的信道。然后，无依赖信道改变 装置1103将改变后的信道设置发送到信道利用度计算装置1102和继续优 化判断装置1105。依赖信道改变装置1104用于在改变瓶颈链路的信道会影响其他链路 的信道的情况下改变信道设置。此外，依赖信道改变装置1104还在不需 要继续优化时向瓶颈链路选择装置1102发送指示不再继续选择的指示。依赖信道改变装置1104在瓶颈链路的两个节点没有除ch,之外的相同 信道并且瓶颈链路的节点也没有空闲频率器件时，或者在瓶颈链路的两个 节点没有除ch,之外的相同信道，但是瓶颈链路的至少一个节点有空闲频 率器件而另一个节点没有cl^之外的其他信道时，针对网络中可用的每条 信道计算瓶颈链路将经受的干扰总量。在计算出干扰总量后，当使所计算出的干扰总量最小的信道Ch2是前 述信道c&时，指示瓶颈链路选择装置1102不再继续选择，因为在这种情 况下意味着没必要继续优化。在信道Ch2不是信道Ch,时，通过将瓶颈链路两端节点的工作在Ch,上 的频率器件改变成工作在信道Ch2上，从而将瓶颈链路的信道Ch,改变成信 道Ch2，然后将改变前述频率器件的信道导致需要改变的其他链路的信道 Ch,改变成信道Ch2，从而也改变了存在信道依赖的链路的信道。然后，依 赖信道改变装置1104将改变后的信道设置发送到信道利用度计算装置1102和继续优化判断装置1105。继续优化判断装置1105接收信道利用度计算装置1101计算出的信道 利用度。并且在信道利用度计算装置1101针对无依赖信道改变装置1103 或依赖信道改变装置1104改变了信道之后的当前信道设置计算出的当前 信道利用度中的最大值new_MU大于前一次计算出的信道利用度中的最大 值Init—MU时，将当前信道设置恢复到改变之前的信道设置，并且指示瓶 颈链路选择装置1102不再继续选择。因为在这种情况下，改变后的信道 设置的最大利用度已经比原最大利用度大，这种改变和减小信道利用度的 目的相反。上面结合附图描述了实现本发明的方法和设备。本发明的解决方案属 于静态信道分配解决方案，该解决方案按照例如数小时的间隔确定频率器 件的信道设置。该方案假设网络的拓扑是稳定的，而链路的流量负载可能 是不均衡的，这正是无线网状网络的情形。在此假设下，本发明的方案向 不同的链路分配不同的权重，权重然后被用作用于信道分配的输入，以使 得具有较大权重的链路面临较少的干扰。链路的权重是基于该链路的历史流量负载与其他链路相比确定的。如 果历史数据显示一条链路通常具有高于平均的负载，则该链路被分配以大 于1的权重。另一方面，如果一条链路通常具有低于平均的负载，则该链 路被分配以小于1的权重。如果历史数据显示链路的负载与平均链路负载 相比没有明显的模式，则该链路被分配以等于1的权重，这意味着在信道 分配过程中该链路将被作为平均链路对待。为了确定网络中的所有频率器件的信道设置，本发明的解决方案将信 道分配问题考虑成图分解问题，将网络拓扑图分解成多个子图，每个在工 作于不同的信道上。按照精心设计的规则来分解图，在信道分配中使具有大于1的权重的链路面对小于平均的干扰，而具有小于1的权重的链路面 对多于平均的干扰。这样，可以更好地匹配每条链路的流量负载和容量， 从而可以提高网络容量。以上描述了本发明的优选实施例。但是，这些实施例仅是示例性的， 而不是要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求书及其等同物 限定。
权利要求
1.一种用于在多频无线网状网络中分配信道的方法，所述网络包括多个网状路由器，每个网状路由器具有多个频率器件，其中彼此在其频率器件的发射范围内的两个网状路由器之间存在附接到所述网状路由器的一对方向相反的单向链路，所述方法包括以下步骤根据所述网络中的每条链路发送数据的平均忙碌时间测量出每条链路的链路负载；以及基于每条链路的链路负载向所述每条链路分配信道。
2. 如权利要求1所述的网络信道分配方法，其特征在于，所述方法被 周期性地执行，其中周期是两次连续信道分配之间的时间间隔。
3. 如权利要求2所述的网络信道分配方法，所述基于每条链路的链路负载向其分配信道的步骤包括将每条链路的链路负载除以所有链路的链路负载的平均值，从而分别 确定出每条链路在一个周期中的相对链路负载；针对所述每条链路判断其是否在最近t个连续周期中都存在，其中t是大于o的整数，如果所述链路不是在最近t个连续周期中都存在，则将该链路的链路 权重设置为1，如果所述链路在最近t个连续周期中都存在，则基于该链路在最近t个周期中的相对链路负载，计算出每条链路的链路权重；以及 基于获得的每条链路的链路权重向其分配信道。
4. 如权利要求3所述的网络信道分配方法，所述计算链路权重包括以 下步骤对于每条链路i，如果(i(l)一hXcj(l) 〉1或者p(l)+hXcj(1) <1，则所述链路1的链路权重被设置为p(l)，如果p(l)—hXcj(1) 并且!i(l)+hXcj(1) 2 1，则所述链路1的链路权重被设置为1，其中，p(l)和cj(l)分别表示所述最近t个周期中链路1的相对链路负载的均值和标准差，h是大于等于0的整数。
5. 如权利要求3所述的网络信道分配方法，其特征在于，所述基于链 路权重分配信道包括重复执行的以下步骤Sl:确定所述网络中是否存在下述的网状路由器附接到其的链路中 有在本次信道分配过程中尚未分配信道的链路，如果无则所述信道分配过 程结束，如果有则前进到步骤S2;S2:从所述网状路由器中选择一个作为起始节点；S3:从附接到所述起始节点并且尚未分配信道的链路中选择一条具有最大链路权重的链路，将其作为第一链路；S4:确定是否有在本次信道分配过程中尚未被分配的信道，如果有则前进到步骤S5，如果无则前进到步骤S6;S5:从所述尚未被分配的信道中随机确定一条信道，然后前进到歩骤S8;S6:针对所述网络中可用的每条信道，计算出如果分配所述信道则所述第一链路将经受的干扰总量；S7:从所述网络中可用的所有信道中确定出使所述第一链路经受千扰总量最小的一条信道；S8:从所述起始节点开始以宽度优先遍历所述网络的拓扑图的方式选择后继链路，其中所述拓扑图的节点是所述网络中的网状路由器，所述拓扑图的边是所述链路；以及S9:将步骤S5或步骤S7中确定的信道分配给所述第一链路和在歩骤 S8中选择的所述后继链路。
6. 如权利要求5所述的网络信道分配方法，其特征在于，选择一个起 始节点包括以下步骤针对每个节点计算附接到其的所有链路的链路权重的总和，从而计算 出每个节点的节点权重；以及判断是否存在多个具有相同最大节点权重的节点，如果存在，则从中选择具有最少空闲频率器件的节点作为所述起始节点，如果不存在，则选择具有最大节点权重的节点作为所述起始节点。
7. 如权利要求5所述的网络信道分配方法，其特征在于，从所述起始 节点开始以宽度优先遍历所述网络拓扑图的方式选择链路包括以下步骤将所述起始节点加入先进先出队列；将所述第一链路的另一端节点加入所述队列； 重复执行以下步骤直到所述队列中无节点为止 Sl:选择所述队列中第一节点出队列；S2:判断附接到所述出队列节点的链路中是否有在所述本次分配 过程中尚未分配信道并且也未被选择的链路，如果无则返回到步骤 Sl，如果有则前进到步骤S3;S3:判断所述出队列节点是否有多个空闲频率器件，如果没有则 前进到步骤S4，如果有则前进到步骤S5;S4:选择所述附接到出队列节点的所有尚未分配信道并且也未被 选择的链路，然后前进到步骤S7;S5:从所述附接到出队列节点的尚未分配信道并且也未被选择的 链路中，选择出使得所述尚未分配信道的链路的链路权重平均分布到 所述多个空闲频率器件上的链路；S6:判断是否已有链路被选择，如果无则返回到步骤S1，如果有 则前迸到步骤S7;以及S7:将所选链路的另一端节点加入所述队列，返回到步骤S1。
8. 如权利要求7所述的网络信道分配方法，其特征在于，从所述附接到出队列节点的尚未分配信道并且未被选择的链路中选择链路的歩骤包括以下步骤计算附接到所述出队列节点的尚未分配信道的链路的链路权重总和-, 将所述链路权重总和与所述出队列节点的空闲频率器件的数目相除得 到所述空闲频率器件的平均份额；判断附接到所述出队列节点的已选链路的链路权重总和是否小于所述平均份额；以及如果小于，则从所述附接到出队列节点的尚未分配信道并且也未被选择的链路中按照链路权重递减顺序选择链路，使得所选链路和所述已选链 路的链路权重总和在不超过所述平均份额的情况下最大， 如果大于等于，则不选择链路。
9. 如权利要求1-8中任一个所述的网络信道分配方法，还包括在所述 分配信道的步骤之后改变所述网络中的瓶颈链路的信道，使其经受较少的 干扰。
10. 如权利要求9所述的网络信道分配方法，其特征在于，所述改变网络中的瓶颈链路的信道包括以下步骤Sl:针对所述网络中的信道设置计算每条链路的信道利用度；S2:选择具有最大信道利用度的一条链路作为瓶颈链路，并将所述瓶颈链路工作的信道表示为Chp将所述最大信道利用度表示为Ink—MU;S3:判断所述瓶颈链路的两个节点是否有除Ch,之外的相同信道，如果有则前进到步骤S3a，如果没有则前进到步骤S4;S4:判断所述瓶颈链路的节点是否有空闲频率器件，如果有则前进到步骤S5，如果没有则前进到步骤S7;S5:选择所述瓶颈链路的一个有空闲频率器件的节点；S6:判断所述瓶颈链路的另一个节点是否有除Ch,之外的其它信道，如果有则前进到步骤S6a，如果没有则前进到歩骤S7;S7:针对所述网络中可用的每条信道，计算所述瓶颈链路将经受的千 扰总量；S8:将使所述瓶颈链路将经受的干扰总量最小的信道表示为信道ch2，判断信道di2是否是信道ch,，如果是则前进到步骤S14，如果不是则前进到步骤S9;S9:通过将所述瓶颈链路两端节点的工作在Chi上的频率器件改变成 工作在信道Cll2上，将所述瓶颈链路的信道Ch,改变成信道Ch2;S10:将改变所述频率器件的信道导致需要改变的其他链路的信道Ch,改变成信道ch2;Slh针对新的信道设置计算所有链路的新信道利用度；S12:用new MU表示最大新信道利用度，判断new—MU是否大于Ink—MU，如果否则返回步骤S2，如果是则前进到步骤S13;S13:恢复到所述新信道设置之前的信道设置；S14:结束所述改变网络中的瓶颈链路的信道的过程；S3a:将所述瓶颈链路的信道改变成所述相同信道之一，然后执行歩骤S11;S6a:将所述空闲频率器件之一设置为另一个节点的除ch,之外的其它信道之一，然后执行步骤S6b;以及S6b:将所述瓶颈链路的信道改变成所设置的信道，然后执行步骤Sll。
11. 如权利要求io所述的网络信道分配方法，其特征在于，所述计算链路的信道利用度是按照以下公式计算的对于一条链路li，其信道利用度为"ri/(/,.) = |>〖A/y，/,)xWe^(/y)，其戶i中m为所述网络中的链路总数，intf(lj"表示以概率方式表示的链路1」对 链路li的干扰程度，weight(lj)表示链路lj的链路权重。
12. 如权利要求5或IO所述的网络信道分配方法，其中所述计算干扰 总量是按照下述公式计算的对于一条链路li，其干扰总量为J^" f(/"/,.)xwe砂"。，其中，LS(c/0表示所述网络中己分配了信道ch的链路的集合，intf(lj,li)表示以 概率方式表示的链路lj对链路li的干扰程度，weight(lj)表示链路lj的链路权重。
13. 如权利要求3所述的网络信道分配方法，其特征在于，所述周期以小时或天为单位。
14. 如权利要求13所述的网络信道分配方法，其特征在于，所述周期是不相等的时间间隔。
15. 一种用于在多频无线网状网络中分配信道的设备，所述网络包括 多个网状路由器，每个网状路由器具有多个频率器件，其中彼此在其频率 器件的发射范围内的两个网状路由器之间存在附接到所述网状路由器的一 对方向相反的单向链路，其特征在于，所述设备包括链路负载测量装置，用于根据网络中的每条链路发送数据的平均忙碌 时间测量每条链路的链路负载；以及信道分配装置，用于基于所述链路负载测量装置测量出的每条链路的 链路负载向所述每条链路分配信道。
16、 如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述信道分配装置包括相对链路负载确定装置，用于根据所述链路负载测量装置测量的每条 链路的链路负载除以所有链路的链路负载的平均值，分别确定出每条链路 在一个周期中的相对链路负载，其中所述周期是两次连续信道分配之间的 时间间隔；链路权重确定装置，对于每条链路，若所述链路在最近t个连续周期 中都存在，则根据所述相对链路负载确定装置所确定的所述链路在最近t 个周期中的相对链路负载，确定所述链路的链路权重，若所述链路不是在 最近t个连续周期中都存在，则将该链路的链路权重确定为1，其中t为大 于0的整数；信道分配子装置，用于根据所述链路权重确定装置确定的链路权重向 所述链路分配信道。
17、 如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述链路权重确定装置包括第一判断装置，用于判断所述链路在最近t个周期中的相对链路负载的p(l)—hXa(l)或者n(l) + hXcr(1)与1的关系，p(l)和a(l)分别表示所述最 近t个周期中链路1的相对链路负载的均值和标准差，h是大于等于0的整 数；第一确定装置，用于根据所述第一判断装置的判断结果将所述链路的 链路权重确定为1或p(l)，所述第一判断装置判断li(l)一hXa(l)大于1或者 p(l)+hXa(1)小于1，所述第一确定装置确定所述链路的链路权重为1;所 述第一判断装置判断(Li(1)—hXcr(l)小于等于1并且(i(l)+hXc7(1)大于等于1，所述第一确定装置确定所述链路的链路权重为P(l)。
18、 如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述信道分配子装置包括链路选择装置、信道确定装置和分配装置链路选择装置，用于基于所述链路权重确定装置确定出的链路权重从 所述网状路由器中选择一个作为起始节点并且从附接到该起始节点的尚未 分配信道的链路中选择一条具有最大链路权重的链路作为第一链路，然后 将所述第一链路的信息发送到所述信道确定装置，并且从所述起始节点起 以宽度优先遍历所述网络的拓扑图的方式选择后继链路，并将所选的第一 链路和后继链路的信息发送到所述分配装置，直到在所述网络中的网状路 由器所附接的链路中不存在尚未被分配信道的链路为止，其中所述拓扑图 的节点是所述网络中的网状路由器，所述拓扑图的边是所述链路；信道确定装置，用于判断网络中是否仍存在尚未被分配的信道，在存 在尚未被分配的信道时，从所述尚未被分配的信道中随机确定一条信道， 在不存在尚未被分配的信道时，针对所述网络中可用的每条信道，计算出 若分配所述信道则所述链路选择装置选择出的第一链路将经受的干扰总 量，确定使所述第一链路将经受的干扰总量最小的一条信道；分配装置，用于将所述信道确定装置确定出的信道分配给所述链路选 择装置选择出的第一链路和后继链路。
19、 如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述链路选择装置包括起始节点选择装置，用于基于所述链路权重从所述网状路由器中选择一个作为所述起始节点；第一链路选择装置，用于从附接到所述起始节点的尚未分配信道的链 路中选择一条具有最大链路权重的链路作为所述第一链路，并将该第一链路的信息发送至所述信道确定装置；后继链路选择装置，用于从所述起始节点起以宽度优先遍历所述网络 的拓扑图的方式选择所述后继链路，并将该后继链路的信息发送至所述分 配装置。
20. 如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述起始节点选择装置 包括节点权重计算装置，用于根据所述链路权重确定装置确定出的链路权重，针对每个节点计算附接到其的所有链路的链路权重的总和，从而计算 出每个节点的节点权重；以及起始节点选择子装置，用于根据所述节点权重计算装置计算出的每个 节点的节点权重，在存在多个具有相同最大节点权重的节点时从中选择具 有最少空闲频率器件的节点作为起始节点，在不存在多个具有相同最大节 点权重的节点时选择具有最大节点权重的节点作为所述起始节点。
21.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述后继链路选择装置包括队列操纵装置和后继链路选择子装置，其中 所述队列操纵装置用于，将所述起始节点选择子装置选择的起始节点和所述第一链 路选择装置选择的第一链路的另一端节点顺序加入一先进先出 队列，然后选择所述队列中的第一个节点出队列，在接收到来自所述后继链路选择子装置的节点的信息时将 其入队列，在接收到来自所述后继链路选择子装置发出的出队列指示 时选择所述队列中的第一个节点出队列，直到所述队列中无节 点为止，以及将出队列节点的信息发送给所述后继链路选择子装置；并且所述后续链路选择子装置用于，在附接到来自所述队列操纵装置的所述出队列节点的链路 中没有尚未分配信道并且也未被选择的链路时，向所述队列操 纵装置发送出队列指示，在附接到来自所述队列操纵装置的所述出队列节点的链路 中有尚未分配信道并且也未被选择的链路，并且所述出队列节 点有多个空闲频率器件时，从所述附接到出队列节点的尚未分 配信道并且也未被选择的链路中，选择使得所述尚未分配信道 的链路的链路权重平均分布到所述多个空闲频率器件上的链 路，若有链路被选择则将其另一端节点的信息发送到所述队列操纵装置，然后向所述队列操纵装置发送出队列指示，若没有 链路被选择则仅向所述队列操纵装置发送出队列指示，以及在附接到来自所述队列操纵装置的所述出队列节点的链路 中有尚未分配信道并且也未被选择的链路，但是所述出队列节 点没有多个空闲频率器件时，选择所述附接到出队列节点的所 有尚未分配信道并且也未被选择的链路，将所选链路的另一端 节点的信息发送到所述队列操纵装置，然后向所述队列操纵装 置发送出队列指示。
22. 如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述后继链路选择子装置包括平均份额计算装置，用于计算附接到所述出队列节点的尚未分配信道 的链路的链路权重总和，并且将所述链路权重总和与所述空闲频率器件的 数目相除得到所述空闲频率器件的平均份额；已选链路权重总和计算装置，用于计算附接到所述出队列节点的已选链路的链路权重总和；以及第一后继链路选择子装置，用于在所述已选链路权重总和计算装置计 算出的链路权重总和小于所述平均份额计算装置计算出的平均份额时，从 所述附接到出队列节点的尚未分配信道并且也未被选择的链路中按照链路 权重递减顺序选择链路，使得所选链路和所述已选链路的链路权重总和在 不超过所述平均份额的情况下最大，而在所述链路总和大于等于所述平均 份额时，不选择链路。
23. 如权利要求15-22中任一个所述的设备，还包括迭代优化装置，用 于对所述信道分配装置分配了信道后的所述网络中的瓶颈链路的信道进行 改变，使其经受较少的干扰。
24. 如权利要求23所述的设备，其特征在于，所述迭代优化装置包括 信道利用度计算装置、瓶颈链路选择装置、无依赖信道改变装置、依赖信 道改变装置和继续优化判断装置.-所述信道利用度计算装置用于根据来自所述信道分配装置、或者无依 赖信道改变装置、或者依赖信道改变装置的信道设置计算信道利用度；所述瓶颈链路选择装置用于在未接收到收到来自所述依赖信道改变装 置或者所述继续优化判断装置的不再继续选择的指示之前，根据所述信道 利用度计算装置计算出的信道利用度，选择一条具有最大信道利用度的链路作为瓶颈链路，其中，将所述瓶颈链路的信道利用度记为Init—MU，并 且将分配给该链路的信道记为ch1; 所述无依赖信道改变装置用于，在瓶颈链路选择装置选择出的瓶颈链路的两个节点有除 之外的相同信道时，将所述瓶颈链路的信道改变成所述相同 信道之一，在所述瓶颈链路的两个节点没有除ch,之外的相同信道， 但是所述瓶颈链路的至少一个节点有空闲频率器件并且另一个 节点有除chi之外的其他信道时，将所述空闲频率器件之一设置 为另一个节点的除ch,之外的其它信道之一，并且将所述瓶颈链路的信道改变成所设置的信道，以及将改变后的信道设置发送到所述信道利用度计算装置； 所述依赖信道改变装置用于，在所述瓶颈链路的两个节点没有除之外的相同信道并 且所述瓶颈链路的节点也没有空闲频率器件时，或者在所述瓶 颈链路的两个节点没有除d^之外的相同信道，但是所述瓶颈链 路的至少一个节点有空闲频率器件而另一个节点没有ch,之外的 其他信道时，针对所述网络中可用的每条信道计算所述瓶颈链 路将经受的干扰总量，在使所计算出的干扰总量最小的信道ch2是所述信道ch, 时，指示所述瓶颈链路选择装置不再继续选择，在所述信道Ch2不是所述信道Cht时，通过将所述瓶颈链路两端节点的工作在ch,上的频率器件改变成工作在信道ch2 上，从而将所述瓶颈链路的信道ch,改变成信道ch2，然后将改 变所述频率器件的信道导致需要改变的其他链路的信道ch,改变 成信道ch2，并且将改变后的信道设置发送到所述信道利用度计算装置；并且所述继续优化判断装置用于在所述信道利用度计算装置针对所述无依 赖信道改变装置或所述依赖信道改变装置改变了信道之后的当前信道设置计算出的当前信道利用度中的最大值new—MU大于前一次计算出的信道利 用度中的最大值Init—MU时，将所述当前信道设置恢复到所述改变之前的 信道设置，并且指示所述瓶颈链路选择装置不再继续选择。
全文摘要
本发明公开了一种用于多频无线网状网的基于链路负载加权拓扑的信道分配方法和设备。所述网络包括多个网状路由器。每个网状路由器具有多个频率器件，其中彼此在其频率器件的发射范围内的两个网状路由器之间存在附接到所述网状路由器的一对方向相反的单向链路。该方法包括以下步骤根据网络中的每条链路发送数据的平均忙碌时间来测量出每条链路的链路负载；以及基于每条链路的链路负载向每条链路分配信道。
文档编号H04L12/56GK101335698SQ200710127510
公开日2008年12月31日 申请日期2007年6月28日 优先权日2007年6月28日
发明者勇 夏, 汪锦岭 申请人:日电(中国)有限公司