专利名称：用于单接口多信道无线网络的链路分配方法
技术领域：
本发明涉及无线网络通信和信息传播技术，尤其涉及一种用于单接口多信道无线网络的链路分配方法。
背景技术：
在传统的单信道无线网络中，存在的一个主要问题就是多个节点同时传输时，彼此间的干扰带来的容量降低的问题。尤其是节点密度的增加将加剧节点间的竞争和发送分组之间的冲突，同时大量的节点退避降低了信道利用率并导致吞吐量的迅速下降。因此，信道干扰成为影响无线网络容量的重要因素。而在多信道无线网络中，节点可以用不同的信道发送和接收数据，从而减少冲突。由于信道数目受限，因此如何合理有效地利用多信道技术增加无线网络并行传输的链路数目，提升无线网络的吞吐量已成为无线网络研究中的关
键问题之一。多信道网络的性能与网络中可用信道的数目以及通信时采用的何种信道分配方案相关。一个好的信道分配策略，能够降低无线链路之间的干扰，提高无线网络的吞吐量，优化网络的性能和降低网络通信时数据的丢包率。因此，多信道无线网络中信道分配成为研究的热门话题。目前研究者在多信道分配算法方面开展了大量的研究工作，取得了很多的研究成果。根据多信道分配算法对节点接口卡数目要求的不同，可以将多信道分配算法分为单接口多信道分配算法和多接口多信道分配算法两类。I、在单接口多信道分配算法中，节点之间需要一定的信道协商机制，目前主要有两种信道协商方式1)接口卡周期性的回到公共信道交换协商信息，并声明下一个周期内自己使用的信道，基于时间同步的单接口多信道MAC协议是该类协议的典型代表，在该协议中，节点利用ATIM窗口来协商信道的使用。其主要思想是使用信标将时间分成多个时隙，每个时隙使用一个小窗口来显示此时隙的通信量，信道选择的标准是负载最小的信道。各节点在该时间段中都将自己的接口卡切换到预先定义的公共信道上进行信道协商，在ATM窗口结束后，各节点将信道切换到协商好的信道进行数据的发送和接收。2)各节点使用一个“众所周知”的信道切换序列动态的切换信道，其典型代表是SSCH算法，其中每个节点可配备一个无线网卡，将时间划分为多个时隙，每个时隙按照已设定的信道序列进行切换，采用该方法，网络中各个节点需要知道其相邻节点的信道跳变序列，与其通信时，将网卡工作在对应的信道。2、在多接口多信道分配算法中，根据接口切换策略的不同，将算法分为三类I)静态分配方案。在该类方案中，接口卡所绑定的信道在较长的时间内保持不变，如C-Hyacinth算法，C-Hyacinth给出了一个集中式求解信道分配和路由策略的通用算法框架，该算法需要预先获得网络的物理拓扑结构、各节点的接口卡数目和节点间的流量记录文件，使用循环迭代、逐步求精的方法求解节点间的信道分配和路由路径，并提出了一种基于贪心策略的信道分配算法；2)动态分配方案。在该类方案中，用于发送和接收数据的接口卡所使用的信道动态变化，如DCA协议，DCA (Dynamic Channel Allocation)协议将信道分为控制信道和数据信道，节点配备多个无线网卡，一个网卡工作于控制信道用于交换控制信息协商信道，其余可以在多个数据信道间切换用于链路传送数据包和应答包；3)混合式分配方案。在该类方案中，节点的一部分接口卡所绑定的信道保持不变，其余接口卡绑定的信道根据传输需求动态变化，如PCAM算法，该算法使用三个接口卡进行数据传输，一个用于接收，一个用于发送，第三个用于节点间的控制信息传递，该算法不需要严格的时钟同步机制，不需要预知网络流量记录文件，能够较好适应网络流量的变化情况，但是该方法不能够充分利用各网络接口卡。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的不足，提供一种用于单接口多信道无线网络的链路分配方法，将单接口多信道无线网络的链路分配到各信道，使得网络中的链路可以工作在不同的信道上。本发明采用的技术方案为一种用于单接口多信道无线网络的链路分配方法，包括如下步骤(I)对于一个具有c个可用信道和I条链路的多信道无线网络，根据该网络的拓扑图得到网络的距离-I冲突图G ；(2)根据步骤(I)中得到的网络的距离-I冲突图G，得到网络的距离-I冲突矩阵A，矩阵A为一个1X1的矩阵，其中I为网络拓扑图中的链路数，并且根据各链路的冲突值的大小，调整链路的编号顺序，冲突值大的链路编号小，然后更新冲突阵A ;(3)依据步骤(2)中得到的距离-I冲突矩阵A得到链路分配矩阵B，将该多信道无线网络的I条链路分配到c个可用信道上。链路分配矩阵B为一个IXc的矩阵，其中I为多信道无线网络拓扑图中的链路数，c为可用的信道数目。所述步骤(I)中，网络的距离-I冲突图G通过以下方式得到在多信道无线网络拓扑图中的节点用顶点表示，链路用边表示；在网络冲突图G中，多信道无线网络拓扑图中的链路用顶点表示，如果在单信道下，两条链路间存在冲突关系，则相应顶点间会存在一条边。所述步骤(I)中，只需要将多信道网络拓扑图中的边转换为网络冲突图G中的顶点，然后将有冲突关系的顶点用边连接，就可以得到网络冲突图G。作为优选，所述步骤2)中，网络冲突矩阵A为一个IX I的矩阵，其中I为多信道无线网络拓扑图中的链路数。作为优选，所述步骤(2)中，网络冲突矩阵A=[aij]lxl中各元素的计算规则如下
0 / 二 j
a, =0 I本./，/与/不存在距离-1冲突 I / ^./, /与/存在距离-I冲突其中i和j表示网络拓扑图中的链路，I彡i彡1，I彡j彡1，i和j都为自然数，距离-I冲突是指两链路存在冲突并且两链路不共用同一节点。然后统计出每条链路的冲突值，即与某一链路冲突的所有链路的总和，并且根据各链路的冲突值的大小，调整链路的编号顺序，冲突值大的链路编号小，然后更新冲突阵A。作为优选，所述步骤(3)中，链路分配矩阵B为一个IXc的矩阵，其中I为多信道、无线网络拓扑图中的链路数，C为多信道无线网络可用的信道数目。作为优选，所述步骤(3)中，链路分配矩阵B的求得包含如下步骤3. I.初始化，设链路分配矩阵BKbijLx。为全零矩阵。计数值i=2，j=l，k = 0，bn=1，Dtl=O其中i，j，k为自然数; 3. 2.
权利要求
1.一种用于单接口多信道无线网络的链路分配方法，其特征在于该方法包括如下步骤 1)对于一个具有C个可用信道和I条链路的多信道无线网络，根据该网络的拓扑图得到网络的距离-I冲突图G ； 2)根据步骤I)中得到的网络的距离-I冲突图G，得到上述网络的距离-I冲突矩阵A，并且根据各链路的冲突值的大小，调整链路的编号顺序，冲突值大的链路编号小，然后更新冲突阵A; 3)依据步骤2)中得到的距离-I冲突矩阵A得到链路分配矩阵B，将该多信道无线网络的I条链路分配到c个可用信道上；其中，I、c为自然数。
2.根据权利要求I所述的用于单接口多信道无线网络的链路分配方法，其特征在于所述步骤2)中，网络冲突矩阵A为一个IX I的矩阵，其中I为多信道无线网络拓扑图中的链路数。
3.根据权利要求I所述的用于单接口多信道无线网络的链路分配方法，其特征在于所述步骤2)中，网络冲突矩阵A=[au]lxl中各元素的计算规则如下 IO i = j ^jj ~ ^ O i承j，与./ 不存在距禹- I冲突 [I/ 与/存在距离-I冲突 其中i和j表示网络拓扑图中的链路，I彡i彡1，1彡j彡1，i和j都为自然数，距离-I冲突是指两链路存在冲突并且两链路不共用同一节点。然后统计出每条链路的冲突值，即与某一链路冲突的所有链路的总和，并且根据各链路的冲突值的大小，调整链路的编号顺序，冲突值大的链路编号小，然后更新冲突阵A。
4.根据权利要求I所述的用于单接口多信道无线网络的链路分配方法，其特征在于所述步骤3)中，链路分配矩阵B为一个IXc的矩阵，其中I为多信道无线网络拓扑图中的链路数，c为多信道无线网络可用的信道数目。
5.根据权利要求I所述的用于单接口多信道无线网络的链路分配方法，其特征在于所述步骤3)中，链路分配矩阵B的求得包含如下步骤 5. I.初始化，设链路分配矩阵为全零矩阵。计数值i=2，j=l, k = O，bn=l,D0=O其中i，j，k为自然数；5.2. y = ll=oD-，若 2T=v+1a A; =0，则 bfl，并且令 i=i+l, j = I ; 如果i ( I，则转到步骤5. 2 ； 如果i>l，则转到步骤5. 4 ; 若H J=J+l'
全文摘要
本发明公开了一种用于单接口多信道无线网络的链路分配方法，包括(1)对于一个具有c个可用信道和l条链路的多信道无线网络，根据该网络的拓扑图得到网络的距离-1冲突图G；(2)根据步骤(1)中得到的距离-1网络冲突图G，得到上述网络的距离-1冲突矩阵A，并且根据各链路的冲突值的大小，调整链路的编号顺序，更新冲突阵A；(3)依据步骤(2)中得到的距离-1冲突矩阵A得到链路分配矩阵B，将该单接口多信道无线网络的l条链路分配到c个信道上。本发明采用冲突值大的链路优先分配的策略，而后使用c个可用信道为l条链路分段分配，分配过程中保证每段链路内部之间无冲突，并且使每段链路与前面已分配的链路之间的冲突值最小。
文档编号H04W28/08GK102752801SQ201210258628
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月24日 优先权日2012年7月24日
发明者余旭涛, 刘耀中, 张在琛 申请人:东南大学