一种无线信道协商方法及系统与流程

本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种无线信道协商方法及系统。

背景技术：

无线通信网络通常存在多个信道可以用来通信，例如ieee802.11b/g标准，工作频段2.4～2.4835ghz被划分为11个信道。由于无线通信的传输特性，使用相同或者相邻信道通信时存在相互干扰的问题，可以通过合理分配信道实现信道的复用来减少信道之间的干扰问题。

无线通信网络的目的是用来传输有效数据，为了保证无线通信网络的正常运行，网络设备之间需要交互各种控制信息。用于传输有效数据的信道的协商过程中交互的信道协商信息属于控制信息，这些控制信息会占用信道资源。

因此，使用较少的信道协商控制信息开销完成信道协商同时保证信道利用率，是无线通信网络的一个重要问题。

现有技术中公开了一种基于网络拓扑结构静态分配信道的方法，根据相邻网络设备的信道占用情况，每个网络设备与其相邻网络设备分配一个尚未占用的信道，或者在不存在未被占用的信道时随机或者基于信道质量选择一个已被占用的信道。这种方法仅考虑了初始建立网络设备相邻关系时的信道占用情况，当信道不足时无法基于信道状态动态的调整信道分配情况，可能存在部分信道的负载很高而其他信道十分空闲的情况，无法充分利用信道资源。

现有技术中还公开了一种方法，相邻网络设备之间进行通信之前基于当前的信道占用情况动态的分配信道，每个网络设备发送数据之前需要和接收网络设备根据各自的信道占用情况和信道负载，协商最优的信道用于本次数据发送。这种方法中，每个网络设备在发送数据之前都需要与接收网络设备进行信道协商，信道协商过程需要交互控制信息才能选定唯一的信道来通信，控制信息本身并不能承载有效数据但是占用信道资源，开销较大。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种只需要较少信道协商控制信息开销就能解决基于信道状态的信道分配问题，能够有效提高信道利用率的无线信道协商方法及系统。

技术方案：本发明所述的无线信道协商方法，包括信道协商触发检测过程和信道协商交互过程，其中：

信道协商触发检测过程：进行网络设备邻居关系变化检测和信道状态变化检测；邻居关系变化检测：如果检测到添加网络设备的事件发生，则启动信道协商交互过程，如果检测到删除网络设备的事件发生，则释放被删除网络设备的所有信道；信道状态变化检测：如果检测到网络设备与相邻网络设备之间信道状态变差的事件发生，则启动信道协商交互过程；

信道协商交互过程：对网络设备与相邻网络设备之间的信道进行协商选定。

进一步，所述信道状态变差事件包括信道质量低于门限值以及信道负载低于门限值这两种情形。

进一步，所述信道协商交互过程包括以下步骤：

s1.1：判断网络设备与待协商的相邻网络设备之间的协商次数否超过最大协商次数：如果是，则删除待协商的相邻网络设备，释放待协商的相邻网络设备的所有信道；否则，继续进行步骤s1.2；

s1.2：网络设备向待协商的相邻网络设备发送信道协商请求；

s1.3：网络设备等待待协商的相邻网络设备发来信道协商响应信息：如果等待时间超过预设时间仍未收到信道协商响应信息，则返回步骤s1.1；否则，则结束协商交互过程。

进一步，所述步骤s1.3中，网络设备在选定的信道上等待待协商的相邻网络设备发来信道协商响应信息。

进一步，所述网络设备包括终端设备、中继设备和基站设备。

本发明所述的无线信道协商系统，包括信道协商触发检测模块和信道协商交互模块，其中：

信道协商触发检测模块：包括邻居关系变化检测单元和信道状态变化检测单元；邻居关系变化检测单元如果检测到添加网络设备的事件发生，则启动信道协商交互模块开始工作，如果检测到删除网络设备的事件发生，则释放被删除网络设备的所有信道；信道状态变化检测单元如果检测到网络设备与相邻网络设备之间信道状态变差的事件发生，则启动信道协商交互模块开始工作；

信道协商交互模块：用于对网络设备与相邻网络设备之间的信道进行协商选定。

进一步，所述信道状态变差事件包括信道质量低于门限值以及信道负载低于门限值这两种情形。

有益效果：本发明公开了一种无线信道协商方法及系统，网络设备每次发送数据之前无需进行信道协商，只有在检测到添加网络设备的事件发生或者检测到网络设备与相邻网络设备之间信道状态变差的事件发生时才进行信道协商，有效减少了协商信道的控制信息开销，提高了信道利用率。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的无线通信网络拓扑结构示意图；

图2为本发明具体实施方式的无线信道协商系统的框图；

图3为本发明具体实施方式的邻居关系变化检测的流程图；

图4为本发明具体实施方式的信道状态变化检测的流程图；

图5为本发明具体实施方式的信道协商交互的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的介绍。

本具体实施方式公开了一种无线信道协商方法，包括信道协商触发检测过程和信道协商交互过程，其中：

信道协商触发检测过程：进行网络设备邻居关系变化检测和信道状态变化检测，且邻居关系变化检测和信道状态变化检测是并行运行的。本具体实施方式中的信道协商触发检测过程采用周期性检测机制，此外还可以采用事件触发机制。邻居关系变化检测过程如图3所示，如果检测到添加网络设备的事件发生，则启动信道协商交互过程，如果检测到删除网络设备的事件发生，则释放被删除网络设备的所有信道。信道状态变化检测过程如图4所示，如果检测到网络设备与相邻网络设备之间信道状态变差的事件发生，则启动信道协商交互过程。

信道协商交互过程：对网络设备与相邻网络设备之间的信道进行协商选定。本具体实施方式中的信道协商交互过程通过单播握手的方式实现，还可以通过主动广播的方式实现。

本具体实施方式中的“信道”都指的是“频段”。

其中，信道状态变差事件包括信道质量低于门限值以及信道负载低于门限值这两种情形。

信道协商交互过程如图5所示，包括以下步骤：

s1.1：判断网络设备与待协商的相邻网络设备之间的协商次数否超过最大协商次数：如果是，则删除待协商的相邻网络设备，释放待协商的相邻网络设备的所有信道；否则，继续进行步骤s1.2；

s1.2：网络设备向待协商的相邻网络设备发送信道协商请求；

s1.3：网络设备在选定的信道上等待待协商的相邻网络设备发来信道协商响应信息：如果等待时间超过预设时间仍未收到信道协商响应信息，则返回步骤s1.1；否则，则结束协商交互过程。

此外，步骤s1.3中，网络设备也可以在收到信道协商响应信息后再切换到选定的信道上。步骤s1.2中，发送信道协商请求包含选定信道的信息，选定信道可以通过优先选择信道状态好的信道来实现，在信道状态相同时采用随机方式进行选择，也可以选择距离上一次选定信道最近或者距离上一次选定天线最远的方式来实现。

下面以图1所示的无线通信网络为例，对本具体实施方式的无线信道协商方法进行介绍。

图1中，无线通信网络中采用设定公共信道的方式，网络设备的公共信道收发天线始终驻留在设定的公共信道，以便快速获得相邻网络设备信道占用情况以及快速完成信道协商交互过程。网络设备采用全向天线，网络设备可以向任意方向发送以及从任何方向接收无线信号。

图1中，六个网络设备的启动和移入顺序分别为：网络设备1、网络设备4、网络设备3、网络设备5、网络设备2、网络设备6。网络设备启动后即开始在公共信道上发送周期性的广播消息，广播消息中包含该网络设备用于接收相邻网络设备发送数据的信道的信息。网络设备与相邻网络设备协商完成后，将协商选定的信道添加到网络设备周期性发送的广播消息中。

下面分别介绍一下这六个网络设备的启动和移入过程，该过程采用的是本具体实施方式公开的无线信道协商方法。

(1)网络设备1的启动和移入

网络设备1启动和移入无线通信网络中后，无线通信网络中不存在任何其他网络设备，无法收到任何网络设备的广播消息。

(2)网络设备4的启动和移入

网络设备4收到网络设备1的广播消息，可知网络设备1此时未占用任何信道，因此，网络设备4从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c1作为网络设备4向网络设备1发送数据的信道，然后网络设备1将占用了信道c1的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

网络设备1收到网络设备4的广播消息，可知网络设备4此时未占用任何信道，因此，网络设备1从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c3作为网络设备1向网络设备4发送数据的信道，然后网络设备4将占用了信道c3的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

(3)网络设备3的启动和移入

网络设备3收到网络设备1的广播消息，可知网络设备1此时占用信道c1，因此，网络设备3从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c2作为网络设备3向网络设备1发送数据的信道，然后网络设备1将占用了信道c2的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

网络设备3收到网络设备4的广播消息，可知此时网络设备4此时占用信道c3，因此，网络设备3从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c5作为网络设备3向网络设备4发送数据的信道，然后网络设备4将占用了信道c5的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

网络设备1收到网络设备3的广播消息，可知网络设备3此时未占用任何信道，因此，网络设备1从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c3作为网络设备1向网络设备3发送数据的信道，然后网络设备3将占用了信道c3的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

网络设备4收到网络设备3的广播消息，可知此时网络设备3占用信道c3，因此，网络设备4从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c4作为网络设备4向网络设备3发送数据的信道，然后网络设备3将占用了信道c4的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

(4)网络设备5的启动和移入

网络设备5收到网络设备4的广播消息，可知此时网络设备4占用信道c3和c5，因此，网络设备5从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c2作为网络设备5向网络设备4发送数据的信道，然后网络设备4将占用了信道c2的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

网络设备3收到网络设备5的广播消息，可知此时网络设备5未占用任何信道，因此，网络设备3从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c1作为网络设备3向网络设备5发送数据的信道，然后网络设备5将占用了信道c1的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

网络设备4收到网络设备5的广播消息，可知此时网络设备5占用信道c1，因此，网络设备4从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c5作为网络设备4向网络设备5发送数据的信道，然后网络设备5将占用了信道c5的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

网络设备5收到网络设备3的广播消息，可知网络设备3此时占用信道c3和c4，因此，网络设备5从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c2作为网络设备5向网络设备3发送数据的信道，然后网络设备3将占用了信道c2的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

(5)网络设备2的启动和移入

网络设备1收到网络设备2的广播消息，可知网络设备2此时未占用任何信道，因此，网络设备1从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c1作为网络设备1向网络设备2发送数据的信道，然后网络设备2将占用了信道c1的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

网络设备3收到网络设备2的广播消息，可知网络设备2此时占用信道c1，因此，网络设备3从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c3作为网络设备3向网络设备2发送数据的信道，然后网络设备2将占用了信道c3的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

网络设备2收到网络设备3的广播消息，可知网络设备3此时占用信道c2、c3和c4，因此，网络设备2从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c5作为网络设备2向网络设备3发送数据的信道，然后网络设备3将占用了信道c5的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

网络设备2收到网络设备1的广播消息，可知网络设备1此时占用信道c1和c2，因此，网络设备2从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c4作为网络设备2向网络设备1发送数据的信道，然后网络设备1将占用了信道c4的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

(6)网络设备6的启动和移入

网络设备6收到网络设备2的广播消息，可知网络设备2此时占用信道c1和c3，因此，网络设备6从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c5作为网络设备6向网络设备2发送数据的信道，然后网络设备2将占用了信道c5的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

网络设备6收到网络设备5的广播消息，可知网络设备5此时占用信道c1和c5，因此，网络设备6从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c4作为网络设备6向网络设备5发送数据的信道，然后网络设备5将占用了信道c4的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

网络设备6收到网络设备3的广播消息，可知网络设备3此时占用信道c2、c3、c4和c5，因此，网络设备6从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c1作为网络设备6向网络设备3发送数据的信道，然后网络设备3将占用了信道c1的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

网络设备2收到网络设备6的广播消息，可知网络设备6此时未占用任何信道，因此，网络设备2从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c1作为网络设备2向网络设备6发送数据的信道，然后网络设备6将占用了信道c1的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

网络设备3收到网络设备6的广播消息，可知网络设备6此时占用信道c1，因此，网络设备3从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c4作为网络设备3向网络设备6发送数据的信道，然后网络设备6将占用了信道c4的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

网络设备5收到网络设备6的广播消息，可知网络设备6此时占用信道c1和c4，因此，网络设备5从信道c1、信道c2、信道c3、信道c4和信道c5中根据信道状态选择信道c2作为网络设备5向网络设备6发送数据的信道，然后网络设备6将占用了信道c2的消息在公共信道上发送周期性的广播消息。

六个网络设备都移入后，网络设备3在正常工作期间持续检测相邻网络设备向自己发送数据的信道状态，当网络设备3检测到网络设备2向自己发送数据的信道状态变差时，则启动信道协商交互过程，如下：

s1.1：判断网络设备3与网络设备2之间的协商次数否超过最大协商次数：如果是，则删除网络设备2，释放网络设备2占用的所有信道；否则，继续进行步骤s1.2；

s1.2：网络设备3根据当前信道状态选择信道c1作为网络设备2向自己发送数据的信道，向网络设备2发送信道协商请求；

s1.3：网络设备3切换到信道c1上等待网络设备2发来信道协商响应信息：如果等待时间超过预设时间仍未收到信道协商响应信息，则返回步骤s1.1；否则，则结束协商交互过程。

网络设备1停止工作时，网络设备2、网络设备3和网络设备4检测到删除网络设备1的事件，分别释放信道c1、c3和c3。

网络设备2从网络设备1的无线信号覆盖范围移出时，网络设备2检测到删除网络设备1的事件，释放信道c1。网络设备1页检测到删除网络设备2的事件，释放信道c4。

此外，本具体实施方式还公开了一种无线信道协商系统，如图2所示，包括信道协商触发检测模块11和信道协商交互模块12，其中：

信道协商触发检测模块11：包括邻居关系变化检测单元111和信道状态变化检测单元112；邻居关系变化检测单元111如果检测到添加网络设备的事件发生，则启动信道协商交互模块12开始工作，如果检测到删除网络设备的事件发生，则释放被删除网络设备的所有信道；信道状态变化检测单元112如果检测到网络设备与相邻网络设备之间信道状态变差的事件发生，则启动信道协商交互模块12开始工作；

信道协商交互模块12：用于对网络设备与相邻网络设备之间的信道进行协商选定。