因此，將多速率共享問題融合入信道分配當中，需要考慮到不同速率鏈路之間信 道分配帶來的帶寬損失，W帶寬損失最小為目標，建立一個高吞吐量的多速率無線Mesh網 絡，定義鏈路1 ink帶寬的損失為
[01 17] B 曰 IldLossiink = Bandlink-Bandinterference
[0119] 其中，BandLo S S link為鏈路link的帶寬損失，Bandiink為1 ink分配的傳輸速率， Bandinterferenee為受到其他鏈路干擾之后得到的實際帶寬大小，data為數據量大小，Bandi表 示同鏈路link互相干擾的鏈路的帶寬大小，運當中不包括鏈路link本身。整個網絡總的帶 寬損失為
[0120] "SandLo."'",.,..,"*= X
[0121] 則信道分配的最終目的需要達到最小化網絡帶寬損失，即目標函數為
[0122] Mimiize 公and/?從v'v,二 /WVwwZrf/ ^ BmdLass iinJcenetwof-k'
[0123] 下面W下圖8和圖9為例闡述多速率網絡中不同的信道分配策略的影響，W及本發 明定義的網絡帶寬損失對運種信道分配策略的指導意義。
[0124] 如圖8所示，分別用S種不同的線段表示S個不同的可用正交信道，其中每個節點 配置多個網卡，可W分配多個信道。圖中通過計算可得，邸1上的帶寬損失為40.8Mbps，CH3 上的帶寬損失為40.8Mbps。按照之前定義的帶寬損失，為運種信道分配方案計算出當前信 道分配造成的整個網絡的帶寬損失大小為 [01 巧]Ban 化 ossm+Ban 化 osscH2+Ban 化 OSSCH3
[0126] 則整個網絡帶寬損失為81.6Mbps。
[0127] 如下圖9所示，圖中A-D之間使用了兩個信道，E-G之間使用了一個信道。通過計算 可得，CHl上的帶寬損失為48Mbps，C肥上的帶寬損失為12Mbps。按照運種信道分配計算出來 整體網絡的帶寬損失為
[01 巧]Ban 化 ossm+Ban 化 osscH2+Ban 化 OSSCH3
[0129] 則整個網絡帶寬損失為60Mbps。
[0130] 因此不同的信道分配方案對于多速率網絡來說，其得到的網絡容量差異很大，而 定義的網絡帶寬損失能夠正確的反映出當前信道分配對網絡容量的影響，W鏈路帶寬損失 為標準，能夠盡量減小網絡容量的損失，同時采用啟發式算法從優先級較高的鏈路開始分 配信道，保證了越靠近根節點的鏈路能分配到越大的帶寬，運種分配策略很好地適應了無 線Mesh網絡的流量特點。
[0131] 信道分配具體建模為在前述系統模型、拓撲設計、鏈路分級條件下，W達到最小化 網絡中的帶寬損失為目的，因此綜合之前的約束條件得到信道的具體建模如下公式所示： |；013。 Mtmnize 技andLo樹…抽去.舶綱技e 完'公audio碼 li'ftk'G 觸work
[0133] subject to:
[0134] 化 ndL"'v.= Y,公 andL<"'. link 居打'etyvork
[01 3己] B 過打 CiLossiink = Bsndlink-Bsndinterference
[0137] Leveliink(ij) = Leve li+Levelj
[0138] (、W =、^J.vJ/eKlk"EC| 的巨li'w] k A G ?且 &，，臣五
[0139] X"''= ,、 ('!' ebe
[0140] ja")| </?(")< 欠，(：("）Q
[0141] 上述公式描述了信道分配的目標函數W及相應的約束條件，輸入節點的位置信 息，信道模型，傳輸功率，節點接口數目，可用信道集合等信息之后，可W通過拓撲建立模型 建立一個多速率無線Mesh網絡拓撲，并W鏈路分級策略對網絡中的鏈路進行分級，再W上 述信道分配模型作為鏈路信道分配的依據對網絡中的鏈路進行信道分配。
[0142] 上文通過對多速率網絡與信道分配之間的聯系與融合特性的分析，定義了 W帶寬 損失為度量的信道分配模型，在得到整體網絡的拓撲結構W及分級鏈路集合之后，W啟發 式算法的形式對網絡中的鏈路進行信道分配。
[0143] 如圖10所示，信道分配開始之前需要輸入已經得到的網絡拓撲信息，分級鏈路集 合W及網卡可用接口數和信道集合。從分級鏈路集合的第一條鏈路開始進行信道分配，如 果鏈路兩端節點均有空閑接口可W使用，則計算運條鏈路在可用信道集合中每一個信道上 的帶寬損失，從中選取帶寬損失最小的信道賦給當前的鏈路，并將該信道分配到鏈路兩端 的節點的空閑接口上，同時兩端節點的空閑接口數要減1，表明兩端節點各有一個接口已被 分配了該信道;如果鏈路兩端節點中只有一個節點存在空閑接口，而另一個節點的所有接 口均已分配了信道導致其無空閑接口，則該無空閑接口的節點上的所有信道構成一個信道 集合，鏈路在此信道集合上計算每一個信道上的帶寬損失，從中選取帶寬損失最小的信道 賦給當前鏈路，同時將該信道賦給具有空閑接口的節點，并將節點的空閑接口數減1，表明 該節點接口上被分配了該信道。W此按照分級鏈路集合中的順序，依次為網絡中的鏈路分 配信道，直至所有的鏈路都分配了信道為止，信道分配完畢。
【主權項】
1. 一種基于鏈路多速率的多射頻多信道無線Mesh網絡信道分配算法，其特征在于，包 括： 1) 建立多速率網絡拓撲結構： 計算網絡中每個節點的BNRSM值； 選出BNRSM值最大的節點作為根節點，若存在一個W上的節點其BNRSM值最大且相等， 則從中選取帶寬最大的節點作為根節點； 確定根節點的傳輸速率及其鄰居節點，并確定根節點與其鄰居節點之間的鏈路； 循環操作:任選一個鄰居節點，確定其傳輸速率及其下一級鄰居節點；并確定其與下一 級鄰居節點間的鏈路，直至網絡中所有節點的傳輸速率及其鄰居節點被確定，所有鏈路被 確定； 2) 建立分級鏈路集合： 將網絡中每個節點分級:節點等級等于該節點到根節點的最短跳數； 計算鏈路的等級:鏈路的等級為其兩端節點等級之和； 將所有鏈路按照等級由小到大順序排列，若存在等級相同的鏈路，則將傳輸速率較大 的鏈路排在前面，形成分級鏈路集合； 3) 對網絡中的鏈路進行信道分配： 從分級鏈路集合中的第一條鏈路開始依次進行信道分配： 若當前鏈路兩端節點均有空閑接口，則計算該鏈路在每一個可用信道上的帶寬損失， 從中選取帶寬損失最小的信道賦給該鏈路，并將該信道分配到該鏈路兩端節點的空閑接口 上，同時兩端節點的空閑接口數減1; 若當前鏈路兩端節點中只有一個節點存在空閑接口，另一個節點的所有接口均已被分 配信道，則計算該鏈路在上述無空閑接口的節點上的每一個信道上的帶寬損失，從中選取 帶寬損失最小的信道賦給該鏈路，并將該信道賦給上述具有空閑接口的節點，同時將該節 點的空閑接口數減1; 直至所有的鏈路都分配了信道為止。2. 根據權利要求1所述的基于鏈路多速率的多射頻多信道無線Mesh網絡信道分配算 法，其特征在于，所述節點的BNRSM值的計算方法為： 計算網絡中各節點在不同速率下對應的鄰居數； 得到節點在不同速率下的邏輯鏈路集合^扯=化;[]141,1^;[]142，1^;[]11?，1^;[]144...}，其中 Linki表示節點在速率ri時的邏輯鏈路數，也即在速率ri下的連通度大小； 計算節點在速率ri下的可用平均帶寬Bandi:其中，if表示節點的接口數，Si表示鏈路數和接口數的商，yi表示鏈路數和接口數的余 數； 定義節點在速率ri下的根選取度量為NRSMi = Li址i*Bandi; 得到節點的在各速率下的根選取度量集合NRSM= {NRSMi，NRSM2，NRSM3，NRSM4. . .}; 選擇集合中最大值即max陽RSM}作為節點的最大根選取度量BNRSM。3. 根據權利要求1所述的基于鏈路多速率的多射頻多信道無線Mesh網絡信道分配算 法，其特征在于，所述鄰居節點的選取方法為： 確定當前節點i的傳輸距離Disti; 計算出當前節點i傳輸范圍內的潛在鄰居節點集合pnbe {j |Disti,j<Disti}，Disti,j表 示節點i和j之間的距離； 若潛在鄰居節點pnb的傳輸距離存在關系0131。油〉0131：1，則該潛在鄰居節點為當前節點 的實際鄰居節點，則當前節點i的實際鄰居集合為nbe {j |Disti,j<Disti，Distj〉= Disti}。4. 根據權利要求1所述的基于鏈路多速率的多射頻多信道無線Mesh網絡信道分配算 法，其特征在于，所述鏈路帶寬損失的計算方法為： B曰 ndLoSSlink 二 B曰ndlink-B曰ndinterference其中，Ban化osslink為鏈路1 ink的帶寬損失，Bandiink為鏈路1 i址分配的傳輸速率， Bandinterference為受到其他鏈路干擾之后得到的實際帶寬大小，data為數據量大小， Bandi表示同鏈路link互相干擾的鏈路的帶寬大小。
【專利摘要】本發明公開了一種基于鏈路多速率的多射頻多信道無線Mesh網絡信道分配算法，根據網絡中節點的BNRSM值確定根節點，從而確定根節點的傳輸速率和鄰居節點；再確定上述鄰居節點的傳輸速率及其下一級鄰居節點；進而確定整個網絡中的鏈路，得到多速率網絡拓撲結構；對節點進行分級，根據節點等級計算鏈路的等級，將所有鏈路按照等級順序排列，形成分級鏈路集合；對分級鏈路集合中的鏈路按等級依次進行信道分配，選取帶寬損失最小的信道賦給當前鏈路及其端部節點的空間接口。本發明可有效緩解多速率網絡中存在的多速率共享問題，能夠充分利用信道資源增大網絡吞吐量，達到提升網絡整體傳輸性能的目的。
【IPC分類】H04W72/04, H04W72/08
【公開號】CN105554888
【申請號】CN201510916811
【發明人】張頡, 林水生, 張泰 , 王勝, 王海, 柴繼文, 梁暉輝, 余夢璐
【申請人】國網四川省電力公司電力科學研究院, 國家電網公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月10日