[发明专利]一种降低干扰的无线Mesh网络信道分配与路由联合优化系统与方法

摘要

本发明公开了一种降低干扰的无线Mesh网络信道分配与路由联合优化系统与方法，它包括信道分配步骤和路由寻路步骤（1）计算最短跳数并分层；（2）计算邻居数与节点负载；（3）根据干扰权重按照启发式信道分配方法进行信道分配；（4）中间节点接收路径请求消息，计算上一跳MCDI并进行累加，计算MCDI的时候考虑流内和流间干扰；（5）将得到的值与路由表中存储的值进行比较，对MCDI值最小的路径请求消息进行回复并建立路径。本发明提出一种基于链路负载权重的静态信道分配方法，达到最小化网络中链路之间的干扰的目的，再在路由选择中充分考虑流内干扰和流间干扰因素，得到最优路径，提高网络中的吞吐量，减小延时。

主权项

一种降低干扰的无线Mesh网络信道分配与路由联合优化方法，应用于降低干扰的无线Mesh网络信道分配与路由联合优化系统，该系统包括链路信息计算模块、信道分配模块和路由寻路模块，所述的链路信息计算模块用于对输入的初始信息进行计算，链路信息计算模块的输出与信道分配模块连接，信道分配模块的输出与路由寻路模块连接，路由寻路模块输出信道分配结果和源目最优路径，其特征在于：该方法包括链路信息计算步骤、信道分配步骤和路由寻路步骤，所述的链路信息计算步骤包括以下子步骤：S11：输入每个节点的可用网卡数K(u)、网关节点、节点信息、可用信道数集合C(u)和物理拓扑G(V，E)；S12：采用Dijkstra算法来计算每一个节点到网关节点的最短跳数，并以最短跳数为每一个节点分级，网关节点的级数最高为第一级，网关节点的一跳邻居为第二级，依次往下分，直到所有的节点都被分了层级PLi,标记为PLi＝1、2……n，其中PLi＝1表示路由节点i为网关点，PLi＝n表示路由节点i为距离网关最远节点；S13：同时每个节点计算自己周围的邻居数NBi，那么可以通过层级PLi和邻居数NBi这两个参数得到每一个节点的节点负载邻居数同时计算出网络的链路负载权重即链路eij两端节点负载之和,表示为：weij=NBiPLi+NBjPLj;]]>所述的信道分配步骤包括以下子步骤：S21：将链路负载按照大小顺序排列，然后按照启发式信道分配方法从链路负载权重最大处开始进行信道分配，其中每条链路在分配信道时需要计算一个干扰权重CID，干扰权重CID为在干扰范围内使用相同信道的其他链路的链路负载权重之和，表示为：CID=12Σeij,euv∈E,eij≠euv[I(eijeuv)(weij+weuv)],]]>式中，I(eijeuv)表示链路eij和链路euv存在干扰，当且仅当两条链路在干扰范围内，互为潜在干扰链路，并且都分配了相同链路，表示为：链路两个节点为i和j的链路L按照以下子步骤来分配信道：S211：如果K(i)≠Φ且节点K(j)≠Φ，则为链路L分配信道c，c∈{c|c＝C(i)∩C(j)}，如果c不唯一，则选择集合c中干扰权重CID最小的信道；S212：如果K(i)≠Φ，但是K(j)＝Φ，则在节点j已经分配了的信道中选择干扰权重CID最小的信道c分配给节点i，即为链路L分配信道c；S213：如果K(j)≠Φ，但是K(i)＝Φ，则在节点i已经分配了的信道中选择干扰权重CID最小的信道c分配给节点j，即为链路L分配信道c；式中，Φ为空集，K(j)＝Φ表示为节点j没有可用网卡；S22：信道分配完毕；所述的路由寻路步骤包括以下子步骤：S31：当源节点需要发送数据的时候，源节点广播路径请求消息PREQ开始寻路过程；S32：中间节点接收到路径请求消息PREQ之后，计算当前节点上一跳的信道多样性指数度量MCDI并累加路径请求消息PREQ中的MCDI，将得到的值与路由表中存储的MCDI值进行比较，如果较小，则保存该值并更新路径请求消息PREQ中的MCDI，继续转发路径请求消息PREQ；如果较大，则丢弃此路径请求消息PREQ，所述的MCDI表示为：MCDI(p)=Σnodei∈p(αCDPi×ETTi+βEWTi),]]>式中，MCDI(p)表示路径p上的信道多样性指数度量，i为路径p中任意节点，α和β为权重因子，用于平衡流内干扰和流间干扰在整个MCDI中所占权重，CDPi为信道多样性感知参数，ETTi为当前链路的期望传输时间，EWTi为当前链路的期望等待时间，CDPi可表示为：CDPi=ni,hopnch,]]>式中，ni,hop表示节点i在路径p上的跳数，如果节点i到源节点的跳数超过3，则该值为3，如果不足3，则该值为到源节点的跳数；nch表示节点i与对应前三跳节点间形成的三跳链路使用不同信道的个数，如果节点i与对应前三跳节点间形成的三跳链路使用不同信道的个数超过3，则该值为3，如果小于3，则该值为不同信道个数；ETTi和EWTi的关系可表示为：EWTi=Σeab∈I(epre(i)i)ETTeab,]]>式中，epre(i)表示节点i与上一跳节点之间的链路，I(epre(i)i)表示对链路产生干扰的所有链路的集合；S33：当目的节点收到多个路径请求消息PREQ的时候，计算所有上一跳的MCDI并累加路径请求消息PREQ中的MCDI，对MCDI值最小的PREQ进行路径回复信息PREP的回复，建立起路径上MCDI值最小的路径；S34：路径选择结束，开始数据传输。