[發(fā)明專利]一種無線自組織網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔{(diào)節(jié)控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910076837.3
• 申請日: 2009-01-22
• 公開（公告）號: CN101790249A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮貴年;樊平毅
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H04W84/18
• 分類號: H04W84/18
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 張國良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特別涉及無限自組織網(wǎng)絡(luò)中干擾的定量處理和拓?fù)湔{(diào)節(jié)控制。

背景技術(shù)

在信息時代，通信網(wǎng)絡(luò)普及到千家萬戶，互聯(lián)網(wǎng)拉近了人與人之間的距離，有線網(wǎng)絡(luò)以其高速、可靠的優(yōu)點(diǎn)搶占了主干網(wǎng)市場。隨著人們對通信便利性要求的提高，無線通信網(wǎng)絡(luò)也得到了飛速的發(fā)展。蜂窩網(wǎng)、WLAN、無線自組織網(wǎng)等等都應(yīng)運(yùn)而生。其中，無線自組織網(wǎng)絡(luò)以其特殊性在眾多無線網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)樹一幟。

無線自組織網(wǎng)絡(luò)即MANET(Mobile?Ad?Hoc?Network)，是一種不同于傳統(tǒng)無線通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。傳統(tǒng)的無線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)需要依靠固定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如基地站的支持來進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和用戶服務(wù)控制，而無線自組織網(wǎng)絡(luò)由不需要任何基礎(chǔ)設(shè)施的一組具有動態(tài)組網(wǎng)能力的節(jié)點(diǎn)組成，如圖1所示，其不需要固定設(shè)備支持，各節(jié)點(diǎn)即用戶終端自行組網(wǎng)，通信時，由其他用戶節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。這種網(wǎng)絡(luò)形式突破了傳統(tǒng)無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的地理局限性，能夠更加快速、便捷、高效地部署，適合于一些緊急場合的通信需要，如戰(zhàn)場的單兵通信系統(tǒng)。無線自組織網(wǎng)絡(luò)因?yàn)槠湓谲娛潞蜕逃弥嗅槍W(wǎng)絡(luò)和設(shè)備移動性要求的高適應(yīng)性而引起了人們的關(guān)注，并在20世紀(jì)90年代以后受到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，得到了快速的發(fā)展。

與其他通信網(wǎng)絡(luò)相比，無線自組織網(wǎng)絡(luò)具有帶寬有限、鏈路易于調(diào)整、節(jié)點(diǎn)可移動等特點(diǎn)，由此帶來了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)性、信息傳輸?shù)奈锢戆踩允芟蕖⒃O(shè)備規(guī)模受限等問題，其局限性主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：無線自組織網(wǎng)絡(luò)中，用戶終端可以以任意速度和任意方式在網(wǎng)中移動，加上無線發(fā)送裝置發(fā)送功率的變化、無線信道間的互相干擾因素、地形等綜合因素的影響，移動終端間通過無線信道形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時可能發(fā)生變化，而且變化的方式和速度都是難以預(yù)測的，具體的體現(xiàn)就是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中代表移動終端的節(jié)點(diǎn)的增加或消失，代表無線信道的有向邊的增加和消失，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分割和合并等等。而對于常規(guī)網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則表現(xiàn)較為穩(wěn)定。

移動終端的局限性：無線自組織中，用戶終端通常以PDA、掌上型電腦或手持式電腦為主要形式。相對于臺式機(jī)而言，這些移動終端在帶來移動性、靈巧、輕便等好處的同時，其固有的特性，例如依靠電池這樣的可耗盡能源提供電源、內(nèi)存較小、CPU性能較低等，給無線自組織網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用程序設(shè)計開發(fā)帶來了一定的難度。

存在單向的無線信道：無線自組織網(wǎng)絡(luò)采用無線信道通信，由于收到地形環(huán)境或發(fā)射功率等因素的影響可能產(chǎn)生單向無線信道。這些單向信道為常規(guī)路由協(xié)議帶來三個嚴(yán)重的影響：認(rèn)知的單向性、路由單向性和匯點(diǎn)不可達(dá)。

有限的無線傳輸帶寬：無線自組織網(wǎng)絡(luò)采用無線傳輸技術(shù)作為底層通信手段，由于無線信道本身的物理特性，它所能提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對有線信道要低得多。除此之外，考慮到競爭共享無線信道產(chǎn)生的碰撞、信號衰減、噪音干擾、信道間干擾等多種因素，移動終端可得到的實(shí)際帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論上的最大帶寬值。

所有這些，使得無線自組織網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計和應(yīng)用上均面臨很大的挑戰(zhàn)，由此，拓?fù)淇刂萍夹g(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

拓?fù)淇刂萍夹g(shù)主要應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。具體的，無線自組織網(wǎng)絡(luò)可以分為兩個層次，一是網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，二是網(wǎng)絡(luò)通信。由于無線節(jié)點(diǎn)的存在并不等于已經(jīng)構(gòu)成了有用的傳輸網(wǎng)絡(luò)，所以需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行初始化，構(gòu)成真正有效的傳輸網(wǎng)絡(luò)，這正是拓?fù)淇刂频娜胧贮c(diǎn)。拓?fù)湔{(diào)節(jié)控制是通過調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率來控制每個節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍，從而在保持整個網(wǎng)絡(luò)連通質(zhì)量的前提下，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。拓?fù)湔{(diào)制控制前，所有節(jié)點(diǎn)均以最大功率進(jìn)行傳輸，既浪費(fèi)能量，又帶來了過多的鏈路，使得干擾嚴(yán)重、空間復(fù)用率低，同時也加大了后續(xù)路由算法的復(fù)雜度；而拓?fù)湔{(diào)節(jié)控制后，各節(jié)點(diǎn)以適當(dāng)功率進(jìn)行傳輸，網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路被刪除，這樣常常可以減少節(jié)點(diǎn)功耗、降低鏈路間的干擾，形成由雙向可靠通信信道組成的網(wǎng)絡(luò)，有利于對有限的無線帶寬進(jìn)行合理的分配與使用。