[發(fā)明專利]基于流量感知的動(dòng)態(tài)組網(wǎng)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310732983.3
• 申請(qǐng)日: 2013-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN104754589B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾鵬;于海斌;李棟;王照偉;劉金娣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): H04W16/18
• 分類號(hào): H04W16/18;H04W28/08
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司21002
• 代理人: 周秀梅,許宗富

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于流量感知的動(dòng)態(tài)組網(wǎng)方法。

背景技術(shù)

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種新型的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是一種高容量、高速率的分布式無線網(wǎng)絡(luò)。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)具有骨干路由節(jié)點(diǎn)靜止和其能量無拘束等特征使其在擴(kuò)增無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，支持多頻段無線設(shè)備等方面有很大的優(yōu)勢(shì)。另外，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種實(shí)現(xiàn)工業(yè)回程網(wǎng)的高效解決方案。

近年來，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對(duì)無線網(wǎng)狀網(wǎng)（WMN）都產(chǎn)生了極大的興趣。工業(yè)關(guān)注主要是由于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種成本效益高的、可實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋的組網(wǎng)方式。研究人員則是被無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的配置和管理等挑戰(zhàn)性問題所吸引。共同關(guān)注的技術(shù)問題是無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)問題。

隨著客戶端對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求逐漸提高，同時(shí)也為減少信道沖突，多射頻多信道無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的路由節(jié)點(diǎn)裝有多個(gè)射頻接口且采用不同的信道通信，多射頻多信道技術(shù)可允許單個(gè)路由器同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，彌補(bǔ)單射頻單信道網(wǎng)絡(luò)端到端時(shí)延大，網(wǎng)絡(luò)吞吐量小等不足。但是，網(wǎng)絡(luò)可用信道數(shù)目有限，特別是互不相交疊的可用信道數(shù)目很少，相鄰接入點(diǎn)之間不可避免使用同一信道，為緩減接入點(diǎn)之間的競(jìng)爭(zhēng)干擾水平，須對(duì)密集的接入點(diǎn)合理地分配這些信道。

多射頻多信道無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)涉及較多問題，包括信道分配、路由分配、速率控制、擁塞控制等。傳統(tǒng)的方法只針對(duì)了單一問題或只考慮單一條件，未能進(jìn)行全面的考慮。同時(shí)當(dāng)前的信道分配機(jī)制在進(jìn)行信道重新分配過程中，不考慮當(dāng)前的信道分配狀況，進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)完全不同的信道分配結(jié)果，造成大量的信道切換，使網(wǎng)絡(luò)暫時(shí)中斷，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐量降低。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中流量動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，考慮當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信道狀況，本發(fā)明提出了一種基于流量感知的自組網(wǎng)方法。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種基于流量感知的動(dòng)態(tài)組網(wǎng)方法，包括以下步驟：

構(gòu)建工業(yè)無線mesh回程網(wǎng)絡(luò)；

根據(jù)干擾的物理模型信噪比SNR建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DG(V,E)；

定義全局效用函數(shù)；

根據(jù)給定的可用信道組C、鏈路容量組{c(e)}e∈E、流量組{f(e)}e∈E以及全局效用閾值λ₀，為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DG(V,E)中的鏈路手動(dòng)分配信道c及速率r_m，由管理器節(jié)點(diǎn)周期性計(jì)算當(dāng)前全局效用函數(shù)，當(dāng)前全局效用函數(shù)滿足條件T_u＞λ₀時(shí)，觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)過程，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重組。

所述工業(yè)無線mesh回程網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)包括：mesh路由器，mesh網(wǎng)關(guān)，mesh接入點(diǎn)，以及管理器；其中mesh路由器負(fù)責(zé)回程網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，mesh網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)回程網(wǎng)和骨干網(wǎng)之間的連接，mesh接入點(diǎn)負(fù)責(zé)回程網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的連接，而管理器則負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理，包括組網(wǎng)過程。

所述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DG(V,E)中，V為鏈路端口集合，E為方向鏈路集合；定義接收端口r收到發(fā)送端口s的信號(hào)時(shí)的信噪比SNR為：

式中，P_s為端口s的發(fā)送功率，n_r為端口r處的干擾；

給定信噪比閾值γ_r，端口s、r建立s→r方向鏈路需滿足：

SNR_sr≥γ_r（2）

所述全局效用函數(shù)為：

式中，c(e₀)為節(jié)點(diǎn)各鏈路容量上限，f(e₀)為鏈路實(shí)際流量，e₀為鏈路，E為方向鏈路集合。

所述網(wǎng)絡(luò)重組包括以下步驟：

管理器計(jì)算當(dāng)前全局效用函數(shù)T_u，判斷當(dāng)前全局效用函數(shù)值是否滿足條件T_u≤λ₀；

若滿足，則等待下一個(gè)重組周期的到來；否則，將當(dāng)前所有鏈路插入優(yōu)先隊(duì)列Q；

當(dāng)優(yōu)先隊(duì)列Q非空時(shí)，啟動(dòng)信道和速率分配過程為鏈路分配合適的信道和速率；依次調(diào)用信道設(shè)置過程，為當(dāng)前鏈路的兩個(gè)端口設(shè)置相應(yīng)的信道；繼續(xù)為鏈路中斷隊(duì)列Q_p中的鏈路分配信道和速率；若優(yōu)先隊(duì)列Q為空，則網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)過程結(jié)束。

所述鏈路的優(yōu)先級(jí)根據(jù)鏈路的流量與容量比值p來確定，p的值越大優(yōu)先級(jí)越高，優(yōu)先級(jí)高的鏈路最先進(jìn)行信道和速率分配。

所述信道和速率的分配過程分為兩個(gè)階段，首先調(diào)用最小中斷信道分配過程為當(dāng)前鏈路分配合適的信道，然后調(diào)用速率分配過程為當(dāng)前鏈路分配合適的速率。