[發明專利]一種無線網狀網中的聯合協作路由與信道分配方法

有效

• 申請號: 201510069482.0
• 申請日: 2015-02-10
• 公開（公告）號: CN104684045B
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 張大方;喬宏;謝鯤;何施茗;張繼
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H04W40/24
• 分類號: H04W40/24;H04W72/04
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強;王娟

本發明公開了一種無線網狀網中的聯合協作路由與信道分配方法，包括以下步驟：根據網絡結點的廣播信息，獲取整個網絡的原始拓撲結構和鏈路狀態信息；根據協作模塊虛擬化的方法構建基于虛擬結點和虛擬鏈路的新的網絡拓撲結構。新的網絡拓撲圖建立多并發流下無線網狀網中各條業務流滿意度之和的目標函數模型，初步確定業務流的協作傳輸路徑和傳輸路徑上鏈路的工作信道；對結果進行局部的信道調整，使得所有的結點分配到的信道數量都不超過其配置的射頻數量，并為業務流確定最終的協作路由和信道分配方案。本發明的方法在充分利用協作通信帶來的空間分集增益的同時，能有效降低同信道干擾，達到最大化網路整體吞吐量的目的。

技術領域

本發明涉及無線網絡中協作路由和信道分配技術，特別是指在多并發流無線網狀網中的聯合協作路由和信道分配方法。

背景技術

無線網狀網是一種動態自組織的多跳網絡，它能夠在城市環境中為用戶提供廉價的高帶寬網絡服務。但由于密集的樓宇和復雜的建筑結構使得無線網狀網面臨嚴重的多徑衰減效應，極大影響了無線信號的傳輸質量。協作通信技術作為一種克服信道衰落，提高無線傳輸容量和降低傳輸能耗的有效方法，近年來得到越來越多地關注，將其與無線網狀網融合成為未來無線網絡發展的一種趨勢。

協作通信技術通過將多用戶環境下的單天線用戶組成虛擬的MIMO系統來取得空間分集增益。協作路由則是將物理層協作通信技術和網絡層路由選擇結合起來的跨層路由方案，它通過選擇合適的協作中繼結點參與路由中的某一跳或某幾跳傳輸，提高無線傳輸的容量或降低傳輸的能耗，為無線用戶提供更好的網絡服務。

舉例說明協作通信的基本思想：協作通信的本質是發射端將同一信息的多個復本通過不同的路徑發送給接收端來獲取分集增益。圖1顯示了經典的三點協作傳輸模型，S，R和D分別表示發送結點，中繼協作結點和接收結點。S在向D發送信號過程中，R會監聽到同樣的信號，然后R也會將發送給D，最終，D會將來自S和R的兩路信號按照最大比率組合的方式合成一束更強的信號。因此，協作通信在發送功率固定的情況下，可以帶來更高的鏈路傳輸速率。協作通信有多種實現方式，其中，相比其它協作通信實現方式，AF-RAKE可以在提升鏈路傳輸容量同時最小化同信道干擾，因此，本發明也采用基于AF-RAKE的協作傳輸模式。此外，由于協作中繼結點的參與，協作通信除了能提高無線傳輸速率以外，還會增加傳輸的干擾范圍。在直接傳輸中，只有源結點S和目的結點D參與傳輸，整個傳輸的干擾范圍是S和D的干擾范圍的并集，如圖2(a)。而在協作傳輸中，整個傳輸的干擾范圍是S，R和D三個結點的干擾范圍的并集，如圖2(b)。因此，在相同的網絡環境中，相較于直接傳輸，協作傳輸的干擾范圍會有所擴大。

相對于傳統路由，協作路由在增強無線網絡性能方面具有諸多優勢，但是，無線傳輸的同信道干擾引起的傳輸沖突會造成數據的丟失和重傳，嚴重制約了協作路由對多跳無線網狀網吞吐量的提高。而多射頻多信道技術可以降低同信道干擾，將其與協作通信技術相結合，可以在充分利用協作通信帶來的分集增益同時，降低無線傳輸的同信道干擾，提升網絡整體吞吐量。此外，隨著無線網卡成本的降低和對高網絡帶寬的需求，配置多射頻路由結點的無線網狀網開始被大量部署，因此，研究多射頻多信道下的協作路由對于提高無線網狀網中的吞吐量具有重要理論意義和應用價值。

在多射頻無線網狀網中，協作路由和信道分配策略的選擇決定了網絡的性能。現有的協作路由方法沒有考慮結點射頻和信道數量限制下的信道分配問題，無法充分利用多射頻多信道的優勢，而已有的信道分配方法主要是針對直接傳輸網絡，沒有考慮協作傳輸的特性，無法直接擴展到協作傳輸網絡。因此，如何在兩者之中取得一個平衡是將協作通信技術應用到無線網狀網中需要解決的重要問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種無線網狀網中的聯合協作路由與信道分配方法，通過為每條業務流確定最優的協作路由和信道分配方案來最大化網絡整體吞吐量。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種無線網狀網中的聯合協作路由與信道分配方法，包括以下步驟：