基于优化博弈算法的无线Mesh网络信道分配方法组成比例

本发明专利技术提出了一种基于优化博弈算法的无线Mesh网络信道分配方法，用于解决现有基于博弈算法的无线Mesh网络信道分配方法中节点资源分配公平性差的问题，实现步骤为：设置无线Mesh网络中的任意节点i的权重因子为w

【技术实现步骤摘要】
基于优化博弈算法的无线Mesh网络信道分配方法
本专利技术属于通信
，涉及一种无线Mesh网络信道分配方法，具体涉及一种基于优化博弈算法的无线Mesh网络信道分配方法，可用于无线Mesh网络，保证网络中各个节点资源分配的公平性。
技术介绍
在无线局域网中，网络中的客户端需要通过一条和AP(AccessPoint)相连的无线链路来访问网络，用户如果要进行相互通信的话，必须首先访问一个固定的接入点(AP)，这样的网络结构叫做单跳网络。在无线局域网中的另一种网络—无线Mesh网络，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以和网络中的一个或多个进行直接通信，这样的访问方式叫做多跳，无线Mesh网络就是一种多跳网络。无线Mesh网络中的信道分配又是研究中的重要内容。博弈论可以看作是分析和预测利益相互矛盾的个体之间的行为的一种数学工具，即研究当多个参与者之间存在利害关系的情况下，各参与者应该如何解析各方面的局势，权衡轻重，以及采取怎样的措施来获得对自己最有利的结果。而无线Mesh网络部署速度快，网络稳定，具有多跳和自组织等特点，可以将每个Mesh节点看作是一个自主的个体，即博弈者。无线Mesh网络的信道分配方式按照无线Mesh网络中控制由一个中心或者各个节点信道分配的方式可以分为分布式和集中式信道分配方法。而基于博弈论的信道分配算法是集中式信道分配方法的一种，例如申请公布号为CN105898871A、名称为“一种多跳多频点无线Mesh网的资源分配方法”的专利申请中，提出了一种多跳多频点无线Mesh网的资源分配方法，该方法将所有频点上信道资源划分为时频资源块；计算每个节点在每个时频资源块上的所受到的干扰大小；对参与业务流的节点，根据业务的QoS要求设置约束条件，并根据约束条件选择节点自己的资源分配策略进行重复博弈；当重复博弈终止条件满足时停止重复博弈；若重复博弈所得的节点资源分配方案能够提高网络吞吐量，则更新总的资源分配方案并广播，若不能，则资源分配失败；各个节点在接收到携带有新的分配方案信息的广播帧后，依据新的资源分配方案进行业务传输。这种信道分配算法可以提高网络的吞吐量，增强网络的性能，但是在考虑网络中的每个节点的资源需求时，不能够进行公平性分配，不能够满足各个节点的资源需求；论文为“一种基于博弈论的无线Mesh网信道分配方法”中，提出一种基于博弈论的信道分配(GBCA)算法，该算法将无线Mesh网络中各节点信道分配过程看作一个博弈过程，信道分配策略作为节点的选择策略，信噪比作为博弈的效用函数，该算法可以提升网络的吞吐量，但是在考虑节点资源分配时，不能够是每个节点的资源按需分配，信道分配的公平性比较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于优化博弈算法的无线Mesh网络信道分配方法，用于解决现有基于博弈算法的无线Mesh网络信道分配方法中节点资源分配公平性差的技术问题。本专利技术的技术思路是，将博弈论融合在无线Mesh网的信道分配问题中，根据计算出来的权重因子对信道资源分配进行优化，使得网络中节点的资源分配能够做到按需分配，达到一种节点资源分配公平性的目的。根据上述技术思路，实现本专利技术目的采取的技术方案，包括如下步骤：(1)设置无线Mesh网络中的任意节点i的权重因子为wi,r(c)，发送接口为Psend和接收接口为Preceive，其中，c是任意节点i的信道，r是博弈次数；(2)计算无线Mesh网络中任意节点i的相邻两跳节点的数目；(2a)网络中每一个节点向其相邻节点发送Hello信号，并将相邻节点反馈的信号存储在该节点的链表中；(2b)统计网络中任意节点i相邻节点的链表集合，并从该链表集合中将与任意节点i的链表中重复的节点去除，得到新的链表集合；(2c)计算新的链表集合中的节点个数，得到任意节点i的相邻两跳节点的数目；(3)判断任意节点i是否为首次分配：任意节点i的任一相邻节点向该任意节点i广播一个信号，根据任意节点i是否做出回应判断该任意节点i是否为首次分配，若是，令任意节点i的权重因子wi,r(c)＝1，并计算概率Pc(i)＝wi,r(c)，执行步骤(6)，否则，执行步骤(4)；(4)对权重因子wi,r'(c)进行优化：(4a)判断任意节点i的信道c是否被非通信节点占用：任意节点i向其相邻节点发送Hello信号，若任意节点i未收到相邻节点的回应，则信道c被非通信节点占用，执行步骤(4b)，否则，计算任意节点i的概率Pc(i)＝wi,r(c)，并执行步骤(6)；(4b)计算任意节点i上的带宽损耗Bc(i)：其中，Tc,o(i)是信道c相邻可造成干扰信道被占用时对信道c的干扰的时间，Tc,f(i)是信道c相邻可造成干扰信道未被占用空闲时的时间；(4c)利用任意节点i上的带宽损耗Bc(i)，计算损耗指数因子σc(i,S-i)：其中，Ni为任意节点i在其干扰范围内的节点的个数，fi指的是任意节点i在它的干扰范围内其他节点的干扰集合，S-i表示的意思是说除了任意节点i之外所有其他节点的一个选择策略；(4d)利用任意节点i上的损耗指数因子σc(i,S-i)，更新权限wi,r'(c)，任意节点i前一轮的博弈权重wi,r'(c)和后一轮的博弈权重wi,r+1'(c)的关系：其中，σc(i,S-i)指的是损耗指数因子，ε为权重优化因子(ε∈[0,1])，ε主要指权重改变大小的程度；(4e)重复执行步骤(4a)～步骤(4d)，进行优化重复博弈，得到优化后的权重因子wi,r'(c)；(5)利用优化后的权重因子wi,r'(c)，计算任意节点i分配信道c的概率Pc(i)，其中，N为博弈的总次数；(6)根据任意节点i分配信道c的概率Pc(i)，将任意节点i的接收接口Preceive切换到信道c上，实现无线Mesh网络的信道分配。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术根据任意节点i的概率Pi(c)将任意节点i切换到信道c上实现无线Mesh网络的信道分配，在计算概率Pi(c)时，得到权重因子wi,r(c)和重复博弈后优化的权重因子wi,r'(c)，在优化wi,r'(c)的过程中，使得概率Pi(c)和权重wi,r'(c)成对应关系，根据信道分配的公平性表达式，避免了现有基于博弈算法的无线Mesh网络信道分配方法中因权重因子固定不变导致的资源分配公平性差的缺陷，进而增加了网络的吞吐量和降低了网络的传输时延。附图说明图1是本专利技术的的实现流程图；图2是本专利技术和现有技术的的信道分配公平性仿真对比图；图3是本专利技术和现有技术的网络吞吐量随节点数目变化的仿真对比图；图4是本专利技术和现有技术的网络传输时延随结点数变化的仿真对比图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步的描述。参照图1，本专利技术包括如下步骤：步骤1，设置无线Mesh网络中的任意节点i的权重因子为wi,r(c)，发送接口为Psend和接收接口为Preceive，其中，c是任意节点i的信道，r是博弈次数；步骤2，计算无线Mesh网络中任意节点i的相邻两跳节点的数目；(2a)网络中每一个节点向其相邻节点发送Hello信号，并将相邻节点反馈的信号存储在该节点的链表中，存储的过程是一个单链本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于优化博弈算法的无线Mesh网络信道分配方法，其特征在于包括如下步骤：(1)设置无线Mesh网络中的任意节点i的权重因子为w

【技术特征摘要】
1.一种基于优化博弈算法的无线Mesh网络信道分配方法，其特征在于包括如下步骤：(1)设置无线Mesh网络中的任意节点i的权重因子为wi,r(c)，发送接口为Psend和接收接口为Preceive，其中，c是任意节点i的信道，r是博弈次数；(2)计算无线Mesh网络中任意节点i的相邻两跳节点的数目；(2a)网络中每一个节点向其相邻节点发送Hello信号，并将相邻节点反馈的信号存储在该节点的链表中；(2b)统计网络中任意节点i相邻节点的链表集合，并从该链表集合中将与任意节点i的链表中重复的节点去除，得到新的链表集合；(2c)计算新的链表集合中的节点个数，得到任意节点i的相邻两跳节点的数目；(3)判断任意节点i是否为首次分配：任意节点i的任一相邻节点向该任意节点i广播一个信号，根据任意节点i是否做出回应判断该任意节点i是否为首次分配，若是，令任意节点i的权重因子wi,r(c)＝1，并计算概率Pc(i)＝wi,r(c)，执行步骤(6)，否则，执行步骤(4)；(4)对权重因子wi,r'(c)进行优化：(4a)判断任意节点i的信道c是否被非通信节点占用：任意节点i向其相邻节点发送Hello信号，若任意节点i未收到相邻节点的回应，则信道c被非通信节点占用，执行步骤(4b)，否则，计算任意节点i的概率Pc(i)＝wi,r(c)，并执行步骤(6)；(4b)计算任意节点i上的带宽损耗Bc(i)：其中，Tc,o(i)是信道c相邻可造成干扰信道被占用时对信道c的干扰的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海林，赵永磊，卢小峰，李凯，杨二周，韩丛端，许源，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61