一种基于时分复用的虚拟多信道分配方法组成比例

本发明专利技术涉及无线Mesh网络中基于时分复用的虚拟信道分配方法，属于无线通信技术领域。本发明专利技术通过将MAS时隙再分割成子时隙并进行编号，并将每个MAS中编号相同的子时隙视为一组，称为虚拟信道。通过构建二跳节点干扰模型，引入图着色的方法，即被染上相同颜色的链路可以同时使用同一虚拟信道。通过图着色对网络中的链路进行虚拟信道分配，由于两跳或两跳以外的节点互不干扰，因此可以链路两跳以外的链路可以同时使用相同虚拟信道。与目前Mesh网络中现有资源分配问题相比，本发明专利技术充分考虑了时隙的利用率，提出了一种提高网络吞吐量的时分复用虚拟多信道分配方法。

A method of virtual multi channel allocation based on time division multiplexing

The invention relates to a virtual channel allocation method based on time division multiplexing in wireless Mesh network, which belongs to the field of wireless communication technology. The MAS time slot and then split into sub slot and number, and the number to the same gap when viewed as a group in each MAS, called virtual channel. By constructing the two hop node interference model, the method of graph coloring is introduced, that is, the same color link can be used at the same time with the same virtual channel. Through graph coloring, the virtual channel assignment is carried out on the links in the network. Because the nodes that are two hop or two hop do not interfere with each other, so the link with two hop can use the same virtual channel at the same time. Compared with the existing resource allocation problem in the Mesh network, the present invention takes full account of the utilization of time slot, and proposes a time division multiplexing Virtual Multi-channel allocation method to improve network throughput.

【技术实现步骤摘要】
一种基于时分复用的虚拟多信道分配方法
本专利技术涉及无线Mesh网络技术，尤其涉及一种无线Mesh网络中基于时分复用的虚拟多信道分配方法。
技术介绍
无线Mesh网络是多跳的自组织网络，为了维护网络中的各个节点的通信，确保网络资源分配的公平性，那么必须合理的分配信道资源。合理分配调度资源不仅有利于提高网络的吞吐量，也有利于网络中各个节点的各个数据流任务保持通信畅通，保证节点数据的公平性。如果单一的分配给某一链路，可能会导致信道资源的浪费，也可能导致其他链路分配不到信道资源而被“饿死”。在单信道的无线Mesh网络中，用户使用单一的信道进行数据传输，如果信道分配不得当，那么不同链路之间的通信可能会引起干扰，从而影响网络的容量，一种直接有效的方法就是在网络引用多个信道。而在不改变物理层结构的前提条件下，要引入多个信道，这是矛盾的。在这以前提之下，ECMA-368文献提出了两种方式，一种基于PCA的竞争方式，一种是基于DRP的预约模式，PCA基于竞争的，如果某一链路的优先级过高，就会导致资源分配的公平性问题，低优先级的任务会被饿死；基于DRP的预约模式性能比较好，根据香农定理，其网络容量只能无限趋近于信道容量C。Krishna和Eunsook等的文献提出的提高网络容量的方法便是使用多个信道，Wen-Hwa等的文献提出网络间节点可以同时使用多个正交信道，以减少邻域之间的干扰，这些信道可以在邻域同时使用而不会造成干扰，比如使用OFDM调制技术。本专利技术基于单信道的MAC协议，使用时分复用的方式来进行信道划分。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种基于时分复用的虚拟多信道分配方法，大大的提高时隙复用率，进而提高了网络的吞吐量。技术方案：本专利技术所述的基于时分复用的虚拟多信道分配方法包括：(1)将信道划分为多个虚拟信道；(2)建立基于最大激活链路的网络最优信道分配问题的目标优化函数为：s.t.(xih+xjh)yij＝2，i∈μ，j∈Adj(i)，h∈β且j∈Adj(i),i∈Adj(j),h∈βyij∈{0，1}，i，j＝1，2...N式中，X＝(X1,X2,...,XN)T，Xi＝(xi1,xi2,...xih,...xiM)，xih＝1表示网络中节点i被分配到虚拟信道h，xih＝0表示节点i没有分配到虚拟信道h；μ＝(1,2,...,N)表示网络中节点集合；β＝(1,2,...,M)表示节点可用的虚拟信道集合，M表示可用的虚拟信道数目；Y＝(yij)N×N，yij表示节点i与节点j之间的链路情况，yij＝1时表示节点i与节点j存在链路，否则表示不存在；形如Adj(·)表示节点·的邻节点域；形如Rо＝(rо1，rо2,...,rоN)表示节点о与其他节点的关系，形如rо·＝1时表示节点о与节点·相邻，否则表示不相邻；Lij＝(l1,l2,...lN)表示节点i与节点j之间的激活链路占用节点情况，其中，元素li＝1,lj＝1，其余元素值都为0；cih＝0时表示节点i未占用虚拟信道h，cih＝1时表示节点i占用虚拟信道h，cih＝2时表示节点i可占用虚拟信道h，但是暂时没有占用，待分配；(3)将矩阵X置0，矩阵Y置0，矩阵CH置0，节点干扰域向量初值A0置0，l＝0；(4)在网络中选择一未分配节点i，并且在节点i的邻节点域中一未分配节点j，确定链路占用向量Lij，再从β中选择一未分配虚拟信道h占用，同时根据节点和信道的分配情况更新矩阵X，Y，CH；(5)计算干扰节点域向量Al+1＝Ri+Rj+Al；其中，Al表示第l次的节点干扰域向量；(6)在Al+1以外选择一个节点i′，若Al+1外还存在另一个邻接点j′，则确定链路占用向量Li′j′，并选择虚拟信道h占用，同时根据节点和信道的分配情况更新矩阵X，Y，CH，并执行步骤(7)；若不存在另一个邻接点j′，执行步骤(8)；(7)将i＝i′，j＝j′，判断Al+1向量是否不全为1，若是，将l＝l+1,返回执行步骤(5)，若全为1，执行步骤(8)；(8)判断虚拟信道是否都占用完毕，若否，则返回步骤(4)；若是，信道分配完毕，获取此时的矩阵X。其中，步骤(1)具体包括：将超帧细分为多个，其中一份为一个虚拟信道，从而将信道划分为了多个虚拟信道。进一步的，该方法适用于单信道接入方式的Mesh网。每个节点都以平等的身份连接到网络，且都具有独立处理控制信息和数据信息的能力。步骤(4)和(6)中在节点选择好虚拟信道以后，需要向周围的节点公布自己的信道占用情况，以免邻节点在不知情的情况下占用相同信道造成干扰。有益效果：本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：本专利技术主要对单信道频谱资源的分配问题进行研究。为了资源更加合理的分配，通过时分复用的方法，对时隙进行再分割，以此形成多个分割的虚拟信道。本章重心就是对这些虚拟的信道进行分配使用，使之在满足链路传输要求的基础上，对各个虚拟信道进行最大程度的复用，从而使网络的链路条数尽量达到最多，即使得网络的吞吐量尽量增大。本专利技术所提出的虚拟多信道分配算法(VMCAA)，不同于Krishna和Eunsook等的文献增加频谱宽度使用多个信道，本专利技术所提出的基于时分复用的虚拟多信道是对单一信道的时隙进行再划分成若干子时隙进行编号，各个时隙中的子时隙编号i一致者划归一组，称为虚拟信道i。也不同于ECMA-368协议中DRP通过预约分配资源的方法，VMCAA大大的提高时隙复用率，进而提高了网络的吞吐量。附图说明图1是本专利技术虚拟信道划分示意图。具体实施方式1、技术问题分析本专利技术应用于单信道的无线Mesh网络中。需要的设备支持：网络中具有若干个带有天线Mesh客户端，每个Mesh客户端都以平等的身份连接到网络，且都具有独立处理控制信息和数据信息的能力。首先将信道划分成虚拟多信道，划分的方法可以参照图1，一个超帧的MAS再细分成多份，虚拟信道之间的时差很小，那么可以认为两者是相互独立的信道，单信道就可以这样划分成多信道了。那么资源分配的方法可以转换成信道分配的方法。采用N×N的网络拓扑模型，μ为节点的集合，而ε为节点与节点之间的链路的集合。M表示信道数目，β＝(1,2,...,M)表示节点可用的信道集合。由于本专利技术使用时分复用的虚拟信道方法，信道接口不做考虑。框架的输入包含两个参数：一个是拓扑结构，一个是信道可用数目。框架的目标以激活最大链路数和最大网络吞吐量为目标，对信道分配进行优化，不考虑信道的误码等各种干扰因素。那么方案的限制在于：同一信道的干扰，节点的可用信道数。已知条件为：●根据网络拓扑结构得到临节点矩阵R＝(R1,R2,...,RN)T＝(rij)N×N,0≤rij≤1；●节点的可用信道数目M；●节点i的邻节点域Adj(i)；●节点i和节点j(j∈Adj(i))之间的激活链路占用节点的情况用Lij表示，Lij＝(l1,l2,...lN),li＝1,lj＝1,lk＝0,k∈μ且k≠i,j●节点信道分配的矩阵X＝(X1,X2,...,XN)T＝(xih)N×M,0≤xih≤1；那么信道分配问题各个部分的含义如下：从网络拓扑结构得到N节点网络的邻接矩阵R，拓扑图的邻节点矩阵定义为R＝(R1,R2,...,RN)T＝(rij)N×N,0≤ri本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时分复用的虚拟多信道分配方法，其特征在于该方法包括：(1)将信道划分为多个虚拟信道；(2)建立基于最大激活链路的网络最优信道分配问题的目标优化函数为：

【技术特征摘要】
1.一种基于时分复用的虚拟多信道分配方法，其特征在于该方法包括：(1)将信道划分为多个虚拟信道；(2)建立基于最大激活链路的网络最优信道分配问题的目标优化函数为：s.t.(xih+xjh)yij＝2,i∈μ,j∈Adj(i),h∈βyij∈{0,1},i,j＝1,2...N式中，X＝(X1,X2,...,XN)T，Xi＝(xi1,xi2,...xih,...xiM)，xih＝1表示网络中节点i被分配到虚拟信道h，xih＝0表示节点i没有分配到虚拟信道h；μ＝(1,2,...,N)表示网络中节点集合；β＝(1,2,...,M)表示节点可用的虚拟信道集合，M表示可用的虚拟信道数目；Y＝(yij)N×N，yij表示节点i与节点j之间的链路情况，yij＝1时表示节点i与节点j存在链路，否则表示不存在；形如Adj(·)表示节点·的邻节点域；形如表示节点与其他节点的关系，形如时表示节点与节点·相邻，否则表示不相邻；Lij＝(l1,l2,...lN)表示节点i与节点j之间的激活链路占用节点情况，其中，元素li＝1,lj＝1，其余元素值都为0；cih＝0时表示节点i未占用虚拟信道h，cih＝1时表示节点i占用虚拟信道h，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋良成，吴雪蕉，陈明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32