联合功率控制的无线Mesh网络部分重叠信道分配方法组成比例

一种联合功率控制的无线Mesh网络部分重叠信道分配方法，包括以下步骤：1)根据网络负载确定需要分配的链路集合，使用链路的负载和潜在干扰确定链路的分配次序，为负载重和潜在干扰大的链路分配较高优先级；2)根据链路等级建立信干噪比(Signal to interference plus noise ratio，SINR)矩阵；3)依据链路等级的降序排列，计算链路使用不同信道时所有链路的SINR，将结果更新到SINR矩阵中；4)计算链路使用不同信道时全网的SINR，选择全网SINR最大的信道分配给链路；5)更新SINR矩阵6)调整节点发射功率，优化信道分配结果。本发明专利技术提供的联合功率控制的无线Mesh网络部分重叠信道分配方法可以有效的降低链路间干扰，提升网络性能。

Partially Overlapped Channel Allocation Method for Joint Power Control Wireless Mesh Networks

A partially overlapping channel allocation method for joint power control wireless Mesh networks includes the following steps: 1) determining the set of links to be allocated according to network load, determining the order of links allocation using link load and potential interference, assigning higher priority to links with heavy load and potential interference; 2) establishing signal to interference PL according to link level. US noise ratio (SINR) matrix; (3) According to the descending order of link rank, calculate the SINR of all links when links use different channels, and update the results to SINR matrix; (4) calculate the SINR of the whole network when links use different channels, and select the channel with the largest SINR of the whole network to allocate to the link; (5) update the SINR matrix 6) adjust the transmission power of nodes and optimize the channel allocation results. The method of partially overlapping channel allocation for wireless Mesh network with joint power control provided by the invention can effectively reduce inter-link interference and improve network performance.

【技术实现步骤摘要】
联合功率控制的无线Mesh网络部分重叠信道分配方法
本专利技术属于移动通信Mesh网络

技术介绍
无线Mesh网络(WirelessMeshNetworks,WMN)具有动态自组织和自配置的能力，网络中的节点可以动态建立网络连接，确保网络连通性，是无线网络的关键技术之一。上述特征使得WMN具有低成本、易维护、高鲁棒性、易扩展等优势。WMN已经逐渐成为“最后一公里”接入问题的理想解决方案。WMN面临的主要挑战是由干扰而造成的网络容量下降问题，合理的信道分配策略可以有效降低网络干扰，提高网络性能。但由于信道数目的有限性，信道资源的分配与管理是WMN研究中的关键问题。当WMN物理层/MAC层使用IEEE802.11b/g标准传输数据时，可用的正交信道只有3条，正交信道分配算法为多条链路分配相同的信道，带来了同信道干扰，进而影响网络性能，因此仅利用正交信道很难设计出一种有效的信道分配方案。部分重叠信道是在频域内相互重叠的信道，虽然部分重叠信道会带来邻信道干扰，但研究表明，合理的部分重叠信道分配算法可以有效的降低网络干扰，增加网络中的并行流数目，提高频谱利用率，显著提升网络容量，因此部分重叠信道对于改善网络性能有重要意义。此外，网络中干扰的大小受节点发射功率的影响，使用合理的功率调整方法可以有效地降低干扰。从目前国内外的研究现状来看，WMN中的部分重叠信道分配的干扰问题还没有得到有效的解决。现有的信道分配方法存在以下不足：大多数部分重叠信道分配算法在确定链路分配顺序时，使用链路负载、邻居数和跳数决定链路等级，对链路的潜在干扰计算不准确；在衡量干扰时，利用干扰度来衡量链路之间的干扰关系，忽略了发射功率对干扰的影响。因此确定链路分配等级时，应该同时考虑链路负载和潜在干扰的影响，为链路分配干扰最小的信道，并使用功率控制方案降低网络中干扰。
技术实现思路
现有无线Mesh网络部分重叠信道分配方法存在两点不足：确定链路等级时，对链路的潜在干扰计算不准确；在衡量干扰时，忽略了发射功率对干扰的影响，从而导致了现有的使用重叠信道分配方法的无线Mesh网络的网络性能较低问题。针对上述不足，本专利技术提出联合功率控制的无线Mesh网络部分重叠信道分配方法，以降低网络干扰、提升WMN的网络性能。本专利技术采用的技术方案如下：1)计算链路等级：根据网络的负载情况，统计负载大于零的链路，确定需要分配信道的链路。每个节点的初始发射功率均相同。在为链路分配信道之前，需要确定链路分配信道的顺序，即链路等级。本专利技术中使用链路的负载和潜在干扰的乘积计算链路等级。所述的潜在干扰定义为链路使用某条信道时可能受到的干扰功率。当m∈[1，|e|]时，链路lm的潜在干扰I(lm)为：其中：表示链路lm同信道干扰范围内链路的集合；表示在双径传输模型中链路lg与链路lm使用相同信道时，链路lm接收到链路lg发射的干扰功率。链路lm的链路等级rank(lm)为：rank(lm)＝load(lm)×I(lm)，其中，load(lm)为链路lm的负载。2)构建信干噪比(Signaltointerferenceplusnoiseratio，SINR)矩阵SINR|e|×11：按照链路等级的降序排列构建SINR|e|×11，e为需要分配链路的集合。SINR|e|×11的各行为信道号，列为对应等级的链路，如lm表示链路等级为m的链路，l1为网络中最高等级链路。初始时由于所有链路均未分配信道，则SINR|e|×11为零矩阵。3)计算链路的信干噪比。在为链路lm分配信道时，我们需要计算链路lm使用不同信道时网络中所有链路的信干噪比，并更新到SINR|e|×11中。链路lm信干噪比的计算表达式为：其中：表示链路lm的接收节点接收到的信号功率；N0是背景噪声；是链路lm的干扰链路的集合，链路的干扰范围为链路两端节点干扰范围的并集；表示链路使用部分重叠信道时链路lg对链路lm的干扰功率：其中：i，j表示信道号，od(i,j)表示信道i，j的频谱重叠度。当为链路lm分配信道时，计算链路lm使用信道1～11时的所有链路的SINR。更新后的SINR|e|×11如表3所示。矩阵中元素表示链路lm使用信道1时链路l1的SINR。在为链路lm分配信道时，由于前m-1条链路已经分配了信道，而链路等级rank小于lm的链路未分配信道，因此只需考虑lm可能会对前m-1条链路的影响，其余链路的SINR为0。4)计算链路lm使用不同信道时全网的信干噪比SINR。信干噪比矩阵SINR|e|×11中的第i列表示链路lm使用信道i时各链路的信干噪比，对各列数据求和可以得到链路使用不同信道时的全网信干噪比。当链路lm使用信道i时全网的信干噪比SINR，用SSINR(lm,i)表示：其中：链路lm使用信道i时链路ln的SINR。分别计算链路lm使用信道1～11的SSINR，选择SSINR最大的信道分配给链路lm。5)更新SINR|e|×11：若链路lm使用信道i时SSINR达到最大值，则将SINR|e|×11的各列元素数值均与第i列元素数值保持一致。重复步骤3)～步骤5)，直至所有链路均已分配信道。6)调整节点的发射功率，优化信道分配结果。按照节点与网关距离的升序排列依次调整发射节点的发射功率，确保对应接收节点的信干噪比均满足约束条件。链路之间的干扰关系不仅与链路所用信道有关，还与节点的发射功率有关。调整节点的发射功率可以改变链路干扰范围的大小。当所有链路信道分配完成时，发射功率是影响链路间干扰关系的主要因素。调整功率的目标是确保该节点所有接收节点的信干噪比均满足约束条件。设V是网络中需要传递或接收信息的节点集合，则对于任意接收节点a∈V的信干噪比SINR(a)为：其中：b为发射节点；Pba表示节点b发送的信号在a节点处的接收功率；Na是节点a的干扰节点集合；信干噪比的约束条件为：SINR(a)≥Cth其中：Cth是确保信号能被正确接收的门限值。发射节点的功率发生变化时，其干扰范围内所有节点都会随之变化。对于任意发射节点b，其干扰范围内所有节点的信干噪比总和sum(b)为：其中：v1是节点b接收节点的集合；v2是节点b干扰范围内与其不直接相连的节点。sum(b)是关于节点b发射功率的单调递增函数。节点b对应接收节点的信干噪比随着节点发射功率的增大而增大，而干扰范围内其它节点随着节点发射功率的增大而减小。由于信干噪比只有大于Cth时，信号才能被正确接收，因此发射节点b的发射功率具有一定限制。调整节点功率时，按照节点距离网关的距离决定调整次序，为网关附近的节点分配较高优先级。调整节点功率时，按照节点与网关距离的升序排列依次调整发射节点的发射功率。从网关开始依次对网络中发射节点进行功率调整，用MinP表示发射节点所有接收节点的SINR均满足约束条件的最小值；用MaxP表示发射节点干扰范围内其它节点的信干噪比均满足约束条件的最大值，若MaxP<0，则取MaxP＝0。若MinP>MaxP，将节点的发射功率调整为MinP，否则调整为MaxP。重复步骤1)～步骤6)，直至所有节点的信干噪比均满足约束条件。本专利技术的有益效果：本专利技术在分配信道时能够同时兼顾网络负载和发射功率的影响，在使用重叠信道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.联合功率控制的无线Mesh网络部分重叠信道分配方法，具体步骤如下：1)计算链路等级：链路lm的链路等级rank(lm)为：rank(lm)＝load(lm)×I(lm)，其中，load(lm)为链路lm的负载；其中，链路lm的潜在干扰I(lm)为：

【技术特征摘要】
1.联合功率控制的无线Mesh网络部分重叠信道分配方法，具体步骤如下：1)计算链路等级：链路lm的链路等级rank(lm)为：rank(lm)＝load(lm)×I(lm)，其中，load(lm)为链路lm的负载；其中，链路lm的潜在干扰I(lm)为：其中：表示链路lm同信道干扰范围内链路的集合；表示在双径传输模型中链路lg与链路lm使用相同信道时，链路lm接收到链路lg发射的干扰功率；m∈[1，|e|]，e为需要分配链路的集合；2)构建信干噪比矩阵SINR|e|×11：按照链路等级的降序排列构建信干噪比矩阵SINR|e|×11，e为需要分配链路的集合；SINR|e|×11的各行为信道号，列为对应等级的链路，初始时由于所有链路均未分配信道，则SINR|e|×11为零矩阵；3)计算链路的信干噪比：在为链路lm分配信道时，计算链路lm使用不同信道时网络中所有链路的信干噪比，并更新到SINR|e|×11中；链路lm信干噪比的计算表达式为：其中，表示链路lm的接收节点接收到的信号功率；N0是背景噪声；是链路lm的干扰链路的集合，链路lm的干扰范围为链路lm两端节点干扰范围的并集；表示链路使用部分重叠信道时链路lg对链路lm的干扰功率，其计算公式为：其中，i，j表示信道号，od(i,j)表示信道i，j的频谱重叠度；4)计算链路lm使用不同信道时全网的信干噪比：当链路lm使用信道i时全网的信干噪比，用SSINR(lm,i)表示，分别计算链路lm使用信道1～11的SSINR。其中，链路lm使用信道i时链路ln的信干噪比，链路ln为除链路lm外的其他链路任意链路；5)更新SINR|e|×11：若链路lm使用信道i时SSINR达到最大值，则将SINR|...

【专利技术属性】
技术研发人员：石文孝，张彬彬，欧阳敏，袁浩，李公羽，胡可刚，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22