一种基于5GCPE无线工业Mesh网络的信道分配方法组成比例

本发明专利技术属于属无线通信领域，具体涉及一种基于5G CPE无线工业Mesh网络的信道分配方法，包括：利用5G

【技术实现步骤摘要】
一种基于5G CPE无线工业Mesh网络的信道分配方法


[0001]本专利技术属无线通信领域，具体涉及一种基于5G CPE无线工业Mesh网络的信道分配方法。

技术介绍

[0002]无线Mesh网络是基于Ad
‑
hoc网络发展而来的多跳网络，具有高可用、可扩展等特点。数据从终端出发经过特定路径抵达网关，路径可以有多个路由节点。各个Mesh路由节点之间采用无线连接，并自动寻找附近路由节点建立链路，网络拓扑结构易调整。
[0003]工业中网络控制系统最早采用有线方式，有线连接可以很好满足工业控制的通信要求，但是同时带来了很多问题，布线规划难、实际布线错综复杂难以维护、线路成本高等等。为了解决这些问题，无线AC+AP组网被引入到工业中，替代了终端到接入网的有线连接方式。AP向终端提供无线连接，与AC有线连接。这样的方式提供稳定的连接。但仍需要提前规划AC与AP之间的线路，部署后设备位置难以调整。可扩展性差，灵活性低，无法随着需求调整网络结构。同时，随着物联网技术的发展，工业设备更加多样化、智能化、网络化，如AGV小车、工业现场设计等移动性、实时性要求更高的业务仍不能得到很好的满足。随着5G网络技术的成熟，5G CPE结合Wi
‑
Fi与Mesh组网技术，组建拓扑可扩展的高可用工业无线Mesh网络，满足低时延、大连接、更多工业场景的需求。
[0004]无线Mesh网络中同时执行传输任务的相邻链路间根据所分配信道的重叠度，造成不同程度的干扰。当信道重叠度越大，干扰越严重。同样，受Wi
‑
Fi频谱的限制，可用信道有限。因此，路由节点越多，网络拓扑更复杂时，分配给相邻链路的信道更容易重叠，严重的影响了网络的传输速度和传输效率。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供一种基于5G CPE无线工业Mesh网络的信道分配方法，在满足移动设备的时延要求下，基于最小干扰原则优化信道分配，减少信道竞争和干扰，充分利用网络资源，提高网络的传输速度和传输效率，包括：
[0006]S1：利用5G
‑
CPE构建工业无线Mesh网络；CPE节点根据Mesh网络默认路由协议HWMP生成路径传输数据包；其中，传输路径中任意相邻的两个CPE节点组成一条链路；
[0007]S2：根据协议干扰模型计算传输路径中每条链路受到的总干扰功率和链路的干扰链路总数；
[0008]S3：根据链路受到的总干扰功率和链路的干扰链路总数利用香农公式和鲸群优化算法计算传输路径的最优信道分配方案；
[0009]S4：根据传输路径的最优信道分配方案对每个链路的信道进行分配完成待发送数据包的传输。
[0010]本专利技术至少具有以下有益效果
[0011]本专利技术方法在密集化部署的5G工厂网络下有效避免信道间同频或相邻频域干扰，
减少信道重分配次数，避免多余的开销，充分利用网络资源，结合差分变异算法对鲸鱼算法进行改进，基于鲸鱼更新后的位置变量生成试验位置变量，基于贪婪选择最优位置变量，保证算法准确度的同时加速算法的收敛，通过选出的最优信道分配对路径进行数据传输提高了网络的传输速度和传输效率。
[0012]说明书附图
[0013]图1为本专利技术方法流程示意图；
[0014]图2为本专利技术方法的网络结构图。
[0015]具体实施方法
[0016]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0017]请参阅图1和图2，本专利技术提供一种基于5G CPE无线工业Mesh网络的信道分配方法，包括：
[0018]S1：利用5G
‑
CPE构建工业无线Mesh网络；CPE节点根据Mesh网络默认路由协议HWMP生成路径传输数据包；其中，传输路径中任意相邻的两个CPE节点组成一条链路；所述5G
‑
CPE为第5代无线通讯功能的路由器，所述数据包的接收设备包括；手机、电脑、智能叉车和扫码枪。
[0019]S2：根据协议干扰模型计算传输路径中每条链路受到的总干扰功率和链路的干扰链路总数；
[0020]S21：根据协议干扰模型计算传输路径中CPE节点的干扰范围；
[0021][0022][0023]其中，D
i
表示传输路径中第i个CPE节点的干扰范围，β为路径损耗因子，为信噪比阈值，P
N
为CPE的噪声功率，P为CPE的发送功率，表示传输路径中第i个CPE节点和第j个CPE节点之间的通信距离，其中，路径损耗因子、信噪比阈值、噪声功率和发送功率为一个经验值在本专利技术中取值是β＝4，验值在本专利技术中取值是β＝4，P
N
＝
‑
125.23dBm，P＝20dBm。
[0024]S22：根据传输路径中CPE节点的干扰范围计算传输路径中每条链路的干扰链路总数；
[0025]当第一链路中存在CPE节点处于第二链路中任意CPE节点的干扰范围内则表示第二链路为第一链路的干扰链路；统计第一链路的所有干扰链路得到第一链路对应的干扰链路总数；其中，第一链路和第二链路均为传输路径中的链路；
[0026]例如，节点i、j和m、n形成链路b、s，如果节点i在节点m的干扰范围内，则元素
表示链路xy和链路uv之间存在相互干扰，否则，表示两条链路间不存在干扰；进一步可得到对链路s的干扰链路总数为：
[0027][0028]其中，链路b、s都属于传输路径中的链路组成的集合E，I
s
表示链路s的干扰链路总数。
[0029]S23：根据链路的干扰链路总数计算链路受到的总干扰功率；
[0030][0031]其中，P
e,N
表示链路受到的总干扰功率，P
i
是传输路径中第i个CPE节点的发送功率；表示传输路径中第i个CPE节点和第i个CPE节点之间的通信距离；I
e
是链路e的干扰链路总数，β为路径损耗因子，在本专利技术构建的工业无线Mesh网络中所有CPE节点均为同构节点即具有相同的通信半径、感知半径和发送功率等。
[0032]S3：根据链路受到的总干扰功率和链路的干扰链路总数利用香农公式和鲸群优化算法计算传输路径的最优信道分配方案；
[0033]S31：将传输路径中的链路作为鲸鱼算法的种群，随机分配每个鲸鱼个体的位置作为链路的信道；并设置最大迭代次数；在本专利技术中可用的信道有11个，信道间重叠度越大对相邻链路的干扰越大，因此对于链路分配不同的信道可以使链路的传输速度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于5G CPE无线工业Mesh网络的信道分配方法，其特征在于，包括：S1：利用5G CPE构建工业无线Mesh网络；CPE节点根据Mesh网络默认路由协议HWMP生成路径传输数据包；其中，传输路径中任意相邻的两个CPE节点组成一条链路；S2：根据协议干扰模型计算传输路径中每条链路受到的总干扰功率和链路的干扰链路总数；S3：根据链路受到的总干扰功率和链路的干扰链路总数利用香农公式和鲸群优化算法计算传输路径的最优信道分配方案；S4：根据传输路径的最优信道分配方案对每个链路的信道进行分配完成待发送数据包的传输。2.根据权利要求1所述的一种基于5G CPE无线工业Mesh网络的信道分配方法，其特征在于，所述根据协议干扰模型计算传输路径中每条链路受到的总干扰功率和链路的干扰链路总数：S21：根据协议干扰模型计算传输路径中CPE节点的干扰范围；S22：根据传输路径中CPE节点的干扰范围计算传输路径中每条链路的干扰链路总数；S23：根据链路的干扰链路总数计算链路受到的总干扰功率。3.根据权利要求2所述的一种基于5G CPE无线工业Mesh网络的信道分配方法，其特征在于，所述CPE节点的干扰范围包括：在于，所述CPE节点的干扰范围包括：其中，D
i
表示传输路径中第i个CPE节点的干扰范围，β为路径损耗因子，为信噪比阈值，P
N
为CPE的噪声功率，P为CPE的发送功率，表示传输路径中第i个CPE节点和第j个CPE节点之间的通信距离。4.根据权利要求2所述的一种基于5G CPE无线工业Mesh网络的信道分配方法，其特征在于，所述链路受到的总干扰功率包括：其中，P
e,N
表示链路受到的总干扰功率，P
i
是传输路径中第i个CPE节点的发送功率；表示传输路径中第i个CPE节点和第i个CPE节点之间的通信距离；I
e
是链路e的干扰链路总数，β为路径损耗因子。5.根据权利要求1所述的一种基于5G CPE无线工业Mesh网络的信道分配方法，其特征在于，所述根据链路受到的总干扰功率和链路的干扰链路总数利用香农公式和鲸群优化算法计算传输路径的最优信道分配方案包括：S31：将传输路径中的链路作为鲸鱼算法的种群，随机分配每个鲸鱼个体的位置作为链路的信道；并设置最大迭代次数；
S32：根据链路受到的总干扰功率、链路的干扰链路总数和链路的信道利用香农公式计算得到链路的传输速率；S33：根据链路受到的总干扰功率、待发送数据包的大小和链路的传输速率计算鲸鱼种群的群体适应度值；若当前鲸鱼种群的群体适应度值大于鲸鱼种群的群体历史最佳适应度值，用当前鲸鱼种群的群体适应度值替换鲸鱼种群的群体历史最佳适应度值；S34：生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊安萍，何耀，蒋溢，刘康胜，孙庆庆，刘兵，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：