[发明专利]多频无线网状网络中分配信道的方法和设备

说明书

技术领域

本发明一般地涉及无线联网技术，更具体地说，涉及多频无线网状网 的基于负载加权拓扑的信道分配方法和设备。

背景技术

无线网状网络正成为用来提供宽带因特网接入的很有希望的技术。一 般而言，无线网状网络由网状路由器的集合组成，每个网状路由器充当在 其覆盖范围内的移动客户端的接入点，同时网状路由器通过形成无线自组 织骨干网的无线链路彼此互连。一些网状路由器具有到因特网的有线连 接，并且充当网状网络和因特网之间的网关。相比于传统的无线LAN，无 线网状网的主要特征在于它们的多跳无线骨干网基础设施。

无线网状网络的一个主要优点是其提供了一种低廉、快速简易的解决 方案，来将现有的有线网络扩展到更广的区域。无线网状网络通常根据 IEEE 802.11技术构建，但是也可以根据其他技术构建，例如，IEEE 802.16或者蓝牙。公知的无线网状网包括MIT Roofnet、Seattle Wireless和 将要被部署在Philadelphia，San Francisco和许多其他地方的利用来自 Tropos、Cisco公司的商用产品来向居民提供因特网接入的城域基础网状网 络，等等。

但是，无线网状网络都面临着一个极大的挑战：它们都不易于扩展； 随着网状节点数目增加由于物理信号干扰而导致端到端吞吐量急剧下降。 为了减轻这种问题，一种简单的办法就是给每个网状路由器(下文简称为 节点)装备多个频率器件(radio)(即，无线接口卡)，每个器件工作在 不干扰的信道上。例如，根据IEEE 802.11规范，在802.11a中有12个不 干扰的信道，在802.11b/g中有3个不干扰的信道。这种网络通常被称作 多信道多频网状网络(multi-channel multi-radio mesh networks，下文简称 为MCMR网状网络)，而每个节点只具有一个频率器件的网络被称作单 频网络。在单频网络中，所有节点都必须将它们的频率器件调谐到一个信 道，以保持网络连通。结果，许多可用频率资源被浪费了。相反，MCMR 网状网络中的频率器件可以同时工作在彼此不干扰的多个信道上，从而更 有效地利用频率资源。因此，如果将不干扰的信道适当地分配给频率器 件，则可以提高网状网络的容量。

MCMR网状网络中的一个关键问题是信道分配。信道分配算法的目的 是利用每个节点上相对较少的频率器件来有效地利用可用频谱资源(例 如，每个节点上有2-3个频率器件而802.11a中有12个不干扰信道)。

用于MCMR网状网络的现有信道分配方案可以被分为两类：静态信 道分配和动态信道分配。静态信道分配意味着每个频率器件的信道设置持 续从数分钟甚至到若干小时或天的相对较长的期间，而动态信道分配意味 着每个频率器件的信道设置改变非常频繁，例如，每数毫秒。

现有的动态分配方案又可以进一步被分类为两类：基于每个分组的分 配方案和基于时隙的分配方案。基于每个分组解决方案意味着频率器件的 信道设置可以针对每个分组的发送而被改变，而基于时隙的解决方案意味 着频率器件的信道设置将按照固定的时隙改变，例如每10ms。

现有的静态信道分配方案可以被进一步分类成三类：同一设置、基于 拓扑的，以及信道分配和路由选择联合判决(Joint decision of Channel Assignment and Routing，下文简称为JCAR)。

同一设置解决方案意味着每个节点上的频率器件的信道设置相同，例 如，信道1用于频率器件1、信道2用于频率器件2，等等。这种解决方 案非常简单，并且不需要关于网络拓扑和流量模式的任何知识。

基于拓扑的解决方案假设拓扑是稳定的(例如，无线网状网络的情 形)，然后考虑该拓扑定义一些度量来测量干扰，试图使给定的度量最小 化。代表性的度量包括在同一信道上工作的干扰链路的最大数目和平均数 目。

JCAR解决方案假设拓扑和端到端流量模式都是稳定的，然后共同确 定每个节点上的信道设置和每对节点之间的路由选择。由于每条链路的容 量受信道分配影响，并且每条链路的流量由端到端流量需求和路由选择判 决确定，所以JCAR解决方案试图将信道分配判决和路由选择判决组合起 来，从而使每条链路的容量和流量更好地匹配。