[发明专利]一种多信道无线网状网络系统及其信道分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络领域，特别涉及一种多信道无线网状网络系统及其信道分配方法。

背景技术

随着社会经济与电子信息技术的发展，现阶段人们对移动高速数据业务需求的日益增长。无线网络性能的优劣无疑是满足这一需求的关键因素。传统的无线网络连接方式由于工期漫长、成本昂贵，在很多欠发达地区难以推广；并且其网络性能以不能满足现阶段的用户需求。于是，如何以较低的成本、快速搭建无线网络，实现因特网接入的问题被提出。无线Mesh网络(网状无线网状网络)是一种新型的无线网络结构。传统无线网中，节点的通信须经过AP(接入点)；Mesh网络中，每个节点与一个或者多个对等节点进行直接通信。它具有较高的可靠性、较大的伸缩性和较低的投资成本，是一种解决无线接入“最后一公里”瓶颈问题的新方案。现阶段用户对无线Mesh网络接入技术的共同需求是更高的带宽、更低的延迟、更大的网络容量。

由于无线通信“共享介质”以及无线传输时变的特征，实际应用中多用户冲突和多跳传输等问题大幅影响网络吞吐量，因此单信道的无线协议限制了无线Mesh网络的容量。为解决这个问题，多信道Mesh网络架构被提出，以解决无线多跳网络扩展性差和网络容量受限等问题。

多信道Mesh网络的核心问题是信道分配方法，信道分配方法为每个接口分配物理信道，保证网络连通性的同时，还需尽量减少相邻节点之间的干扰。现有的信道分配方法分为静态信道分配、动态信道分配和混合信道分配三类。静态分配方法简单但信道利用率低，动态分配方法信道利用率高但可扩展性差；混合信道分配结合了两者的优点，但如何静态分配，什么时候动态分配，如何动态分配，现有的方案都不够理想。

现有的分簇式混合信道分配方法在检测链路负载和动态信道切换方面均有不足之处。比如完成静态信道分配后，根据专用节点监测到的信道使用情况，在簇内部实现动态信道分配，但簇之间的通信链路不能动态分配信道，因此可能成为网络通信瓶颈。再比如在簇内和簇间都可以根据网络负载情况动态分配信道，但代价是要启用新的不重合路径，往往会增加路径长度；另外，如果根据链路层ACK消息来评估网络负载，则适用的数据流类型有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多信道无线网状网络系统及其信道分配方法，能合理分配信道，有效改善无线网状网络的扩展性、吞吐量等性能，实现更高的带宽、更低的延迟及更大的网络容量。

为了解决上述问题，本发明提供了一种多信道无线网状网络系统的信道分配方法，包括：

a、将网络划分为多个簇；每个簇包括一个或多个节点；

b、以簇为单位进行信道分配；

c、统计出一段时间内簇内和簇间各链路上的丢包率；如果存在丢包率大于一预定阈值的链路，则进行步骤d；

d、重新为该链路分配信道；返回步骤c。

进一步地，所述以簇为单位进行信道分配的步骤具体包括：

为簇间链路分配统一的信道，各簇之间通过该信道通信；在所述统一的信道之外的信道中，为每个簇选择一个同相邻簇不干扰或干扰最小的信道分配给该簇，一个簇内的各节点之间采用为该簇分配的信道通信。

进一步地，所述统计出一段时间内簇内和簇间各链路上的丢包率的步骤具体包括：

各节点分别记录一段时间内其与每个邻节点在各信道上的收/发包数；周期性广播Hello消息给一跳步内的邻节点，在所述Hello消息中携带所述统计的收/发包数，并从邻节点处接收Hello消息；

各节点分别根据所接收的Hello消息统计出该段时间内本节点所连接的各链路上的丢包率。

进一步地，所述重新为链路分配信道的步骤具体包括：

对所述两端的节点，分别判断是否有可用接口，所述可用接口是指能够在不破坏网络连通性情况下直接切换信道的接口；

如果两端的节点都有可用接口，并且所述链路为簇内链路，则由簇头节点选择负载最轻并且和相邻簇无干扰或干扰最小的信道分配给该链路；所述链路为簇间链路时，则由两个簇的簇头节点共同协商选择新的信道分配给该链路；

如果只有一端的节点有可用接口，则判断另一端节点当前使用的信道中是否有信道使用率低于一预定的使用率阈值的信道，如果有则将所述可用接口切换到该另一端节点当前使用的、负载最轻的信道上；

如果两端的节点都没有可用接口，则寻找并启用该两端节点之间同当前链路不重合的新路径，并对新路径分配信道。

进一步地，所述判断是否有可用接口的具体步骤包括：

步骤一：节点有空闲接口时，则判断该节点有可用接口，即所述空闲接口；否则执行步骤二；