[发明专利]一种基于图着色的无线频率分配工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息通信领域，尤其是一种频率分配方法。

背景技术

无线频率资源的分配是无线通信网组织运用过程中必须考虑的问题之一。大规模无线通信网的组织运用涉及到上百个甚至更多的无线子网的规划和维护，如何有效、合理地利用有限的频率资源，对于组织、开通、运行无线通信网络，减少频率干扰，提高无线通信网络的服务质量都十分重要。

目前频率分配算法主要有启发式算法、图形理论算法、遗传算法和神经网络算法等，有些算法在固定的网络结构如移动通信的蜂窝通信系统中得到了成功的应用，但是不适合无线自组织网的频率规划需求。例如，在蜂窝通信中广泛应用的频率复用在机动无线子网中就不能大量采用，除非能肯定分配同样频率的两个无线子网永远不会机动到同一区域。同时，蜂窝通信在同一频率上是点对点的通信，而无线自组织网是多对多的通信。所以很多目前成功应用于移动通信领域的频率分配算法都不能适用于无线自组织网。

另外，现有无线频率分配技术大多采用穷举搜索的方法或多项式时间内求得频率分配的最优解，这些方法在时间上周期长且无法保证得到没有频率冲突的最优解。

发明内容

无线频率分配（FA）的目的就是给工作在一定地域内的无线通信设备指定使用的工作频率(或信道)，使所有设备都以尽量小的概率被干扰，从而使整个网络的可用性得到优化。

具体设备频率分配方法会随着设备的工作方式（单工、双工）、工作频段、天线类型、信号的调制解调方式的不同而有所区别，但是频率分配算法都可以转换为等价的图的边着色问题。从图论算法理论上讲，图的广义边着色问题是NPC问题，也就是说无法在多项式时间内求得问题的最优解。例如对于存在n条边的无向图，使用c种颜色对其着色，在没有其它约束条件下，其解空间是cn。即使在不考虑颜色重复使用（c>n）的情况下，其解空间也达到n!。这两者都是超越数，在c和n的值较大的情况下想利用穷举搜索的方法求得问题的最优解在时间上是不可行的。在工程实践中许多NPC问题使用一些使用的近似算法得到问题的可行解。因此基于图着色的频率分配算法就是在若干限制条件前提下获得问题的近似最优解。下面是基于图着色的频率分配算法的具体步骤：

1)在给定的频率使用范围内，监测和筛选出可用频点，并生成频表{f1,f2,…,fn（n>1）}，频点的平均间隔f_vi = (fn-f1)/n；

2)将所有无线子网抽象为无向图的顶点，每一个子网对应一个顶点V_i(i=1..n)，无线子网之间的关联被抽象为图的边E_j(j=1..m)；

3)通过一组包括同一通信节点或区域内频率间隔规则在内的规则，找出所有的边，并根据规则和频点的平均间隔f_vi，计算出边的权重W_j（j＝1..m），顶点之间的边表示边所连接的顶点对应的子网之间的频率间隔规则，，并结合图的顶点通过图的生成算法自动生成无向图G（V，E）＝{ (V_i, E_j ) }（i=1..n，j＝1..m）；

4)从图中选取度D=顶点所连接的边的数量最大的未分配色号的顶点V_dmax；

5)通过搜索顶点V_dmax所连接的边，找出顶点V_dmax的所有相邻顶点，并记录下所有已分配色号的相邻顶点的色号（C _i(i=1..l)）；

6)对与该顶点相邻的所有顶点的色号从小到大进行排序；

7)给该顶点分配一个默认色号(C₀＝1)，使用该色号与其相邻顶点的色号作差值计算并取绝对值，用该值与对应边的权值进行比较，如果小于边权重值，就将该顶点色号＋1，直到差值大于或等于边的权值；

8)继续步骤3），直到所有顶点着色完成；

9)使用各顶点分配的色号作为下标，在频率表{f1,f2,…,fn（n>1）}中查找对应的频点。

其中，对无线子网的抽象，是整个算法的重要步骤之一。在分配过程中，本方法提出以下几点创新点：

1)将大规模应用环境下的各个无线子网抽象为的顶点，组成基于多约束条件的无向图，将复杂的频率分配问题转换为图的作色问题；

2)采用无线子网之间的时空关系、无线子网身份信息及网络的重要程度等规则的量化方法，量化无向图边的权重，使权重的确定更为合理；