[发明专利]基于极大编码机会的多信道分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络技术领域，特别是涉及一种基于极大编码机会的多信道分配方法。

背景技术

在传统的网络传输中均采用存储—转发的模式(Store-and-Forward)，即节点只对数据包进行复制以及转发，这样的传输机制的容量在理论上只能达到链路的最大容量，因此该模式已经使得当前的网络性能无法再提高，但是从信息论角度来看，节点对于数据包的处理不应当仅仅局限在复制、转发的效用，应该对数据包作进一步的处理，在此基础上Ahlswed等人在2000年提出了网络编码(Network Coding)的思想。

网络编码的提出是以信息论为基础的，它打破了传统通信技术的信息处理方式，基于组播思想，通过对来自不同数据流的节点进行编码操作，使得网络组播达到最大流理论的极限。目前已经得到国内外许多学者以及研究机构的关注，成为提高无线网络的研究热点之一。网络编码技术的提出大大地增加了网络容量达到理想值的可能性，而传统的网络编码是基于单信道实现的，单信道网络编码技术的使用相比传统的存储—转发模式降低了传输的次数，而对网络中的链路资源利用率较低，在802.11a/b/g协议栈中均定义每个网卡中有多个正交的信道可以使用，因此单信道网络编码技术对网络中信道的利用造成了浪费，同时网络编码在单信道的环境下使用容易造成单信道中常见的隐藏终端或者暴露终端问题。

多信道技术作为当前无线网络提高链路利用率的关键技术之一，已经得到了国内外学者的广泛关注，而当前关于多信道技术的研究主要是设计合理的信道分配算法以降低信道间干扰，从而提高整个网络的性能。多信道技术的应用实现了节点在同一时刻可以和多个不同的节点进行通信，这样提高了网络资源的利用率，同时使得网络的整体吞吐量得到了极大的提高。当前关于多信道技术的研究有很多种。从射频数量来分，主要有单射频多信道技术、多射频多信道技术；从研究手段来分，主要有基于流量控制、基于拓扑控制、节点分簇、图论等；从信道的动态性来分，主要有静态信道分配、动态信道分配以及混合信道分配等。但是传统的多信道分配技术仅仅考虑信道分配以降低信道干扰，并且一些方法将多信道分配问题归约到网络拓扑控制层面，而当前关于拓扑控制的最优问题仍然还是一个NP完全问题，因此，在很多情况下并不适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高了网络的整体吞吐量、降低网络拓扑中信道间干扰的基于极大编码机会的多信道分配方法。

本发明的目的是这样实现的：

基于极大编码机会的多信道分配方法包括以下步骤：

第一步，初始化网络拓扑

给每个无线节点配置两个无线射频，随机选择一个作为初始化射频；

第二步，划分节点优先级

节点分配信道的先后次序称为节点优先级。本专利中将节点的优先级分为三个等级，即高优先级，次优先级以及低优先级。

由于节点的编码机会与节点的度成正比关系，在网络拓扑的初始化后，计算网络拓扑中各个节点的度，选取该网络中度最大且连接边缘节点（将无线网络中节点位置处在该网络结构最外层的节点称为边缘节点）个数最多的作为潜在编码节点（将无线网络中可能存在编码机会的节点称为潜在编码节点），并连同其一跳节点作为满足该潜在编码节点的潜在编码结构（将无线网络中潜在编码节点以及其一跳邻居节点所构成的网络结构称为潜在编码结构）；根据节点度的计算结果，可以得出潜在编码节点集合以及若干潜在编码结构；而在不同的潜在编码结构中可能存在相交的节点，即一个或者多个节点可能同时处于两个不同的潜在编码结构中，将这类节点设置为高优先级节点；将潜在编码节点集合中的各个节点设置为次优先级节点；将边缘节点及其他非高优先级、非次优先级节点设置为低优先级节点；

第三步，对高优先级节点分配信道

首先，高优先级节点间分配信道；然后，高优先级节点与次优先级节点（潜在编码节点）间分配信道；最后，高优先级节点与低优先级节点间分配信道；基本分配原则是相邻信道不能分配相同信道；

多信道分配主要是降低信道间的干扰，如果在信道分配过程中，存在一条链路不管分配哪个信道都会增加对相邻信道的干扰，那么就断开这条链路，其两端的节点通过其他链路进行通信；

第四步，对次优先级节点分配信道

首先计算各个潜在编码节点与其邻居节点集合中未分配信道的邻居节点个数，再按照个数递减的顺序选择潜在编码节点的分配顺序，即拥有未分配信道的邻居节点个数最多的潜在编码节点优先对其分配信道；如果存在一条链路不管分配哪个信道都会增加对相邻信道的干扰，那么就断开这条链路，其两端的节点通过其他链路进行通信；