[发明专利]一种无线Mesh网络中的分布式接入点关联方法

摘要

一种无线Mesh网络中的分布式接入点关联方法，属于无线Mesh网络接入技术领域，其特征在于，无线Mesh网络中的各个接入点利用上行和下行数据报文传输时捎带接入点所需要收集的信息，包括相关接入点的间接用户数和间接用户平均需求带宽；终端用户接入网络时，首先获得所有可接入的接入点列表，并向列表中的各个接入点获取关联算法计算所需的各类信息，包括相关接入点的直接和间接用户数，以及直接和间接用户平均需求带宽；随后用户调用关联算法计算出最佳的关联接入点，并向该接入点发起关联；本发明公开的机制在保证用户的需求带宽的满足率在一定程度的基础上，尽量使得相关接入点的平均带宽满足率较为均衡，从而保证了无线Mesh网络的负载均衡。

主权项

1.一种无线Mesh网络中的分布式接入点关联方法，其特征在于，所述方法是在由无线Mesh网络接入点和终端用户，以下简称用户，共同组成的无线Mesh网络中依次按以下步骤实现的：步骤(1)，初始化对如下参量作统一定义：接入点，是指带有接入点的无线路由器，这种无线路由器有两根天线，一根用于和其他无线接入点的无线路由器之间的通信，另一根用于和所述用户通信，直接用户，是指直接接入某接入点的用户，接入点的直接用户数用N(a_l)表示，体现接入点的负载程度，其中a_l表示接入点a的序号，l是接入点的序号，间接用户，是指使用某接入点作为中继点的用户，以作为该用户的数据在所述无线mesh网络骨干网上进行多跳转发的中继；反应骨干网上的流量和拥塞程度，若：所述无线Mesh网中有M个接入点，则用A＝{a₁，a₂，....，a_m，...，a_M}表示所述的M个接入点的集合，m是接入点的序号，若：由N个所述用户组成的用户集合表示为U＝{u₁，u₂，...，u_n，...，u_N}，n是所述用户的序号，对于一个用户u_n，定义其可能关联的接入点的集合为P(u_i)＝{a₁，a₂，...，a_l，...，a_L}，L≤M，用户在转发路径上的接入点称为转发接入点，所述转发接入点的集合为E(a_l)，简写为E_l，对于一个用户u_n，定义所述P(u_n)中的所有接入点的转发接入点的集合的并集为P′(un)=∪l=1LE(al)={a′1,a′2,...,a′l′,...,a′L′},al∈P(un),L′≤M,]]>因而，P′(u_n)是A＝{a₁，a₂，...，a_m，...，a_M}中的接入点里被用作P(u_n)中的接入点的转发中继的那些接入点的集合，改变P(u_n)中的接入点的用户关联会影响P′(u_n)中接入点的间接用户数，对于一个用户u_n，满足自身网络应用需求所需的最小带宽定义为该用户的需求带宽，记为b(u_n)，而从其所接入的接入点a_l实际获得的带宽B(un)=B0(al)N(al).]]>其中，B₀(a_l)是a_l的用于用户接入的天线的容量，该用户u_n的带宽满足率s(un)=B(un)b(un),]]>接入点的直接用户平均带宽满足率为：s‾(al)=B0(al)/N(al)b‾(al)]]>为关联到该接入点的所有用户的需求带宽b(u_l)的均值，接入点的间接用户平均带宽满足率为：s‾′(al)=B′0(al)/N′(al)b‾′(al)]]>其中，B′₀(al)为该接入点用于骨干网转发的天线的容量，为该接入点的所有间接用户的需求带宽的均值，步骤(2)，无线Mesh网络中的各个接入点收集信息：步骤(2.1)，无线Mesh网络中的各个接入点利用上行数据报文传输时捎带收集接入点所需要的信息：步骤(2.1.1)，所述各个接入点收到来自所述用户的上行数据报文时，将自己的ID、直接用户数以及直接用户平均需求带宽附加在数据报文的设定扩展域中；步骤(2.1.2)，所述各个接入点根据报文中已附加的其下游接入点的直接用户信息，计算出所述接入点的间接用户数和间接用户平均需求带宽；计算方法为，将所述下游接入点的直接用户数累加，即得到所述接入点的间接用户数；将每个所述下游接入点的直接用户平均需求带宽乘以其直接用户数再累加，最后除以所述接入点的间接用户数，即得到所述接入点的间接用户平均需求带宽；步骤(2.2)接入点利用下行数据报文传输时捎带接入点所需要收集的信息：步骤(2.2.1)，所述各个接入点收到来自所述Mesh网络回程点的下行数据报文时，将其ID、间接用户数以及间接用户平均需求带宽附加在数据报文的设定扩展域中；步骤(2.2.2)，所述各个接入点将数据报文中已附加的其上游接入点的间接用户信息记录下来，包括其转发路径上各个接入点的间接用户数和间接用户平均需求带宽；步骤(3)，终端用户接入网络：步骤(3.1)，用户获得各个接入点的信息：步骤(3.1.1)，所述用户接入网络时，首先监听所能感知到的接入点发出的信标(beacon)帧，并据此获得所有能接入的接入点列表；步骤(3.1.2)，所述用户向步骤(3.1.1)中所述列表中的各个接入点发出扩展的侦测请求(Probe Request)信令；所述各个接入点收到该信令后，再次发送扩展的信标帧通知所述用户计算所需的各类信息；所述信息包括：所述接入点的直接用户信息和这些接入点对应的转发接入点的间接用户信息；即对于用户u_n，其可能关联的接入点的集合为P(u_n)＝{a₁，a₂，...，a_l}，则所述信息包括P(u_i)中的所有接入点的直接用户数和平均直接用户需求带宽，以及P(u_n)中接入点的转发接入点集合的并集为P′(u_n)中所有接入点的间接用户数和间接用户平均需求带宽；步骤(3.2)，用户进行接入点关联选择：步骤(3.2.1)，所述用户调用关联算法计算出最佳的关联接入点；所述关联算法为：所述用户u_n的可能关联的接入点的集合为P(u_n)＝a₁，a₂，...，a_l，...，a_L}，P(u_n)中的所有接入点的转发接入点集合的并集为P′(u_n)；求解以下优化问题，即可得到最佳关联接入点：min(λΔl=1L(Δ(al,sl)-S‾)2+(1-λ)Σl′=1L′(Δ′(a′l′,Σk=1Lskll′k)-S′‾)2)]]>其中：Δ(al,sl)=B0(al)/(N(al)+sl)b‾(al),]]>Δ′(a′l′,Σk=1lskll′k)=B′0(al′)/(N′(al′)+Σk=1lskll′k)b‾′(al′),]]>s₁+s₂+...+s₁＝1l_ij＝1，当a_i∈E(a_j)，l_ij＝0，当ai∉E(aj)]]>s(u_n)≥s₀(u_n)上述优化问题中，为P(u_n)中所有接入点的平均直接用户带宽满足率，为P′(u_n)中所有接入点的平均间接用户带宽满足率，s₁，s₂，...，s_l即为关联结果，也是上述优化问题所求解的自变量；s_n为1即表明用户应当关联到第i个接入点上；Δ(a_l，s_i)为P(u_n)中的接入点a_l在新接入了s_l个直接用户后的直接用户带宽满足率；为P′(u_n)中的接入点a′_l′在新接入了个间接用户后的间接用户带宽满足率；λ为一个取值在0至1之间的比例系数，用于调节直接用户负载均衡和间接用户负载均衡所占的比例；上述优化问题的含义为，为新接入的用户u_n求出一个最佳的关联AP，使得P(u_n)和P′(u_n)中各个AP的带宽满足率与均值的差异最小，步骤(3.2.2)，当所述用户完成计算，确定关联对象后，通过发起扩展的关联请求(Association Request)帧向步骤(3.2.1)中所述的最佳接入点发起关联，并在其中捎带所述用户的需求带宽；步骤(3.2.3)，当所述用户接入后，其所接入的接入点需要更新其直接用户数，并通过接入信令中携带的所述用户的需求带宽更新所述接入点的直接用户平均需求带宽。