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无线mesh网络中基于拓扑分层的多信道分配算法研究

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 无线 mesh 网络中基于拓扑分层的多信道分 配算法研究 作者:肖伟 王丽文 来源:《电脑知识与技术》2014 年第 29 期 摘要:无线 Mesh 网络是具有多跳、自组织、自愈合和高健壮性等特点的宽带网络。因为 结点信号之间存在干扰及频谱资源的有限性,如何通过频谱分配来提升网络效率成为 Mesh 网 络研究的重要方向。该文给出一种多信道分配算法,目的在于改善无线 mesh 网络可用信道频 率的综合效率,基础在于网络结构按拓扑进行结构分层。该算法首先进行分层设计,然后在拓 扑分层的基础上根据信道的优先级分配信道,达到频率资源的有效分配的目标。仿真实验说明 该算法能有效地提高无线网络整体性能。 关键词:无线 mesh 网络;信道分配;拓扑分层 中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2014)29-6839-03 Abstract: Wireless Mesh Network is the broadband wireless Networks with multi-hop, selforganization, self-healing, high robustness and other characteristics. Due to the limited spectrum resources and the signal transmission between nodes interfere with each other, how to distibute spectrum scope and increase the transmission performance becomes an important orientation in the Mesh network. for increasing the combined efficiency in wireless mesh network based on the available channels frequency utilization, this paper presents a novel algorithm based on topology hierarchy. Firstly, this algorithm realize the hierarchical topology, and then layered on the basis of the topology depend on the priority of the channels to assign channels. Simulation consequence indicates that the whole performance in Mesh networks would be improved using the algorithm. Key words: wireless mesh networks; channel assignment; topology hierarchical 无线 Mesh 网络[1,2]是一种在无线局域网的基础上发展起来的,具有自组织、自愈合和 高健壮性等优点的新型宽带无线网络结构。无线 Mesh 网络技术采用多点到多点通信的网络拓 扑结构,支持多种类型的网络接入,被认为是未来无线通信发展的关键技术。 在无线 Mesh 网络中,频率通道选择、功率控制和无线路由等将直接影响系统设备的传输 能力和无线链路质量等 Qos 性能。为了适应无线 Mesh 网络对传输性能的要求,近年来提出多 射频多信道(Multi-Radio Multi-Channel,MRMC)[3,4]技术应用到无线 Mesh 网络中,形成 了多射频多信道 Mesh 网络((Multi-Radio Multi-Channel WMN,MRMC-WMN)[5]。 MRMC-WMN 网络具有提升网络容量,增强数据传输可靠性,减轻网络的信道干扰等诸 多优点。在此基础上,高效的信道分配算法能有效地提高网络的吞吐率,增加信道的重用性, 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 优化网络的通信性能。该文在多射频和多信道的条件下,基于拓扑分层及信道的优先级分配通 信信道,实现频率资源的高效率分配利用。 1 无线信道分配约束 由于无线环境存在的频道干扰以及相对有限的资源,无线网络如何分配频谱资源通常是无 线 Mesh 网络研究的重要方向。为了提高提升网络的传输性能,通常处理方法是把网络各种资 源按单个的资源类型来分配,最后再综合考虑整体性能,这样就造成往往难以实现网络资源分 配的最优化。该文中,我们主要研究 Mesh 无线网络中信道分配策略,综合考虑信道优先级、 干扰等因素,实现网络资源的最优分配。 无线网络中信道的最优化分配问题是 NP-完全问题[6],它通常满足下面约束条件:第一, 由于结点的射频数量有限且固定,网络的可用信道数量将固定,每个结点可以利用的信道数目 也将受到限制,所以相互通信的两个结点需要使用相同频率;第二,网络中相互通信的结点间 具有信道依赖性,如果改变通信的频率,将造成相邻结点通信也相应发生频率变化;第三,信 道分配需要考虑网络的通信链路负载量,信道分配研究通常假设链路有相同的通信负载,但是 在实际网络中,链路的负载通常是不相同的,例如在网关结点的负载明显要大些,而分配算法 通常以分配更高带宽的方式来解决;第四,信道分配通常还需考虑采用的路由分配算法的影 响。 2 无线信道分配研究现状 在多跳无线网络中,无线信道的分配研究已取得了不少成果,主要的研究方向包括如下几 个方面: 1) 集中和分布式分配算法研究。文献[7]给出了自我稳定的信道分配算法,它通过贪婪法 选择频道,减少局部目标函数对分配算法的影响。另外,文献[8]提出了一种相对集

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