CN101626575A - 无线Mesh回程网中进行频率规划的方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在无线Mesh回程网中进行频率规划的方法，该方法为：根据所述无线Mesh回程网中的业务负荷参考总量，确定频率资源中用于进行固定分配的第一类频率块的总数目，所述第一类频率块为各网络节点与存在主从关系的其它网络节点之间进行通信时使用的频率资源；根据所述第一类频率块的总数目，以及各网络节点的业务负荷，确定各网络节点应分配到的第一类频率块的数目；根据各网络节点应分配到的第一类频率块的数目，为各网络节点分配相应数目的第一类频率块。这样，便在保证频谱效率的基础上有效降低了频率规划方案的复杂度，避免了网络负荷的增加。本发明同时公开了一种通信装置和一种无线Mesh回程网。

Description

无线Mesh回程网中进行频率规划的方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种在无线Mesh回程网中进行频率规划的方法、装置及系统。

背景技术

随着技术的发展，下一代无线通信系统结合多种无线接入技术形成了汇聚网络，为终端用户提供了无处不在的高速宽带接入。这些接入包括比如第三代、第四代(3G/4G)移动通信系统，以IEEE802.11标准系列为代表的无线局域网(WLAN)，以IEEE802.16标准系列(WiMAX)为代表的正在兴起的宽带无线接入技术(Broadband Wireless Access，BWA)等。

无线Mesh回程网(Wireless Mesh Network，WMN)也是构建未来汇聚网络的关键因素之一。它采用多跳自组织(ad hoc)网络技术组织了全无线的网络，用来与因特网进行业务互传。与传统的移动ad hoc网不同，无线Mesh回程网使用了专用节点构建无线骨干网，在终端用户和网关之间提供多跳连接。无线Mesh回程网是一种高容量、高速率的分布式网络。作为一种新型的宽带无线网络，其具有组网简单、使用方便和网络功能可扩展等优点。

在进行无线Mesh回程网设计时，有很多需要考虑的因素，其中，为了充分利用有限的频率资源以提高频谱效率，进行合理的频率规划是必不可少的，而如何进行频率规划又与采用的多址接入方式密切相关。由于无线频谱资源有限，多个网络节点需要采用一定的多址接入方式来共享同一频段，常见的多址接入方式包括频分多址频分多址(Frequency Division Multiple Access，FDMA：)接入方式、时分多址(Time Division Multiple Access，TDMA：)接入方式、码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA：)接入方式、空分多址(SpaceDivision Multiple Access，SDMA)接入方式和载波监听多址(Carrier SensingMultiple Access，CSMA：)接入方式；另一方面，正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，OFDM：)技术具有频谱利用率高、码间干扰小等特点，适合于多径环境下的高速数据传输；因此，现有技术下，将正交频分复用(OFDM)技术引入无线Mesh回程网，通过用正交频分复用多址(OFDMA：Orthogonal Frequency Division Multiple Access)接入方式给相邻的网络节点分配不同的子载波，以达到共享频段的目的。

针对基于OFDMA的无线Mesh回程网，目前，已经提出的频率分配方法有两种：

一种方法为：针对基于OFDMA的由固定路由器或基站组成的无线Mesh回程网，在网络节点位置固定、网络节点之间的链路已知，以及需要进行通信的源节点和目的节点已知的前提下，通过在网络节点之间的链路上合理的分配子载波和功率，并结合一定的调度方法和路由策略，最终实现网络资源最优化的使用和每个网络节点吞吐量的最大化。

另一种方法为：在路由信息已知和网络节点之间的链路状况已知的前提下，通过实时分布式方式在链路之间分配子载波，并调整传输功率和传输速率，从而最终实现网络效用的最大化。

采用现有的频率分配方案，需要先获得设定时长内，进行通信连接的源节点和目的节点的信息，以及网络中业务负载和网络节点之间链路的实时状况等信息，再把所有的频率资源进行统一分配。这就使得现有的频率分配方案的动态性很高，并且对信息实时性的要求很高，因此，随着网络中业务负载和通信链路的不断变化，需要随时对频率资源的分配方式作出相应调整，这将大大增加控制信令的传输量，从而造成严重的网络负荷，同时，也增加了频率分配方案的复杂性。

发明内容

本发明实施例提供一种在无线Mesh回程网中进行频率规划的方法、装置及系统，用以降低无线Mesh回程网中的频率资源规划的复杂度。

本发明实施例提供的具体技术方案如下：

一种在无线Mesh回程网中进行频率规划的方法，包括步骤：

根据所述无线Mesh回程网中的业务负荷参考总量，确定频率资源中用于进行固定分配的第一类频率块的总数目，所述第一类频率块为各网络节点与存在主从关系的其它网络节点之间进行通信时使用的频率资源；

根据所述第一类频率块的总数目，以及各网络节点的业务负荷，确定各网络节点应分配到的第一类频率块的数目；

根据各网络节点应分配到的第一类频率块的数目，为各网络节点分配相应数目的第一类频率块。

一种通信装置，包括：

第一处理单元，用于所述无线Mesh回程网中的业务负荷参考总量，确定频率资源中用于进行固定分配的第一类频率块的总数目，所述第一类频率块为各网络节点与存在主从关系的其它网络节点之间进行通信时使用的频率资源；

第二处理单元，用于根据所述第一类频率块的总数目，以及各网络节点的业务负荷，确定各网络节点应分配到的第一类频率块的数目；

第三处理单元，用于根据各网络节点应分配到的第一类频率块的数目，为各网络节点分配相应数目的第一类频率块。

一种无线Mesh回程网，包括包括Mesh网关和Mesh节点，其中，

Mesh网关，用于所述无线Mesh回程网的业务负荷总量，确定频率资源中用于进行固定分配的第一类频率块的总数目，以及根据所述第一类频率块的总数目、本节点业务负荷和各Mesh节点的业务负荷，确定本节点和各Mesh节点应分配到的第一类频率块的数目，并为本节点和各Mesh节点分配相应数目的第一类频率块；所述第一类频率块为本节点和存在主从关系的Mesh节点之间进行通信时使用的频率资源，以及各Mesh节点和存在主从关系的其他Mesh节点之间进行通信时使用的频率资源；

Mesh节点，用于使用分配到的第一类频率块，与和本节点存在主从关系的其他Mesh节点进行通信，以及与各节点存在主从关系的Mesh网关进行通信。

本发明实施例中，在对频率资源进行规划时，先根据所述无线Mesh回程网中的业务负荷参考总量，确定频率资源中用于进行固定分配的第一类频率块的总数目，所述第一类频率块为各网络节点与存在主从关系的其它网络节点之间进行通信时使用的频率资源；再根据所述第一类频率块的总数目，以及各网络节点的业务负荷，确定各网络节点应分配到的第一类频率块的数目；接着，根据各网络节点应分配到的第一类频率块的数目，为各网络节点分配相应数目的第一类频率块。这样，各个网络节点初始分配到一定数目的频率资源，并使用该频率资源进行业务流的传输，如何进一步使用分配到的频率资源由各个网络节点根据自己的实际情况自行决定，显然，这种频率规划方式很好地考虑了无线Mesh回程网中业务流的特性，从而在一定程度上保证了频谱利用率，同时，由于没有针对信息实时性的要求，因此，也在全网范围内有效降低了频率规划方案的复杂度，避免了网络负荷的增加。

附图说明

图1A为本发明实施例中第一种无线Mesh回程网体系结构示意图；

图1B为本发明实施例中Mesh网关功能结构示意图；

图2为本发明实施例中Mesh网关对频率资源进行规划流程图；

图3为本发明实施例中第一种频率资源划分示意图；

图4为本发明实施例中第二种无线Mesh回程网体系结构示意图；

图5为本发明实施例中第二种频率资源划分示意图；

图6为本发明实施例中结构化频率资源在各网络节点上分配示意图。

具体实施方式

在对无线Mesh回程网中的频率资源进行划分时，为了降低规划方案的复杂度，本发明实施例中，根据所述无线Mesh回程网中的业务负荷参考总量，确定频率资源中用于进行固定分配的第一类频率块的总数目，所述第一类频率块为各网络节点与存在主从关系的其它网络节点之间进行通信时使用的频率资源；根据所述第一类频率块的总数目，以及各网络节点的业务负荷，确定各网络节点应分配到的第一类频率块的数目；根据各网络节点应分配到的第一类频率块的数目，为各网络节点分配相应数目的第一类频率块。

在实际应用中，无线Mesh回程网内的网络节点包括Mesh网关和Mesh节点，并且无线Mesh回程网内的业务流具有以下特性：首先，无线Mesh回程网内各网络节点上传输的业务流是由接入到该网络节点的多个用户的业务汇聚而成，因此具有一定的稳定性，随时间增长变化的速度较慢；其次，各业务流遵循一定的模式，大多数的业务流都是流向Mesh网关或者从Mesh网关流出，使得无线Mesh回程网内的业务负载分布具有一定的规律性，即越靠近Mesh网关的网络节点汇聚的业务流越多，负载也越重。

针对无线Mesh回程网的上述业务特性，本发明实施例中，在对频率资源进行规划时，由Mesh网关为各个网络节点初始分配一定数目的固定的频率资源，各网络节点使用分配到的固定的频率资源在主从节点之间进行业务流的传输，随着时间增加，当网络中各个网络节点的负载状况发生较大变化时，由Mesh网关再次执行频率规划，为各个网络节点重新分配一定数目的固定的频率资源。

下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。

参阅图1A所示，本发明实施例中，无线Mesh回程网中包含多个网络节点，这些网络节点分为两大类，一类称为Mesh网关节点，本实施例中简称为Mesh网关10，一类称为Mesh普通节点，本实施例中称为Mesh节点11，其中，

Mesh网关10，用于所述无线Mesh回程网的业务负荷总量，确定频率资源中用于进行固定分配的第一类频率块的总数目，以及根据所述第一类频率块的总数目、本节点业务负荷和各Mesh节点11的业务负荷，确定本节点和各Mesh节点11应分配到的第一类频率块的数目，并为本节点和各Mesh节点11分配相应数目的第一类频率块；所述第一类频率块为本节点和存在主从关系的Mesh节点11之间进行通信时使用的频率资源，以及各Mesh节点11和存在主从关系的其他Mesh节点11之间进行通信时使用的频率资源；

Mesh节点11，用于使用分配到的第一类频率块，与和本节点存在主从关系的其他Mesh节点11进行通信，以及与各节点存在主从关系的Mesh网关10进行通信。

参阅图1B所示，本发明实施例中，Mesh网关10包括第一处理单元100、第二处理单元101和第三处理单元102；其中，

第一处理单元100，用于所述无线Mesh回程网中的业务负荷参考总量，确定频率资源中用于进行固定分配的第一类频率块的总数目，所述第一类频率块为各网络节点与存在主从关系的其它网络节点之间进行通信时使用的频率资源；

第二处理单元101，用于根据所述第一类频率块的总数目，以及各网络节点的业务负荷，确定各网络节点应分配到的第一类频率块的数目；

第三处理单元102，用于根据各网络节点应分配到的第一类频率块的数目，为各网络节点分配相应数目的第一类频率块。

如图1B所示，Mesh网关10中还包括监测单元103，用于在确定网络环境符合预设条件时，通知第二处理单元101重新对无线Mesh回程网中的频率资源进行划分，包括重新确定结构化频率块的数目，以及重新确定各网络节点应分配到的结构化频率块的数目。

在无线Mesh回程网中，各网络节点上的业务流均为汇聚业务，即由多个用户的业务流汇聚而成，因此，大多数业务流具有相同的模式，如，都流向Mesh网关10，或者都从Mesh网关10流出，因此，参阅图1A所示，业务流在网络中呈现以Mesh网关10为根节点的树状结构，其中，网络中的各个Mesh节点11根据自身与Mesh网关10之间的跳数呈现出了不同的层次。由于业务流模式的特点，在大多数情况下，网络中的各个Mesh节点11都会与和本节点具有主从关系的不归属于同一层的Mesh节点11进行通信，而在极少数情况下，才会与和本节点不存在主从关系的同一层的Mesh节点11进行通信；因此越靠近Mesh网关10的Mesh节点11所承载的业务负荷越重，那么，在进行频率规划时，要充分考虑业务流的传输模式和分布模式，根据各网络节点的业务负荷情况来制定有效的频率规划方案。在实际应用中，用于记录网络节点业务负荷的参数有很多种，例如，网络节点的业务流均值、业务流方差、拥塞率、丢包率等等。本发明实施例中，仅以业务流均值和业务流该着为例进行介绍。

基于上述系统架构，参阅图2所示，本实施例中，Mesh网关10对无线Mesh回程网内的频率资源进行规划的详细流程如下：

步骤200：Mesh网关10确定以本节点为根节点的频率划分树的结构。

所谓确定频率划分树的结构，即确定各个网络节点之间的主从关系。在实际应用中，形成频率划分树的方法有多种，例如，最小代价生成树等等。使用不同的方法生成的频率划分树也不相同。本发明实施例中，Mesh网关10采用方法如下：

确定与Mesh网关10之间的跳数为1的Mesh节点11，即确定与Mesh网关10距离最近的Mesh节点11，本实施例中，将此类Mesh节点11称为1层节点，对于1层节点来说，只有Mesh网关10可以作为主节点，因此，Mesh网关10将这些1层节点均确定为本节点的从节点，同时将本节点确定成为这些1层节点的主节点；

将跳数增加1，即确定与Mesh网关10之间的跳数为2的Mesh节点11，本实施例中，将此类Mesh节点11称为2层节点，Mesh网关10将与某个2层节点相距1跳的1层节点确定为该2层节点的主节点，同时将该2层节点确定为这个1层节点的从节点；

以此类推，将跳数逐渐增加，以对各层节点的主从关系进行规划，直到相应的跳数上没有Mesh节点11；相应地，本实施例中，将规划出的各层节点分别称为3层节点、4层节点......

在无线Mesh回程网中，各个网络节点一般都设置在水平位置较高的地方，并且其位置的设置往往使得各网络节点之间存在视距传输，那么各网络节点之间的通信链路便会受到大尺度衰落和阴影衰落的影响，因此，网络节点之间距离越近，其通信质量越好，信道容量也越大，这也是各Mesh节点11选择与本节点距离最近的Mesh网关10或者其他Mesh节点11作为主节点的原因。当网络节点分布比较均匀时，采用上述这种方法可以使得各个网络节点的从节点的数量基本相同，这便保证了频率划分树的平衡性。

各网络节点之间的主从关系确定以后，Mesh节点11和Mesh网关10之间的通信将遵循固定的传输路径，这便有利于数据的快速路由，对主要的业务流模式起到了很好的支持作用。

步骤210：Mesh网关10按照预设方式将频率资源划分为用于进行固定分配的结构化频率资源和用于进行动态分配的非结构化频率资源。

参阅图3所示，本实施例中，假设无线Mesh回程网可用频率资源的带宽为W，共包含Z个可用子载波，则将每C个子载波划分为一个频率块，共有Z/C个频率块；令N＝Z/C，并将N个频率块划分为两组，分别称为L1和L2。其中，L1＝{1，2，...，M}，L1中包含的频率块是结构化的，即L1中的频率块是用于在各网络节点之间进行固定分配的；而L2＝{M+1，M+2...，N}中包含的频率块是非结构化的，即L2中的频率块是用于在各网络节点之间进行动态分配的。

L1中的频率块用于固定分配，反映的是无线Mesh回程网中各网络节点上业务流的平均特性，而L2中的频率块用于动态分配，反映的是无线Mesh回程网中各网络节点上业务流的波动性，因此，两部分频率资源在总带宽中所占的比例，由设定时长内各个网络节点上业务流的均值和方差来决定，其具体确定方法如下：

Mesh网关10获得设定时长内各网络节点上业务流的均值和方差，并计算其总量。本实施例中，由于各网络节点上的业务流是由多个用户业务汇聚而成，因此具有总量大，波动相对小的特点，并且各个网络节点上的业务流相对独立，那么，假定a节点在设定时长内的业务流的均值为A(a)，方差为D²(a)，则Mesh网关10计算出的各网络节点上业务流的均值总量应为

方差总量就为为

其中，J为网络节点的总数目，1≤a≤J。

接着，令 $A=\underset{a=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}A\left(a\right),$ $D^2=\underset{a=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{D}^2\left(a\right),$ 并采用公式L1/L2＝k*(A/D)来确定L1和L2中各自包含的频率块数目的比值，其中，k为预设的常数，可以根据具体的网络环境进行设定；A/D是均值与标准差的比值，用于表示网络中业务流的总体平均情况和波动情况的关系，前面乘以可变常数k来对A/D做调整，并最终决定L1与L2中包含的频率块在带宽W中所占的比例。

将一部分频率块划分至L2中以用于动态分配，主要是出于以下两点原因：

1、各个网络节点上所传输的业务流虽然是汇聚业务，具有稳定特性，但是也存在一定的波动性，当在短时间内出现业务突发时，固定分配给各网络节点的L1中的频率块可能不足以承载当前的业务负荷，从而出现瓶颈。这时，各网络节点可以占用L2中的频率块来应对突发情况。

2、L1中的频率块按照树形拓扑结构在各网络节点之间分配，这虽然有利于数据的快速路由，但是也限制了路由方式，当非主从关系的网络节点之间需要通信时，就可以占用L2中的频率块来建立通信连接。非主从关系的网络节点之间的通信，相对于主从关系的网络节点之间的通信要少的多，而且具有突发性，因此如果为其分配固定的率资源(即L1中的频率块)会造成资源的浪费，那么，采用动态的分配方式便更为合理。

步骤220：Mesh网关10确定各网络节点应分配到的结构化频率资源(即各网络节点应分配到的L1中频率块的数目)；其中，所述网络节点包括Mesh网关10本身，以及其管辖范围内的各Mesh节点11。

本实施例中，在分配结构化频率资源之前，Mesh网关10先获得自身管辖范围内，各网络节点上业务流的均值，从而计算出所有网络节点上业务流的均值总量，接着，再根据各网络节点所有网络节点上业务流的均值总量，计算出各网络节点应分配到的L1中频率块的数目。例如，a节点上业务流的均值为A(a)，则各网络节点上业务流的均值总量为

那么，a节点应分配到的L1中频率块数目n为： $n=M*(A\left(a\right)/\underset{a=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}A\left(a\right)),$ 其中M为L1中包含的频率块的总数目，1≤a≤J，J为网络节点的总数目。

步骤230：Mesh网关10将结构化频率资源分配到每个网络节点上，各网络节点使用分配到的结构化频率资源与本节点的主节点和从节点通信。

在确定各网络节点应分配到的L1中频率块的数目后，Mesh网关10按照一定的顺序依次为各网络节点分配相应数目的频率块，例如，Mesh网关10自身应分配到3个频率块，则Mesh网关10将L1中标号为1、2、3的频率块分给本节点；而下一个Mesh节点11则从L1中标号为4的频率块开始分配相应数目的频率块，以此类推......，这样，便保证了每个网络节点分配到的频率资源与自身的业务负载平均水平相匹配。

下面通过一个具体的实施例来对上述流程进行更为详细的说明。

参阅图4所示，Mesh网关10执行步骤200后确定出了以Mesh网关10为根节点的频率划分树的拓扑结构，即确定了各网络节点之间的主从关系。为了便于描述，本实施例中，将Mesh网关10称为1节点，并按照与Mesh网关10从近到远的顺序将其他Mesh节点11依次称为2节点、3节点......12节点。如图4所示，各网络节点使用固定分配到的L1中的频率块，与本节点的主节点和从节点进行通信，例如，2节点使用结构化的频率资源与1节点和4节点、5节点进行通信；通过这种通信方式，各网络节点之间形成了树形拓扑结构。而各网络节点使用动态分配到的L2中的频率块，与和本节点位于同一层的其他网络节点进通信，例如，2节点使用非结构化的频率资源与3节点进行通信，通过这种通信方式，各网络节点之间又叠加了一层网状的拓扑结构。

基于上述树形拓扑结构，Mesh网关10执行步骤210对频率资源进行规划。假设系统频率资源带宽为W＝10M，共有Z＝900个可用子载波，以C＝10个子载波为一个频率块，那么，共有N＝90个频率块。同时，同Mesh网关10根据各个网络节点上报的业务流的统计值计算得到： $A=\underset{a=1}{\overset{12}{\mathrm{\Σ}}}A\left(a\right)=168,$ $D^2=\underset{a=1}{\overset{12}{\mathrm{\Σ}}}{D}^2\left(a\right)=36,$ 取k＝1/2，则k*(A/D)＝14，那么，参阅图5所示，此次频率资源规划的结果为：L1中包含86个频率块，即M＝84；而L2中包含6个频率块。

接着，Mesh网关10执行步骤220确定各网络节点应分配到的L1中频率块的数目。根据公式

可以得到分配结果如下：

1节点：20个频率块；

2节点：14个频率块；3节点：15个频率块；

4节点：6个频率块；5节点：6个频率块；6节点：5个频率块；

7节点：6个频率块；8节点：3个频率块，9节点：2个频率块；10节点：2个频率块；11节点：3个频率块；12节点：2个频率块。

最后，Mesh网关10执行步骤230将L1中的频率块地各网络节点之间进行固定分配。参阅图6所示，基于上述分配结果，各网络节点分配到的L1中的频率块分别为：1节点分配到标号为1-20的频率块，2节点分配到标号为21-34的频率块......，以此类推。

基于上述实施例，Mesh网关10将划分至L2中的频率块以动态方式分配至所有网络节点，为所有网络节点公用，以适应无线Mesh回程网中业务流的波动和业务模式的变化。由于L2中的频率块可被任意一个网络节点所使用，那么，为了避免相距1跳的网络节点之间因使用相同的L2中的频率块而产生冲突，就需要采取一定的协调机制来调整L2中的频率块在各网络节点之间的使用。

在实际应用中，当各网络节点需要使用L2中的频率块时，可以由Mesh网关10对L2中的各频率块进行集中式的控制，以便实现频率资源的合理分配；但是，采用集中式控制方式时，Mesh网关10需要获得自身管辖范围内所有Mesh节点11对L2中的频率块的使用情况，以便进行频率资源的协调，显然，这会耗费大量的信令开销，从而大大的增加的系统负荷，降低了系统效率。因此，本实施例中，采用分布式控制方式来调整L2中的频率块在各网络节点之间的使用，其具体实施方式如下：

无线Mesh回程网中的每个网络节点(包括Mesh网关10和Mesh节点11)都在本地保存一张可用资源列表，用于记录本节点可使用的L2中的频率块的标号，各网络节点上保存的可用资源列表的初始记录均设置为：可使用L2中所有的频率块。

当某一个网络节点首先提出使用L2中的频率块的请求时，由于没有其他网络节点使用L2中的频率块，因此，首先提出请求的网络节点可以根据自身的业务需求对L2中的频率块进行任意选择。例如，网络节点A首先提出请求，要求占用2个L2中的频率块，则网络节点A可以在L2中，选择本节点认为信道状况最好的标号为M+1和M+2的2个频率块，并且向本节点干扰范围内的其他网络节点(如，与本节点相距1跳的其他网络节点)发送占用消息，该占用消息中携带已被占用的2个频率块的标号，用于通知本节点干扰范围内所有其他网络节点，上述两个L2中的频率块已被占用；接收到占用消息的其它网络节点，将上述两个频率块的标号从本地保存的可用资源列表中删除。而当网络节点A的业务流传输结束后，该网络节点A再向本节点干扰范围内的所有其它网络节点发送释放消息，该释放消息中携带已被释放的2个频率块的标号，此时，接收到释放消息的其他网络节点，再将上述两个频率块的标号重新添加至本地保存的可用资源列表中。

基于上述情况，此后每当有一个网络节点需要使用L2中的频率块时，该网络节点先将本地保存的可用资源列表，与通信对端的网络节点保存的可用资源列表进行比较，判断两张可用资源列表中标号相同的频率块的数目是否满足此次通信需求，若是，则从上述标号相同的频率块中选择信道状况最好的相应数目的频率块用于此次通信；否则，等待其它网络节点释放出足够数目的频率块后，再进行频率块的选择。在上述过程中，当网络节点选定相应数目的频率块后，同样需要发送占用消息通知本节点干扰范围内所有其它网络节点更新各自保存的可用资源列表，以及在通信结束时，发送释放消息通知本节点干扰范围内所有其它网络节点再次更新各自保存的可用资源列表。

下面仍以图4、图5和图6所记载的规划方案为例，对上述L2中频率块的调用流程进行详细说明。

参阅图5所示，L2中包含的频率块的数目为6，其标号为85-90。如图4所示，假设3节点与2节点进行通信连接时，需要占用2个L2中的频率块，则3节点将本地保存的可用资源列表，和2节点上保存的可用资源列表进行比较，并确定标号相同的频率块的数目大于等于2时，选择信道质量最好的2个频率块。假设3节点最终选择标号为86和88的2个频率块进行信令传输，则3节点在执行信令传输前，先向位于本节点干扰范围内的1节点、2节点、5节点、6节点、7节点和11节点发送占用消息，通知上述各网络节点在收到占用消息后更新各自的可用资源列表，即在各自的可用资源列表中把标号为86和88频率块删除。在3节点与2节点建立通信连接的过程中，若1节点、2节点、5节点、6节点、7节点或11节点需要使用L2中的频率块与其他网络节点建立通信连接，则上述各网络节点不能选择标号为86和88的频率块。当3节点结束与2节点之间的通信连接后，释放标号为86和88的频率块，并向1节点、2节点、5节点、6节点、7节点和11节点送释放消息，通知上述各网络节点在收到释放消息后再次更新各自的可用资源列表，即在各自的可用资源列表中重新添加标号为86和88的频率块。告诉周围节点。周围节点更新自己的可用频率块列表，把86，88频率块加入到可用频率块列表中。另一方面，若3节占确定本地保存的可用资源列表，和2节点上保存的可用资源列表中，标号相同的频率块的数目小于2，则3节点等待其他网络节点释放出足够数目的L2中的频率块后，再选择2个L2中的频率块来建立与2节点之间的通信连接，以及向本节点干扰范围内的1节点、2节点、5节点、6节点、7节点和11节点发送占用消息。

基于上述频率资源规划方案，在实际应用中，无线Mesh回程网中的业务负载随着时间的推移会发生变化，因此，仅进行一次频率资源规划是远远不够；当原有的规划方案不能适应当前；的业务负截状况时，就需要对无线Mesh回程网中的频率资源重新进行规划。本实施例中，当Mesh网关10确定当前网络状态满足以下任意一种预设条件时，便再次执行步骤210-步骤230来对无线Mesh回程网中的频率资源进行重新规划：

1、L2中的频率块的使用率超过设定门限值。

这种情况说明当前规划方案中，划分至L2中的频率块的数目不够，或者，说明当前系统中某些网络节点的平均业务负载有所增加，致使固定分配给这些网络节点的L1中的频率块无法满足现有负载需求，从而导致这些网络节点频繁占用L2中的频率块。其具体操作流程如下：

各网络节点占用L2中的频率块时，将使用情况上报至Mesh网关10，Mesh网关10对L2中的频率块在各网络节点的使用情况定期做统计，统计周期为T_a。若Mesh网关确定L2中的频率块的平均使用率超过设定门限β_a(β_a为预设的0至1之间的常数)，则对无线Mesh回程网中的频率资源进行重新规划。

2、Mesh网关10根据各网络节点周期性上报的业务流统计数据，确定某些网络节点的平均业务负载的增加量超过设定门限，并且此类网络节点的数目超过设定阈值。另一方面，若网络节点的平均业务负载都下降或者变化较小，则不需要改变现有规划方案。其具体操作流程如下：

各网络节点周期性向Mesh网关10上报本节点上业务流的均值和方差，周期为T_b。Mesh网关10对所有网络节点上业务流的均值进行分析后发现，超过α的网络节点上业务流的均值有所增加，并且增加的总和超过这些网络节点原有的业务流均值总和的β_b(α和β_b均为预设的0至1之间的常数)则Mesh网关10对无线Mesh回程网中的频率资源进行重新规划。

下面仍以图4、图5和图6所记载的规划方案为例，对上述重新规划流程进行更为详细的说明。

假设上述各预设参数分别为：T_a＝4s，β_a＝80％，T_b＝8s，α＝10％，β_b＝25％，即说明在4s的时间内，如果L2中的频率块的平均使用率超过80％，或者在8s的时间内，有超过10％的网络节点上负载的增加平均超过25％，则需要对频率进行重新规划。

对应于图4、图5和图6中记载的规划方案，若在8s内，5节点，9节点，和12节点(占节点总数的25％，已超过10％)的平均业务负载有所增长，并且其增长量分别是：A(5)：12-＞15，A(9)：4-＞6，A(12)：4-＞5，则可以计算得到，其总的增量为6，而三个节点原均值的总和为20，显然，6/20＝30％＞25％，满足执行重新规划的预设条件，那么，1节点将执行步骤210-步骤230对无线Mesh回程网中的频率资源进行重新规划。省去计算过程，1节点得到的新的规划方案如下：M＝85，以及，1节点得到的新的L1中频率块的分配方案如下

1节点：20个频率块；

2节点：14个频率块；3节点：15个频率块；

4节点：6个频率块；5节点：7个频率块；6节点：5个频率块；

7节点：6个频率块；8节点：2个频率块；9节点：3个频率块；10节点：2个频率块；11节点：2个频率块；12节点：3个频率块。

接着，1节点按照一定的顺序为各网络节点分配相应数目的L1中的频率块，这样，便实现了频率资源的重新规划。

综上所述，本发明实施例中，由Mesh网关10根据所述无线Mesh回程网中的业务负荷参考总量，确定频率资源中用于进行固定分配的第一类频率块的总数目，所述第一类频率块为各网络节点与存在主从关系的其它网络节点之间进行通信时使用的频率资源；根据所述第一类频率块的总数目，以及各网络节点的业务负荷，确定各网络节点应分配到的第一类频率块的数目；根据各网络节点应分配到的第一类频率块的数目，为各网络节点分配相应数目的第一类频率块。这样，各个网络节点初始分配到一定数目的频率资源，并使用该频率资源进行业务流的传输，如何进一步使用分配到的频率资源由各个网络节点根据自己的实际情况自行决定，并且随着时间增加，当网络中各个网络节点的负载状况发生较大变化时，由Mesh网关10再次执行频率规划，为各个网络节点重新分配频率资源。显然，本发明实施例提供的频率规划方案很好地考虑了无线Mesh回程网中业务流的特性，在一定程度上保证了频谱利用率，同时，由于没有针对信息实时性的要求，因此，也在全网范围内有效降低了频率规划方案的复杂度，避免了网络负荷的增加。

显然，本领域的技术人员可以对本发明中的实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明实施例中的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明中的实施例也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (20)

1、一种在无线Mesh回程网中进行频率规划的方法，其特征在于，包括步骤：

根据所述无线Mesh回程网中的业务负荷参考总量，确定频率资源中用于进行固定分配的第一类频率块的总数目，所述第一类频率块为各网络节点与存在主从关系的其它网络节点之间进行通信时使用的频率资源；

根据所述第一类频率块的总数目，以及各网络节点的业务负荷，确定各网络节点应分配到的第一类频率块的数目；

根据各网络节点应分配到的第一类频率块的数目，为各网络节点分配相应数目的第一类频率块。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述频率资源中用于进行固定分配的第一类频率块的总数目时，包括步骤：

确定所述频率资源中包含的频率块的总数目；

确定设定时长内所有网络节点上业务流的均值总量和方差总量；

根据所述均值总量和方差总量计算所述第一类频率块在所述频率资源中所占的比例，并根据该比例确定所述第一类频率块的总数目。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，采用公式N＝Z/C计算所述频率资源中包含的频率块的总数目，其中，N为频率块的总数目，Z为所述频率资源中包含的子载波的数目，C为预设的每一个频率块中包含的子载波的数目。

4、如权利要求2所述的方法，其特征在于，采用公式

计算设定时长内所有网络节点上业务流的均值总量，并采用公式

计算设定时长内所有网络节点上业务流的方差总量，其中，J为网络节点的总数目，1≤a≤J。

5、如权利要求2所述的方法，其特征在于，采用公式 $A=\underset{a=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}A\left(a\right),$ $D^2=\underset{a=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{D}^2\left(a\right)$ 和L₁/L₂＝k*(A/D)计算所述第一类频率块在所述频率资源中所占的比例，其中，L1/L2为第一类频率块总数目和除第一类频率块之外的其他频率块总数目的比值，k为预设的参数。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用公式

计算各网络节点应分配到的第一类频率块的数目，其中，M为所述第一类频率块的总数目，A(a)为设定时长内某一网络节点上业务流的均值，

为设定时长内所有网络节点上业务流的均值总量，J为网络节点的总数目，1≤a≤J。

7、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述网络节点包括Mesh网关和Mesh节点，则确定各网络节点之间的主从关系时，包括：

若Mesh节点与Mesh网关相距1跳，则将Mesh网关确定为该Mesh节点的主节点，同时将该Mesh节点确定为Mesh网关的从节点；

若Mesh节点与Mesh网关相距n跳，则将与所述Mesh节点相距1跳，且与Mesh网关相距n-1跳的其他Mesh节点确定为所述Mesh节点的主节点，同时，将所述Mesh节点确定为所述其他Mesh节点的从节点；其中，n≥2。

8、如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

确定用于进行动态分配的第二类频率块，并将所述第二类频率块分配到所有网络节点上，所述第二类频率块为各网络节点与不存在主从关系的其他网络节点进行通信时使用的频率资源。

9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，某个网络节点使用分配到的第二类频率块与不存在主从关系的其他网络节点进行通信时，先将本地保存的可用资源列表，与通信对端的网络节点保存的可用资源列表进行比较，判断两张可用资源列表中相同的第二类频率块的数目是否满足此次通信需求，若是，则选择相应数目的第二类频率块并建立通信连接；否则，等待其它网络节点释放出足够数目的第二类频率块后，再选择相应数目的第二类频率块并建立通信连接。

10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述网络节点选择相应数目的第二类频率块后，向所有与本节点相距1跳的其他网络节点发送占用消息，通知其他网络节点在其本地删除已被选择的第二类频率块。

11、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述网络节点在通信结束时，释放已选择的相应数目的第二类频率块，并向所有与本节点相距1跳的其他网络节点发送释放消息，通知其他网络节点在其本地重新添加删除已被释放的第二类频率块。

12、如权利要求8所述的方法，其特征在于，确定所述第二类频率块的使用率超过设定门限值时，确定所述频率资源中第一类频率块的总数目，以及确定各网络节点应分配到的第一类频率块的数目。

13、如权利要求8所述的方法，其特征在于，确定业务流均值增加的网络节点的数目与网络节点总数目的比值超过设定阈值，并且业务流均值增加总量与所述业务流均值增加的网络节点上原有的业务流均值总量的比值超过设定阈值时，确定所述频率资源中第一类频率块的总数目，以及确定各网络节点应分配到的第一类频率块的数目。

14、一种通信装置，其特征在于，包括：

第一处理单元，用于所述无线Mesh回程网中的业务负荷参考总量，确定频率资源中用于进行固定分配的第一类频率块的总数目，所述第一类频率块为各网络节点与存在主从关系的其它网络节点之间进行通信时使用的频率资源；

第二处理单元，用于根据所述第一类频率块的总数目，以及各网络节点的业务负荷，确定各网络节点应分配到的第一类频率块的数目；

第三处理单元，用于根据各网络节点应分配到的第一类频率块的数目，为各网络节点分配相应数目的第一类频率块。

15、如权利要求14所述的通信装置，其特征在于，所述第一处理单元确定所述第一类频率块的总数目时，先确定所述频率资源中包含的频率块的总数目，再确定设定时长内所有网络节点上业务流的均值总量和方差总量，以及根据所述均值总量和方差总量计算所述第一类频率块在所述频率资源中所占的比例，并根据该比例确定所述第一类频率块的总数目。

16、如权利要求14或15所述的通信装置，其特征在于，所述第二处理单元将所述频率资源中除所述第一类频率块之外的其他频率块，确定为用于进行动态分配的第二类频率块，所述第三处理单元将所述第二类频率块分配到所有网络节点上，使各网络节点在需要和与本节点不存在主从关系的其他网络节点进行通信连接时，调用相应数目的第二类频率块。

17、如权利要求16所述的通信装置，其特征在于，还包括：

监测单元，用于在确定所述第二类频率块的使用率超过设定门限值，或者，在确定业务流均值增加的网络节点的数目与网络节点总数目的比值超过设定阈值，并且业务流均值增加总量与所述业务流均值增加的网络节点上原有的业务流均值总量的比值超过设定阈值时，通知所述第二处理单元确定所述频率资源中结构化频率块的数目，以及确定各网络节点应分配到的结构化频率块的数目。

18、一种无线Mesh回程网，其特征在于，包括Mesh网关和Mesh节点，其中，

Mesh网关，用于所述无线Mesh回程网的业务负荷总量，确定频率资源中用于进行固定分配的第一类频率块的总数目，以及根据所述第一类频率块的总数目、本节点业务负荷和各Mesh节点的业务负荷，确定本节点和各Mesh节点应分配到的第一类频率块的数目，并为本节点和各Mesh节点分配相应数目的第一类频率块；所述第一类频率块为本节点和存在主从关系的Mesh节点之间进行通信时使用的频率资源，以及各Mesh节点和存在主从关系的其他Mesh节点之间进行通信时使用的频率资源；

Mesh节点，用于使用分配到的第一类频率块，与和本节点存在主从关系的其他Mesh节点进行通信，以及与各节点存在主从关系的Mesh网关进行通信。

19、如权利要求18所述的无线Mesh回程网，其特征在于，所述Mesh网关确定所述第一类频率块的总数目时，先确定所述频率资源中包含的频率块的总数目，再确定设定时长内所有网络节点上业务流的均值总量和方差总量，以及根据所述均值总量和方差总量计算所述第一类频率块在所述频率资源中所占的比例，并根据该比例确定所述第一类频率块的总数目。

20、如权利要求18或19所述的无线Mesh回程网，其特征在于，所述Mesh网关还用于确定进行动态分配的第二类频率块，并将所述第二类频率块分配到所有网络节点上，所述第二类频率块为各网络节点与不存在主从关系的其他网络节点进行通信时使用的频率资源。

Images