CN102595618A

CN102595618A - 一种与路由相结合的信道分配方法

Info

Publication number: CN102595618A
Application number: CN2012100435485A
Authority: CN
Inventors: 丛戎
Original assignee: Inspur Electronic Information Industry Co Ltd
Current assignee: Inspur Electronic Information Industry Co Ltd
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明提供一种与路由相结合的信道分配方法，其实现步骤包括：1）获得MAC层数据；2）在路由协议中加入MAC数据，建立节点之间的链接；3）根据获得的数据得到较优的链路进行信道分配，同时采取避免干扰机制。该一种与路由相结合的信道分配方法和现有技术相比，整合了网络层协议和MAC层信道信息，使节点对在通信时尽量能够分配到较好的通信链路，动态地分配信道资源。

Description

一种与路由相结合的信道分配方法

技术领域

本发明涉及无线网络中的节点间通信前的路由算法、信道分配方法，具体提供了一种与路由相结合的信道分配方法。

技术背景

无线网状网(WMN)是一种由Mesh路由器和Mesh终端设备以无线链路形式连接的静态无线网络，并且被认为Internet的无线版本。WMN大幅降低了网络部署的复杂程度，而且由于使用无线连接所以减少了对成本高昂的有线连接的需求。作为一种新型的网络，Mesh结构已被纳入到IEEE 802.11、IEEE 802.15和IEEE 802.16标准中。随着无线网络中业务的发展，用户数量和业务量的急剧增加，用户对带宽的需求也在不断增长。如何满足用户需求，提高网络容量是无线Mesh网络发展的一个关键问题，在Mesh网络中使用多信道是解决这一问题简单有效的方法。

现有的无线技术标准，如IEEE 802.11b/g，工作在2.4～2.4835GHz频段，这些频段被分为11个信道，其中，只有3条是正交信道（即频率不重叠）。在信道的使用过程中，不是所有的信道都能被同时使用，因为相邻的信道因频率相交会互相干扰。通常，信道1、信道6和信道11能够用于同时通信而不相互干扰。IEEE 802.11a扩充了标准的物理层，规定该层使用5GHz的频带。该标准采用OFDM调制技术，提供了12个非重叠的传输信道，它的传输速率范围为6Mbps-54Mbps。不过，也正式因为802.11a使用的频段较高，使其传输距离大打折扣，其无线AP的覆盖范围甚至不到802.11b/g的一半。以实际情况来说，假如一个使用了802.11b标准的无线AP的覆盖为80米，那么使用802.11a标准的无线AP就只能达到30米左右。另外，由于设计复杂，基于802.11a标准的无线产品的成本要比基于802.11b的无线产品高的多。所以当前的无线Mesh网络使用802.11b标准居多。那么只有合理有效的分配非常有限的信道资源，才能够在很大程度上消除Mesh节点间的信号干扰，从而提高无线Mesh网络的吞吐量，确保无线Mesh 网络数据的可靠传输，降低丢包率，使无线Mesh网络能够实际应用到各个领域。

传统的无线Mesh网络信道研究得比较多的是单信道MAC协议，其设计难点主要集中在解决隐藏终端和暴露终端问题，大多数的协议都采用RTS/CTS分组的预约机制来解决该问题。采用单信道的一个共同问题就是移动节点数的增加将加剧节点间的竞争和分组发送的冲突，使得网络性能随之急剧下降，信道利用率降低。采用多接口多信道技术可以为网络中的节点或链路分配不同信道，有效降低网络干扰，提升网络容量。

发明内容

本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种结构简单、方便实用的电源结构。

本发明的技术方案是按以下方式实现的，该一种与路由相结合的信道分配方法，其实现步骤包括：

1）、获得MAC层数据；

2）、在路由协议中加入MAC数据，建立节点之间的链接；

3）、根据获得的数据得到较优的链路进行信道分配，同时采取避免干扰机制。

上述步骤3）的信道分配过程为：

a、发送节点检查自己的信道信息表CIT，选择可以使用的信道C_USE并将此信息加入到路由信息中，使用公共控制信道进行本地广播，寻找接收节点；

b、在步骤发送节点的实现过程中，发送节点的干扰范围内的所有邻居节点都会收到发送节点的路由信息，并根据收到的信息更新自己的CIT；

c、发送节点干扰范围以内的节点可以根据自己的CIT分配其他信道；发送节点干扰范围以外的节点如果监听到控制信道被使用，则采用规避算法等待信道让出，直到此信道被让出；

d、接收节点收到路由信息包后，根据收到的信道信息查询自己CIT中的当前被占用信道C_CUR，确定能够使用的信道C_USE，更新CIT，并以此信道进行通信；

e、当通信完毕后，发送节点通知接收节点信道C_USE使用完毕，让出此信道的控制权，两个节点更新CIT。

所述避免干扰机制是指如果上一跳节点预约的信道不能使用，则节点返回自己的信道信息，上一跳更新自己的信道信息表后，重新选择可以使用的信道重新进行协调信道的工作。

本发明与现有技术相比所产生的有益效果是：

本发明的一种与路由相结合的信道分配方法提出一种基于跨层设计的与路由相结合的信道分配策略，本发明整合了网络层协议和MAC层信道信息，使节点对在通信时尽量能够分配到较好的通信链路，动态地分配信道资源，通信只有在有需要时才被分配，使用完后则被释放，不会造成信道的浪费，使信道资源相对地增加；利用跨层设计的思想，将MAC层的信道信息加入到路由信息中，使节点能够根据当前网络的容量况进行路由，进行合理地信道分配；算法中的每个节点只需要和自身信号干扰内的节点交换信息，对范围外的节点没有影响；采用了比较简单的信道干扰的度量标准，减少了节点计算此阀值的时间。

附图说明

附图1是本发明的节点分配信道示意图。

附图2为实施例的信道分配过程。

附图3为实施例的信道回复过程。

附图4为实施例的避免干扰过程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种与路由相结合的信道分配方法作以下详细说明。

通过整合网络层协议和MAC层信道信息，使节点对在通信时尽量能够分配到较好的通信链路，现提供一种与路由相结合的信道分配方法，其实现步骤包括：

1）、获得MAC层数据，这是信道分配的数据基础，节点根据MAC层的数据进行路由和避免干扰；

2）、在路由协议中加入MAC数据，建立节点之间的链接；

3）、根据获得的数据得到较优的链路进行信道分配，选择较优链路主要负责根据得到的MAC层数据和网络层数据来判断节点在路由时链路和避免干扰的操作，同时采取避免干扰机制，避免干扰机制是信道分配策略核心部分，解决了在不同的链路以及信号干扰的情况下节点通信时该如何尽量避免干扰的问题。

上述步骤3）的信道分配过程如附图1所示，其具体实现过程如下：

实施例：

下面参照附图2，对本发明的内容以一个具体实例来描述实现这一方法的过程，若节点A要与节点C进行通信，在信道协调和分配过程中，需要网络中有一个固定的控制信道来对干扰范围内的节点进行载波监听并协调信道，以此来避免多信道的隐藏终端问题，其他的信道作为数据传输使用的信道。

假设网络中有5个互不干扰的信道，信道C1为控制信道，C2、C3为数据信道。每个节点有一个CIT表，CIT中各个数据的初始值均为0。

当节点A要建立与C节点的路由时：

（1）节点A选择可以使用的信道作为预约信道，然后源节点A在控制信道上广播一个携带信道状态信息的RREQ消息给下一跳邻居节点B。

（2）节点B从接收到源节点A的RREQ后，通过对比自己的信道信息表，得出可以使用的信道，并计算信道预约时间T_PRE。然后，B更新自己的相应的数据，选择另一个可用信道作为预约信道与下一个节点进行下一步协调工作，并将更新后信道信息和预约时间的值附在RREQ中，广播给下一跳邻居节点C。

（3）节点C接收到节点B的RREQ后，通过对比自己的信道信息表，得出可以使用的信道，并计算信道预约时间T_PRE。然后，B更新自己的CIT表。由于C是目的节点，不需要再转发RREQ。

如附图3所示，节点C将自己信道信息附在RREQ中向上一跳节点B、节点B将自己信道信息附在RREQ中向上一跳节点A进行回复，建立反向链路。此时，整个链路的信道则分配完毕。

如附图4所示，节点B收到节点A的RREQ后，发现预约的信道不能使用，则返回自己信道表中信息，A更新自己的信道信息表后重新与B协调信道，进而完成避免干扰的过程。

由于每两个节点之间的链路都使用了不同的信道，所以避免了干扰。

本发明使用时间作为节点负载情况的度量，并通过一个队列来实现较优的信道分配，通过对时间和队列的操作可以改变网络中的链路状况，有效降低网络干扰，提升网络容量。

Claims

1.一种与路由相结合的信道分配方法，其特征在于其实现步骤包括：

1）、获得MAC层数据；

2）、在路由协议中加入MAC数据，建立节点之间的链接；

2.根据权利要求1所述的一种与路由相结合的信道分配方法，其特征在于上述步骤3）的信道分配过程为：

3.根据权利要求1所述的一种与路由相结合的信道分配方法，其特征在于所述避免干扰机制是指如果上一跳节点预约的信道不能使用，则节点返回自己的信道信息，上一跳更新自己的信道信息表后，重新选择可以使用的信道重新进行协调信道的工作。