CN103781179A - 负载感知无线Mesh网络部分重叠信道分配系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种负载感知无线Mesh网络部分重叠信道分配系统及方法，该系统及方法首先根据网络中各条流的流量及经过路径，确定网络中需要分配信道的链路及其负载，按照链路负载对各链路进行降序排列，确定链路的信道分配次序；然后重复遍历所有需要分配信道的链路，为各链路分配满足无干扰约束的部分重叠信道，并将各链路划分成不同链路集合；最后将数据传输时间划分成若干调度时隙，每个时隙依次调度一个链路集合，实现无干扰数据传输。由于同一链路集合内链路互不干扰，相互干扰的链路分到不同集合中；相互干扰的链路在不同时隙调度，同一时隙内调度的各链路互不干扰，保证了需要传递负载的链路都得到传输数据的机会，实现无干扰数据传输。

Description

负载感知无线Mesh网络部分重叠信道分配系统及方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种负载感知的IEEE802.11b/g无线Mesh网络联合部分重叠信道分配与调度系统及方法。

背景技术

无线Mesh网络具有高带宽、快速部署、易于安装、维护简单、前期投资成本低等优势，能够扩展无线网络的覆盖范围，因此有望成为解决“最后一公里”接入问题的理想解决方案。

由同信道干扰引发的网络容量下降是无线Mesh网络面临的主要挑战。由于正交信道数的有限性，尤其是基于IEEE802.11b/g的无线Mesh网络只有3条正交信道，网络很难避免为相邻链路分配相同信道，因此仅利用正交信道难以解决干扰问题。部分重叠信道的引入为无线Mesh网络干扰减轻甚至消除带来了新的思路，通过仔细规划部分重叠信道的使用，可以有效降低网络中的干扰，增加网络中的并行传输数，能显著提升网络容量。从目前国内外的研究情况来看，无线Mesh网络中部分重叠信道的规划使用问题尚未得到有效解决。绝大多数部分重叠信道下的信道分配方案为负载感知信道分配方案，即假设网络中存在业务统计器，因此网络可以预先获知各链路上的负载。信道分配的任务就是在给定的这些条件下，沿着流的路径计算获得一种信道分配和链路调度结果，以完成负载的传递。但是现有信道分配方法存在以下不足：现有信道分配通常是在媒体接入控制MAC（MultimediaAccessControl）层使用CSMA/CA（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionAvoidance）接入机制下进行的，各链路使用竞争机制进行接入，只有满足信道无干扰约束的链路能同时传输，但是无干扰约束使得网络无法保证为所有有需要的链路分配信道，链路负载不能得到有效传递，网络容量受影响较大。因此应当考虑使用联合信道分配与链路调度的方法，为网络中所有需要传递负载的链路分配信道，将链路划分成不同的链路集合，使用分时调度方式在不同时隙调度不同链路集合，实现无冲突数据传输。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种负载感知无线Mesh网络部分重叠信道分配系统及方法，以提升网络负载传输能力、提高无线Mesh网络容量，实现无干扰数据传输。

为了解决上述技术问题，本发明的负载感知无线Mesh网络部分重叠信道分配系统包括：

链路信道分配次序确定模块：

设网络中所有网络流的集合为T，需要分配信道的链路集合为L；利用式（1）计算链路l∈L上的负载load_l；

${\mathrm{load}}_l=\underset{t\∈T}{\mathrm{\Σ}}{p}_t\×I_{\mathrm{tl}}---\left(1\right)$

其中t表示网络流中任意一条流，t∈T；p_t表示流t的流量；I_tl为二进制变量，当流t经过链路l时，Itl=1，否则I_tl=0；

根据链路集合L中各链路上的负载进行降序排列，确定链路的信道分配次序，链路的负载越重则信道分配的次序越靠前；对于负载相同的多个链路，信道分配次序随机选取；

信道分配模块：

首先，为链路集合L中负载最重的链路之一分配信道1，并将该链路添加到已分配信道的链路集合L₁中；然后按照链路信道分配次序依次为链路集合L中其他链路选取信道；在此过程中，对于其中任一链路i，取链路i与L中所有已经分配信道的链路之间的无干扰可选信道集合的交集；若所述交集为空，则不为链路i分配信道；否则选择无干扰可选信道集合的交集中信道号最小的信道分配给链路i，并将链路i添加到已分配信道的链路集合L₁中；信道分配第一轮遍历结束后未分配信道的链路集合为L¹=L-L₁；

其次，为链路集合L¹中负载最重的链路之一分配信道1，并将该链路添加到已分配信道的链路集合L₂中；然后按照链路信道分配次序依次为链路集合L¹中其他链路选取信道；在此过程中，对于其中链路p，取链路p与L¹中所有已经分配信道的链路之间的无干扰可选信道集合的交集；若所述交集为空，则不为链路p分配信道；否则选择无干扰可选信道集合的交集中信道号最小的信道分配给链路p，并将链路p添加到已分配信道的链路集合L₂中，信道分配第二轮遍历结束后未分配信道的链路集合为L²=L¹-L₂；

重复上述过程，进行信道分配的第三轮、第四轮遍历，依此类推，直到集合L中的所有链路均被分配信道，最终形成的已分配信道链路集合为L₁,L₂,…,L_n；

在信道分配过程中，对于链路集合L中任一链路i，其与L中已经分配信道的任一链路j之间的无干扰可选信道集合U如下：

其中c_j为链路j使用的信道号；τ为链路i的无干扰可选信道与c_j的最小信道号间隔，τ根据式（3）、式（4）确定；

$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&tau;}\&GreaterEqual;5& d(i,j)=0\\ R^{\&prime;}\&times;\mathrm{Itr}\left(\mathrm{\&tau;}\right)<d(i,j)\&le;R^{\&prime;}\&times;\mathrm{Itr}(\mathrm{\&tau;}-1)& d(i,j)\&NotEqual;0\end{array}\right.---\left(3\right)$

$\mathrm{Itr}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=k\sqrt{\frac{{\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}\mathrm{PSD}\left(f\right)\&times;\mathrm{PSD}(f-5\&times;\mathrm{\&tau;})\mathrm{df}}{{\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}\mathrm{PSD}{\left(f\right)}^2\mathrm{df}}}---\left(4\right)$

其中d(i,j)为链路i和j之间的欧式距离；R′表示同信道下的干扰范围；Itr(τ)表示当链路所使用的信道之间的信道号间隔为τ时的干扰范围缩减比；PSD（f）表示功率谱密度函数；k为双径传播模型（Two-rayGround传播模型）中的路径损耗因子，取值为2～4；

链路调度模块：将数据传输时间划分成n个调度时隙，按照L₁→L_n的顺序每个时隙调度一个链路集合，在每个调度时隙内对相应的链路集合中所有链路的数据流进行传输，最终实现网络中各链路数据的传输。

本发明的负载感知无线Mesh网络部分重叠信道分配方法包括下述步骤：

1）链路信道分配次序确定：

设网络中所有网络流的集合为T，需要分配信道的链路集合为L；利用式（1）计算链路l∈L上的负载load_l；

${\mathrm{load}}_l=\underset{t\&Element;T}{\mathrm{\&Sigma;}}{p}_t\&times;I_{\mathrm{tl}}---\left(1\right)$

其中t表示网络流中任意一条流，t∈T；pt表示流t的流量；I_tl为二进制变量，当流t经过链路l时，I_tl=1，否则I_tl=0；

根据链路集合L中各链路上的负载进行降序排列，确定链路的信道分配次序，链路的负载越重则信道分配的次序越靠前；对于负载相同的多个链路，信道分配次序随机选取；

2）信道分配：

首先，为链路集合L中负载最重的链路之一分配信道1，并将该链路添加到已分配信道的链路集合L₁中；然后按照链路信道分配次序依次为链路集合L中其他链路选取信道；在此过程中，对于其中任一链路i，取链路i与L中所有已经分配信道的链路之间的无干扰可选信道集合的交集；若所述交集为空，则不为链路i分配信道；否则选择无干扰可选信道集合的交集中信道号最小的信道分配给链路i，并将链路i添加到已分配信道的链路集合L₁中；信道分配第一轮遍历结束后未分配信道的链路集合为L¹=L-L₁；

其次，为链路集合L¹中负载最重的链路之一分配信道1，并将该链路添加到已分配信道的链路集合L₂中；然后按照链路信道分配次序依次为链路集合L¹中其他链路选取信道；在此过程中，对于其中链路p，取链路p与L¹中所有已经分配信道的链路之间的无干扰可选信道集合的交集；若所述交集为空，则不为链路p分配信道；否则选择无干扰可选信道集合的交集中信道号最小的信道分配给链路p，并将链路p添加到已分配信道的链路集合L₂中，信道分配第二轮遍历结束后未分配信道的链路集合为L²=L¹-L₂；

重复上述过程，进行信道分配的第三轮、第四轮遍历，依此类推，直到集合L中的所有链路均被分配信道，最终形成的已分配信道链路集合为L₁,L₂,…,L_n；

在信道分配过程中，对于链路集合L中任一链路i，其与L中已经分配信道的任一链路j之间的无干扰可选信道集合U如下：

其中c_j为链路j使用的信道号；τ为链路i的无干扰可选信道与c_j的最小信道号间隔，τ根据式（3）、式（4）确定；

${\mathrm{load}}_l=\underset{t\&Element;T}{\mathrm{\&Sigma;}}{p}_t\&times;I_{\mathrm{tl}}---\left(1\right)$

$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&tau;}\&GreaterEqual;5& d(i,j)=0\\ R^{\&prime;}\&times;\mathrm{Itr}\left(\mathrm{\&tau;}\right)<d(i,j)\&le;R^{\&prime;}\&times;\mathrm{Itr}(\mathrm{\&tau;}-1)& d(i,j)\&NotEqual;0\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中d(i,j)为链路i和j之间的欧式距离；R′表示同信道下的干扰范围；Itr(τ)表示当链路所使用的信道之间的信道号间隔为τ时的干扰范围缩减比；PSD（f）表示功率谱密度函数；k为双径传播模型（Two-rayGround传播模型）中的路径损耗因子，取值为2～4；

3）链路调度：将数据传输时间划分成n个调度时隙，按照L₁→L_n的顺序每个时隙调度一个链路集合，在每个调度时隙内对相应的链路集合中所有链路的数据流进行传输，最终实现网络中各链路数据的传输。

本发明的有益效果：

根据网络中各条流的流量及经过路径，确定网络中需要分配信道的链路及其负载，按照链路负载对各链路进行降序排列，确定链路的信道分配次序。负载重的链路优先被分配无干扰信道，优先得到数据传输的机会；重复遍历所有需要分配信道的链路，为各链路分配满足无干扰约束的部分重叠信道，并将各链路划分成不同链路集合，优点是：同一链路集合内的链路彼此互不干扰，彼此相互干扰的链路被分到不同集合中；结合链路调度，将彼此相互干扰的链路安排在不同时隙调度，同一时隙内调度的各链路彼此互不干扰，保证所有需要传递负载的链路都得到传输数据的机会，实现无干扰数据传输。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的负载感知无线Mesh网络部分重叠信道分配系统框图。

图2为本发明的负载感知无线Mesh网络部分重叠信道分配方法的总流程图。

图3为本发明确定链路负载及信道分配次序的说明图。

图4为本发明信道分配的流程图。

图5为本发明确定链路的无干扰可选信道集合的说明图。

图6为本发明链路调度的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的负载感知无线Mesh网络部分重叠信道分配系统包括：链路信道分配次序确定模块，信道分配模块，链路调度模块；

所述链路信道分配次序确定模块：首先根据网络中各条流的流量及经过路径，确定网络中需要分配信道的链路及其负载。然后按照链路负载对各链路进行降序排列，确定链路的信道分配次序，链路的负载越重则信道分配的次序越靠前，对于负载相同的多个链路，信道分配次序随机选择。

设所有网络流的集合用T表示，每条流t∈T的流量为p_t，流经过的所有链路即为网络中需要分配信道的链路集合L，则链路l∈L上的负载为：

${\mathrm{load}}_l=\underset{t\&Element;T}{\mathrm{\&Sigma;}}{p}_t\&times;I_{\mathrm{tl}}---\left(1\right)$

其中：I_tl为二进制变量，当流t经过链路l时，I_tl=1，否则I_tl=0。如图3，网络中的流为t1～t5，则根据上式可以计算得出：链路AB上的负载为1.8，链路BC上的负载为1.1，链路BD上的负载为1.0，链路BE上的负载为1.4。则链路的信道分配次序依次为链路AB，BE，BC和BD。假设链路集合L有两条链路的负载相同，则这两条链路的信道分配次序可以随机选择。

所述信道分配模块：重复遍历所有需要分配信道的链路，为各链路分配满足无干扰约束的部分重叠信道，并将各链路划分成不同链路集合。

两条链路i=(u₁,v₁)和j=(u₂,v₂)之间的欧式距离d(i,j)定义为链路i的任一个端点与链路j的任一个端点距离的最小值：

d(i,j)＝min(d(u₁,u₂),d(u₁,v₂),d(v₁,u₂),d(v₁,v₂))

其中：d(u₁,u₂)表示节点u₁、u₂之间的欧式距离，d(u₁,v₂)、d(v₁,u₂)、d(v₁,v₂)分别表示对应节点之间的欧式距离。由图5可以看出链路i与j之间的距离d(i,j)等于d(u₁,u₂)。

设链路i和j之间的欧式距离为d(i,j)，若链路i和j连接到同一个节点，则链路i和j之间的欧式距离d(i,j)=0，则根据无干扰约束条件，两链路之间的信道号间隔至少为5（即链路i与j的最小信道号间隔τ应满足τ≥5），否则如果链路i和j同时传输，无论接收端位于何处都会彼此干扰，即连接到同一节点的链路要满足正交约束。若链路i和j未连接到同一个节点，即d(i,j)≠0时，根据无干扰约束条件，要求链路i与j的最小信道号间隔τ满足：

R′×Itr(τ)＜d(i,j)≤R′×Itr(τ-1)

其中R′表示同信道下的干扰范围；Itr(τ)表示当链路所使用的信道之间的信道号间隔为τ时的干扰范围缩减比,用来量化部分重叠信道之间的干扰关系，Itr(τ)可以使用理论计算方法获得：

$\mathrm{Itr}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=k\sqrt{\frac{{\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}\mathrm{PSD}\left(f\right)\&times;\mathrm{PSD}(f-5\&times;\mathrm{\&tau;})\mathrm{df}}{{\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}\mathrm{PSD}{\left(f\right)}^2\mathrm{df}}}$

其中f表示信道的频率，PSD（f）表示功率谱密度函数；k为Two-rayGround传播模型中的路径损耗因子，取值为2～4。

当链路j已经被分配信道c_j时，链路i的无干扰可选信道集合U为：

本发明使用干扰范围缩减比Itr（τ）量化部分重叠信道之间的干扰关系，并使用理论计算方法获取Itr（τ）值，当假设Two-rayGround传播模型中的路径损耗因子k取值为4，当收发信机使用滚降因子为1的升余弦滚降滤波器时，对应不同信道号间隔τ的Itr（τ）值如表1所示。

表1使用滚降因子为1的升余弦滚降滤波器且路径损耗因子为4时的Itr（τ）值:

当收发信机使用不同类型滤波器时，网络都可以在进行信道分配之前通过理论计算方法获取Itr（τ）值。这种获取干扰范围的方法具有很好的移植性，适用于任何配置的网络。当给定同信道下的干扰范围R’时，信道号间隔为τ时的部分重叠信道缩减干扰范围为Itr(τ)×R’。假设节点收发信机使用滚降因子为1的升余弦滚降滤波器并假设同信道下的干扰范围R’为550m，节点u₁、u₂之间的欧式距离d(u₁,u₂)为400m。当链路j已经被分配信道1时，由于550×0.6928<400<550×0.8667，即Itr(2)×R’<d（u₁,u₂）<Itr(1)×R’，因此链路i与j至少信道号间隔为2时才彼此无干扰，i的无干扰可选信道集合为{3,4,5,6,7,8,9,10,11}。遍历需要分配信道的链路集合中的所有链路，即完成所述信道分配。分配信道的具体过程如下：

信道分配第一轮遍历：首先，为链路集合L中负载最重的链路AB分配信道1，并将该链路添加到已分配信道的链路集合L₁中；然后按照链路信道分配次序为链路BE选取信道；取链路BE与AB之间的无干扰可选信道集合；若该集合不为空，则选择无干扰可选信道集合中信道号最小的信道分配给链路BE，并将链路BE添加到已分配信道的链路集合L₁中。其次为BC选取信道；设链路BC与AB之间的无干扰可选信道集合为U1，链路BC与BE之间的无干扰可选信道集合为U2；若U1和U2交集为空，则不为链路BC分配信道；再次为BD选取信道；设链路BD与AB之间的无干扰可选信道集合为U3，链路BD与BE之间的无干扰可选信道集合为U4，若U3和U4交集为空；则不为链路BD分配信道；信道分配第一轮遍历结束，未分配信道的链路集合为L¹=L-L₁；

信道分配第二轮遍历：为链路BC分配信道1，并将该链路添加到已分配信道的链路集合L₂中；然后为链路BD选取信道；若链路BD与BC的无干扰可选信道集合不为空，则选择无干扰可选信道集合中信道号最小的信道分配给链路BD，并将链路BD添加到已分配信道的链路集合L₂中，信道分配第二轮遍历结束；最终形成的已分配信道链路集合为L₁,L₂。

链路调度模块：将数据传输时间划分成2个调度时隙，在第一个调度时隙内对链路集合L₁内所有链路的数据流进行传输，在第二个调度时隙内对链路集合L₂内所有链路的数据流进行传输，最终实现网络中各链路数据的传输。

如图2所示，本发明的负载感知无线Mesh网络部分重叠信道分配方法详细过程如下：

步骤1）：根据网络中各条流的流量及经过的路径，确定网络中需要分配信道的链路及其负载。

设所有网络流的集合用T表示，每条流t∈T的流量为p_t，流经过的所有链路即为网络中需要分配信道的链路集合L，则链路l∈L上的负载为：

${\mathrm{load}}_l=\underset{t\&Element;T}{\mathrm{\&Sigma;}}{p}_t\&times;I_{\mathrm{tl}}---\left(1\right)$

其中：I_tl为二进制变量，当流t经过链路l时，I_tl=1，否则I_tl=0。如图3，网络中的流为t1～t5，则根据上式可以计算得出：链路AB上的负载为1.8，链路BC上的负载为1.1，链路BD上的负载为1.0，链路BE上的负载为1.4。则链路的信道分配次序依次为链路AB，BE，BC和BD。假设链路集合L有两条链路的负载相同，则这两条链路的信道分配次序可以随机选择。

按照链路负载对各链路进行降序排列，确定链路的信道分配次序，链路的负载越重则信道分配的次序越靠前,则链路的信道分配次序依次为链路AB，BE，BC和BD。

步骤2）：重复遍历所有需要分配信道的链路，为各链路分配满足无干扰约束的部分重叠信道，并将各链路划分成不同链路集合。

两条链路i=(u₁,v₁)和j=(u₂,v₂)之间的欧式距离d(i,j)定义为链路i的任一个端点与链路j的任一个端点距离的最小值：

d(i,j)＝min(d(u₁,u₂),d(u₁,v₂),d(v₁,u₂),d(v₁,v₂))

其中：d(u₁,u₂)表示节点u₁、u₂之间的欧式距离，d(u₁,v₂)、d(v₁,u₂)、d(v₁,v₂)分别表示对应节点之间的欧式距离。由图5可以看出链路i与j之间的距离d(i,j)等于d(u₁,u₂)。

设链路i和j之间的欧式距离为d(i,j)，若链路i和j连接到同一个节点，由于各链路之间的欧式距离d(i,j)=0，则根据无干扰约束条件，两链路之间的信道号间隔至少为5（即链路i与j的最小信道号间隔τ应满足τ≥5），否则如果链路i和j同时传输，无论接收端位于何处都会彼此干扰，即连接到同一节点的链路要满足正交约束。若链路i和j未连接到同一个节点，即d(i,j)≠0时，根据无干扰约束条件，要求链路i与j的最小信道号间隔τ满足：

R′×Itr(τ)＜d(i,j)≤R′×Itr(τ-1)

其中R′表示同信道下的干扰范围；Itr(τ)表示当链路所使用的信道之间的信道号间隔为τ时的干扰范围缩减比,用来量化部分重叠信道之间的干扰关系，Itr(τ)可以使用理论计算方法获得：

$\mathrm{Itr}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=k\sqrt{\frac{{\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}\mathrm{PSD}\left(f\right)\&times;\mathrm{PSD}(f-5\&times;\mathrm{\&tau;})\mathrm{df}}{{\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}\mathrm{PSD}{\left(f\right)}^2\mathrm{df}}}$

其中f表示信道的频率，PSD（f）表示功率谱密度函数；k为Two-rayGround传播模型中的路径损耗因子，取值为2～4。

当链路j已经被分配信道c_j时，链路i的无干扰可选信道集合U为：

本发明使用干扰范围缩减比Itr（τ）量化部分重叠信道之间的干扰关系，并使用理论计算方法获取Itr（τ）值，当假设Two-rayGround传播模型中的路径损耗因子k取值为4，当收发信机使用滚降因子为1的升余弦滚降滤波器时，对应不同信道号间隔τ的Itr（τ）值如表1所示。

表1使用滚降因子为1的升余弦滚降滤波器且路径损耗因子为4时的Itr（τ）值:

当收发信机使用不同类型滤波器时，网络都可以在进行信道分配之前通过理论计算方法获取Itr（τ）值。这种获取干扰范围的方法具有很好的移植性，适用于任何配置的网络。当给定同信道下的干扰范围R’时，信道号间隔为τ时的部分重叠信道缩减干扰范围为Itr(τ)×R’。假设节点收发信机使用滚降因子为1的升余弦滚降滤波器并假设同信道下的干扰范围R’为550m，节点u₁、u₂之间的欧式距离d(u1,u2)为400m。当链路j已经被分配信道1时，由于550×0.6928<400<550×0.8667，即Itr(2)×R’<d（u₁,u₂）<Itr(1)×R’，因此链路i与j至少信道号间隔为2时才彼此无干扰，i的无干扰可选信道集合U为{3,4,5,6,7,8,9,10,11}。遍历需要分配信道的链路集合中的所有链路，即完成所述信道分配。如图4所示，分配信道的具体过程如下：

信道分配第一轮遍历：首先，为链路集合L中负载最重的链路AB分配信道1，并将该链路添加到已分配信道的链路集合L₁中；然后按照链路信道分配次序为链路BE选取信道；取链路BE与AB之间的无干扰可选信道集合；若该集合不为空，则选择无干扰可选信道集合中信道号最小的信道分配给链路BE，并将链路BE添加到已分配信道的链路集合L₁中。其次为BC选取信道；设链路BC与AB之间的无干扰可选信道集合为U1，链路BC与BE之间的无干扰可选信道集合为U2；若U1和U2交集为空，则不为链路BC分配信道；再次为BD选取信道；设链路BD与AB之间的无干扰可选信道集合为U3，链路BD与BE之间的无干扰可选信道集合为U4，若U3和U4交集为空；则不为链路BD分配信道；信道分配第一轮遍历结束，未分配信道的链路集合为L¹=L-L₁；

信道分配第二轮遍历：为链路BC分配信道1，并将该链路添加到已分配信道的链路集合L₂中；然后为链路BD选取信道；若链路BD与BC的无干扰可选信道集合不为空，则选择无干扰可选信道集合中信道号最小的信道分配给链路BD，并将链路BD添加到已分配信道的链路集合L₂中，信道分配第二轮遍历结束；最终形成的已分配信道链路集合为L₁,L₂。

步骤3）：如图6所示，将数据传输时间划分成2个调度时隙，在第一个调度时隙内对链路集合L₁内所有链路的数据流进行传输，在第二个调度时隙内对链路集合L₂内所有链路的数据流进行传输，最终实现网络中各链路数据的传输。

Claims (2)

1.一种负载感知无线Mesh网络部分重叠信道分配系统，其特征在于包括：链路信道分配次序确定模块：

设网络中所有网络流的集合为T，需要分配信道的链路集合为L；利用式（1）计算链路l∈L上的负载load_l；

${\mathrm{load}}_l=\underset{t\&Element;T}{\mathrm{\&Sigma;}}{p}_t\&times;I_{\mathrm{tl}}---\left(1\right)$

其中t表示网络流中任意一条流，t∈T；p_t表示流t的流量；I_tl为二进制变量，当流t经过链路l时，I_tl=1，否则I_tl=0；

根据链路集合L中各链路上的负载进行降序排列，确定链路的信道分配次序，链路的负载越重则信道分配的次序越靠前；对于负载相同的多个链路，信道分配次序随机选取；

信道分配模块：

首先，为链路集合L中负载最重的链路之一分配信道1，并将该链路添加到已分配信道的链路集合L₁中；然后按照链路信道分配次序依次为链路集合L中其他链路选取信道；在此过程中，对于其中任一链路i，取链路i与L中所有已经分配信道的链路之间的无干扰可选信道集合的交集；若所述交集为空，则不为链路i分配信道；否则选择无干扰可选信道集合的交集中信道号最小的信道分配给链路i，并将链路i添加到已分配信道的链路集合L₁中；信道分配第一轮遍历结束后未分配信道的链路集合为L¹=L-L₁；

其次，为链路集合L¹中负载最重的链路之一分配信道1，并将该链路添加到已分配信道的链路集合L₂中；然后按照链路信道分配次序依次为链路集合L¹中其他链路选取信道；在此过程中，对于其中链路p，取链路p与L¹中所有已经分配信道的链路之间的无干扰可选信道集合的交集；若所述交集为空，则不为链路p分配信道；否则选择无干扰可选信道集合的交集中信道号最小的信道分配给链路p，并将链路p添加到已分配信道的链路集合L₂中，信道分配第二轮遍历结束后未分配信道的链路集合为L²=L¹-L₂；

重复上述过程，进行信道分配的第三轮、第四轮遍历，依此类推，直到集合L中的所有链路均被分配信道，最终形成的已分配信道链路集合为L₁,L₂,…,L_n；

在信道分配过程中，对于链路集合L中任一链路i，其与L中已经分配信道的任一链路j之间的无干扰可选信道集合U如下：

其中c_j为链路j使用的信道号；τ为链路i的无干扰可选信道与c_j的最小信道号间隔，τ根据式（3）、式（4）确定；

$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&tau;}\&GreaterEqual;5& d(i,j)=0\\ R^{\&prime;}\&times;\mathrm{Itr}\left(\mathrm{\&tau;}\right)<d(i,j)\&le;R^{\&prime;}\&times;\mathrm{Itr}(\mathrm{\&tau;}-1)& d(i,j)\&NotEqual;0\end{array}\right.---\left(3\right)$

$\mathrm{Itr}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=k\sqrt{\frac{{\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}\mathrm{PSD}\left(f\right)\&times;\mathrm{PSD}(f-5\&times;\mathrm{\&tau;})\mathrm{df}}{{\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}\mathrm{PSD}{\left(f\right)}^2\mathrm{df}}}---\left(4\right)$

其中d(i,j)为链路i和j之间的欧式距离；R′表示同信道下的干扰范围；Itr(τ)表示当链路所使用的信道之间的信道号间隔为τ时的干扰范围缩减比；PSD（f）表示功率谱密度函数；k为双径传播模型中的路径损耗因子，取值为2～4；

链路调度模块：将数据传输时间划分成n个调度时隙，按照L₁→L_n的顺序每个时隙调度一个链路集合，在每个调度时隙内对相应的链路集合中所有链路的数据流进行传输，最终实现网络中各链路数据的传输。

2.一种负载感知无线Mesh网络部分重叠信道分配方法，其特征在于包括下述步骤：

1）链路信道分配次序确定：

设网络中所有网络流的集合为T，需要分配信道的链路集合为L；利用式（1）计算链路l∈L上的负载load_l；

${\mathrm{load}}_l=\underset{t\&Element;T}{\mathrm{\&Sigma;}}{p}_t\&times;I_{\mathrm{tl}}---\left(1\right)$

其中t表示网络流中任意一条流，t∈T；p_t表示流t的流量；I_tl为二进制变量，当流t经过链路l时，I_tl=1，否则I_tl=0；

根据链路集合L中各链路上的负载进行降序排列，确定链路的信道分配次序，链路的负载越重则信道分配的次序越靠前；对于负载相同的多个链路，信道分配次序随机选取；

2）信道分配：

首先，为链路集合L中负载最重的链路之一分配信道1，并将该链路添加到已分配信道的链路集合L₁中；然后按照链路信道分配次序依次为链路集合L中其他链路选取信道；在此过程中，对于其中任一链路i，取链路i与L中所有已经分配信道的链路之间的无干扰可选信道集合的交集；若所述交集为空，则不为链路i分配信道；否则选择无干扰可选信道集合的交集中信道号最小的信道分配给链路i，并将链路i添加到已分配信道的链路集合L₁中；信道分配第一轮遍历结束后未分配信道的链路集合为L¹=L-L₁；

其次，为链路集合L¹中负载最重的链路之一分配信道1，并将该链路添加到已分配信道的链路集合L₂中；然后按照链路信道分配次序依次为链路集合L¹中其他链路选取信道；在此过程中，对于其中链路p，取链路p与L¹中所有已经分配信道的链路之间的无干扰可选信道集合的交集；若所述交集为空，则不为链路p分配信道；否则选择无干扰可选信道集合的交集中信道号最小的信道分配给链路p，并将链路p添加到已分配信道的链路集合L₂中，信道分配第二轮遍历结束后未分配信道的链路集合为L²=L¹-L₂；

重复上述过程，进行信道分配的第三轮、第四轮遍历，依此类推，直到集合L中的所有链路均被分配信道，最终形成的已分配信道链路集合为L₁,L₂,…,L_n；

在信道分配过程中，对于链路集合L中任一链路i，其与L中已经分配信道的任一链路j之间的无干扰可选信道集合U如下：

其中c_j为链路j使用的信道号；τ为链路i的无干扰可选信道与c_j的最小信道号间隔，τ根据式（3）、式（4）确定；

$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&tau;}\&GreaterEqual;5& d(i,j)=0\\ R^{\&prime;}\&times;\mathrm{Itr}\left(\mathrm{\&tau;}\right)<d(i,j)\&le;R^{\&prime;}\&times;\mathrm{Itr}(\mathrm{\&tau;}-1)& d(i,j)\&NotEqual;0\end{array}\right.---\left(3\right)$

$\mathrm{Itr}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=k\sqrt{\frac{{\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}\mathrm{PSD}\left(f\right)\&times;\mathrm{PSD}(f-5\&times;\mathrm{\&tau;})\mathrm{df}}{{\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}\mathrm{PSD}{\left(f\right)}^2\mathrm{df}}}---\left(4\right)$

其中d(i,j)为链路i和j之间的欧式距离；R′表示同信道下的干扰范围；Itr(τ)表示当链路所使用的信道之间的信道号间隔为τ时的干扰范围缩减比；PSD（f）表示功率谱密度函数；k为双径传播模型中的路径损耗因子，取值为2～4；

3）链路调度：将数据传输时间划分成n个调度时隙，按照L₁→L_n的顺序每个时隙调度一个链路集合，在每个调度时隙内对相应的链路集合中所有链路的数据流进行传输，最终实现网络中各链路数据的传输。

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