CN103841563A

CN103841563A - 一种室内无线网络频率分配与优化方法

Info

Publication number: CN103841563A
Application number: CN201410006791.9A
Authority: CN
Inventors: 刘宁; 王佳昊; 王启旭; 黄义夫; 王瑞锦
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2014-01-06
Filing date: 2014-01-06
Publication date: 2014-06-04

Abstract

本发明公开了一个室内无线网络频率分配与优化方法，对室内无线网络规划的频率优化进行了完善。首先引入室内无线网络预测模型，从而贴近现实的无线网络情况；其次使用启发性算法，快速的找到符合要求的频率分配方案，保证整个算法的高效性；最后使用定点着色算法对频率分配方案进行进一步的优化。另外，输入与输出都是使用XML文件，在适当的环境可以实现结果的可视化。而且本方法能与其他的无线网络规划方法或工具进行结合以实现更高要求的规划方案。本方法已经在不同的实验环境中进行了验证，高效的输出了良好的频率分配结果。为进一步丰富和发展室内无线网络技术奠定坚实的基础。

Description

一种室内无线网络频率分配与优化方法

技术领域

本发明属于无线通信及计算机网络领域，更为具体的讲，涉及是基于室内网络预测、启发性算法及着色问题的无线网络频率分配与优化的方法。

背景技术

随着网络技术的飞速发展，无线网络无处不在。根据调查，移动设备的普及率逐年增加。很有意思的是，更多用户更多的是在室内使用他们的移动设备。所以室内的无线网络规划成为了研究的热点。现有的无线网络规划方法主要是基于IEEE的802.11的无线网络，以期望可以达到更多目标的无线网络分布方案。大部分的发明都忽略了一个很显而易见的问题——IEEE的802.11的无线网络节点之间产生的相互干扰。各国IEEE802.11的无线网络的频率分配标准不同，但通常的不会产生干扰的频率信道一般只有3个（信道1，6和11）。而当室内环境较大或复杂需要使用多个接入点来构成无线网络系统时，接入点发出的同频率的信号将会相互干扰。并且室内无线网络环境的复杂性，网络情况预测的困难性为室内无线网络频率规划提出了更多的要求。

现有的无线网络频率分配的发明们基本是基于室外移动蜂窝网络基站的信道或频率规划，对于室内的IEEE802.11极少有涉及，由于所需要达到的要求并不一致所以并不能移植到现有的室内无线网络环境中。

而现存的基于IEEE802.11的无线网络频率分配发明仅仅是考虑的节点的距离远近而忽略了室内环境的复杂性。对于各种墙体、结构对于信号的影响并未进行考虑。而且现有的一些算法单纯的把频率分配看作顶点着色问题使用进行解决，而后者的目的是产生顶点最少的输出结果，朝着这样的目标进行分配很可能产生的结果是符合3个信道的分配结果，但并不是全局最优的分配方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有无线网络频率分配方法的不足，提供一种基于室内无线网络预测、启发性算法及着色问题解决的室内无线网络频率分配及优化方法。该方法可以广泛适用于各种不同环境的室内无线网络的频率分配；实现基于覆盖及干扰预测的频率分配以减少真实情况下的干扰，同时该方法可以很便捷的与其他的室内无线网络规划方法结合，为它们提供频率的分配及优化，以达到更高的无线网络规划的要求。另外方法还使用XML文件进行环境的输入及输出，在配合不同的显示代码可以对实现分配优化结果的可视化，便于使用者对其产生的频率分配结果进行验证及使用。

室内无线网络频率分配与优化方法包括：室内无线网络环境输入、室内无线网络节点干扰分析、无线网络节点频率分配、无线网络节点分配方案优化以及室内无线网络方案输出等几个方面。重点是在无线网络节点频率分配及无线网络阶段分配方案的优化这两个方面，为用户提供高速、有效、易用以及智能的无线网络频率分配。

为实现上述发明目的，本发明室内无线网络频率分配与优化方法，包括以下几个特征：

1)频率分配的判断条件基于室内无线网络路径损耗模型，充分考虑无线网络系统在室内环境下的情况，对接入点及接收点的各项参数及墙体及空间不同造成的网络的复杂性都进行了考虑。以实现更贴近室内无线网络环境的实际使用需求，减少干扰；

2)分配算法基于启发性的类贪心算法，能够很迅速的得到较好的符合室内无线网络要求的分配方案；

3）在优化方面使用一个新型顶点着色方法。在保证结果不变差的情况下让分配方案更加多样化。更好的减少产生的干扰。

4）在输入输出方面使用XML文件对环境进行描述，能够搭配不同的平台结果实现结果可视化，更有助于用户对结果进行验证及实现。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明公开了一个室内无线网络频率分配与优化方法，对室内无线网络规划的频率优化进行了完善。本方法可以实现易用的、高效的、贴近实际的应用的室内无线网络的频率规划方案。首先引入室内无线网络路径损耗模型，对室内无线网络情况进行预测了解，从而贴近现实的无线网络情况；然后使用启发性算法，快速的找到符合要求的频率分配方案，由于可能需要进行多次的迭代，使用启发性的算法可以保证整个算法的高效性；最后使用定点着色算法对频率分配方案进行进一步的优化，使之更具有多样性。另外，输入与输出都可使用XML文件，配合适当的软件平台可以实现输入及输出的可视化，从而让使用者更加简便的在实际中进行频率分配，并且可以更简单的进行结果的验证。而且本方法可以可以很简易的与其他的无线网络规划方法或工具进行结合以实现更高要求的无线网络规划方案。本方法基于室内无线网络路径损耗模型、启发性算法及定点着手方法，可以对无线网络规划方案的频率进行分配，并且可以简单的进行使用及验证。本方法已经在不同的实验环境中进行了验证，高效的输出了良好的频率分配结果。为进一步丰富和发展室内无线网络技术奠定坚实的基础。

附图说明

图1是本发明中方法的总流程图。

图2是本发明提供的频率分配模块流程图。

图3是本发明频率分配方案优化模块流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好的理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

如图1所示，在本实施例中，包含频率分配和优化两大部分，下面分别介绍：

（1）频率分配主要是对无线网络节点产生的室内的无线网络状况进行分析，在此基础上分配给节点不同的频率以期望达到最小的节点直接的相互干扰。室内无线网络频率分配模块是本方法的最重要之处，如图2所示室内无线网络频率分配主要有2个步骤，分别为室内无线网络状况分析、无线网络频率分配。每个步骤都可以根据使用者的需要更改定制参数或使用预测数据链路模型：

·室内无线网络状况分析：读入室内无线网络节点规划方案。当无线网络节点数量小于等于3时，给节点直接分配给不同的频率并输出。当无线网络节点的数量大于3时，分别对每一个无线网络节点对室内环境产生的无线网络进行分析，主要是计算节点的覆盖范围，室内环境中的各个接收点能够接收到的这个节点产生的信号强度等；在这个步骤中可以选择不同的无线网络路径损耗模型来完成这部分的。例如如果是想要达到贴合室内无线网络环境的输出结果，对时间消耗不太在意的用户可以选择SIDP（Simple Indoor Path Loss PredictionAlgorithm），这个模型可以很好的预测室内的无线网络环境，但时间消耗会相对于一般的路径损耗模型高。如果只是想做一个大致的预测，忽略掉各个墙或楼层对于无线网络信号的衰减，那么可以选择最简单的free space模型来进行数据的计算，这个模型的好处是快，能够模拟信号的部分传播的性质，缺点是忽略了室内设施对于信号传播的影响。这个步骤旨贴近用户需求，尽可能模拟真实的无线网络环境。

·无线网络频率分配步骤：根据前一个步骤得到的分析情况及用户设置的初始分配要求建立节点干扰情况表。根据这个表运行频率分配子模块，子模块的目的是找到一个符合要求的使用最少频率分配数目的分配方案，模块基于基于启发性算法的一类贪心算法。当分配方案输出但是分配数目不等于3时，调整分配方案中的参数设置，重新进行频率分配，直到输出一个分配数为3的结果。

（2）频率优化是本方法的第二个主要部分。在已经产生的较好的频率分配方案的基础上进行进一步的优化，使得频率分配方案在符合实际的室内环境的基础上及尽可能具有多样性并且使得相同的频率在位置上也尽可能的远离。如图3所示室内无线网络频率优化主要是有两个步骤：

·对无线网络频率分配方案进行分析：主要是分析计算每一个节点附近的节点的频率分配情况；

·对节点频率进行再分配：计算如果更改当前的节点的频率至距离当前节点最远的频率会否造成整体网络的干扰增加。如果并不会增加干扰则改变当前节点频率；

除了以上两个主要的部分，另外需要注意的是，方法的最初输入与输出都可以选择使用的XML文件。XML文件能够提供统一的方法来描述无线网络规划的结构化数据。可以结合不同的软件实现结果的可视化。

本发明室内无线网络频率分配与优化方法具有以下优点：

1)使用室内的无线网络路径损耗模型对真实的复杂室内环境中对节点组成的网络系统进行预测；

2)提供XML文件输入、输出，用户可以只专注于室内环境的描述，忽略计算过程，结果可以直接输出呈现，更满足用户使用；

3)分配频率期间主要注重于实际的网络覆盖及干扰的情况使用启发性算法，速度快，效率高，可以得到具有最低干扰的频率信道分配方案；

4)优化期间也将更广泛的考虑到距离的因素，在不增加已生成的频率分配方案产生的信号干扰的情况下调整临近的节点频率，让生成的最后的分配方案更加具有多样性。

尽管上面对本发明的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims

1.一种室内无线网络频率分配与优化方法，包括以下几个特征：

频率分配的判断条件基于室内无线网络预测算法，充分考虑无线网络系统在室内环境下的情况，对接入点及接收点的各项参数及墙体及空间不同造成的网络的复杂性都进行了考虑。以实现更贴近室内无线网络环境的实际使用需求，减少干扰。

2.分配算法基于启发性的类贪心算法，能够很迅速的得到较好的符合室内无线网络要求的分配方案。

3.在优化方面使用一个新型顶点着色方法。在保证结果不变差的情况下让分配方案更加多样化。更好的减少产生的干扰。

4.在输入输出方面使用XML文件对环境进行描述，能够搭配不同的平台结果实现结果可视化，更有助于用户对结果进行验证及实现。