CN104640192B - 一种发射功率控制方法、Mesh节点与无线网状网系统 - Google Patents
一种发射功率控制方法、Mesh节点与无线网状网系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种发射功率控制方法，包括：Mesh节点获取周围的邻居节点的实际数量；所述Mesh节点根据所述实际数量计算所述Mesh节点的新的发射功率；所述Mesh节点按照所述新的发射功率发射无线信号。本发明基于邻居节点数量的自适应调整Mesh节点的发射功率，能够使处于不同环境下的Mesh自适应的调整发射功率，科学、灵活的调整Mesh节点的发射功率，提高整个Mesh网络的效率,保障了网络的稳定性。同时，本发明实施例还提出一种Mesh节点和包括多个所述Mesh节点的无线网状网系统，能使网络中的设备都达到理想的邻居数量，从而有效完成网络连接，保障网络在不同规模下都具有较高的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种发射功率控制方法、Mesh节点与无线网状网系统。
背景技术
无线Mesh网络(Wireless Mesh Networks，WMN)是一种自组织、自配置的多跳无线网络，其网络结构如图1所示。WMN中存在4类设备：Mesh网关设备(Mesh Portal Point，MPP)、Mesh转发设备(Mesh Point，MP)、Mesh接入设备(Mesh Access Point，MAP)和无线终端(Station，STA)。在WMN中，Mesh设备(包括MPP、MP和MAP)以无线互连的方式构成无线骨干网，其中MPP作为网关(Gateway)以有线方式连接到Internet。MP作为路由器为其它Mesh设备转发报文，MAP作为AP为其覆盖范围内的移动终端提供无线连接，移动终端(Phone，PDA等)与覆盖其区域的MAP建立连接，并以无线多跳的方式通网关实现Internet接入。
与传统的WLAN相比，WMN有着许多优势：(1)由于只需要很少的有线网络连接点(网关)，网络的布线成本大大降低；(2)多跳无线通信提供了更广的无线覆盖范围；(3)无线骨干网中多点到多点的连接，增强了网络的可靠性；(4)Mesh设备之间自动建立和维护连接，易于网络的增量部署，网络具有很好的可扩展性。
无线网状网中的无线设备(包括MPP、MP和MAP)工作的时候都有一个发射功率，该发射功率值是预先设置的。对于无线设备来说，在整个工作过程中，发射功率大小通常由工程师根据经验来设定。
一般来说，源设备发射功率越大，目的设备接收到的信号能量就越大，信噪比就越大，误码率就比较低。但这并不是说应该无限制的提高发射功率，因为提高发射功率受到很多限制：第一是提高发射功率就意味着要提高能耗；第二是当功率高出一定程度的时候，对误码率的改善就没有明显效果了，没有必要再增大发射功率；第三是增大发射功率对于其它不相关的设备来说是增大了干扰，减小了网络容量。
所以发射功率不是越高越好，但也不是越低越好，因为发射功率太低就很难接收到有用信号了。因此，需要找到一个合适的发射功率。用户一般是不会关心这个发射功率究竟是多大才合适，而且也很难实时控制，需要引入一些自动调整机制让设备能够对发射功率进行自动调整。
功率控制是网状网网络关键技术之一。其目的是保证无线网状网的连通性，控制网络干扰，提高频率复用率。适当的发射功率可以减小无线信道信号间干扰，提高频谱复用效率。
现有技术中对于功率控制存在以下缺点：
1、Mesh设备的功率设置缺少依据。导致的原因是：Mesh设备的功率设置通常由人工根据经验进行设置，缺少科学依据。
2、设备功率动态调整时，增加了网络开销。导致的原因是：在网络运行过程中，接收设备根据收到的发送设备的信号质量情况，通知发送设备调整其功率，由于无线网络环境复杂，如果初始功率设置不当，则需要多次调整才能获得合适的功率，增加了网络开销，影响网络效率。
3、Mesh设备功率调整不合理，会导致Mesh网络性能下降。
Mesh网络是一种多点到多点的网络，Mesh设备的部署较为密集，一个Mesh设备的功率调整，通常会对周围的邻居设备产生影响：增大功率，可能会对邻居设备产生干扰；减小功率，又可能影响传输效率。
发明内容
本发明针对无线Mesh网络的功率控制问题，提出了一种自适应无线Mesh网络功率控制方案，能够科学、灵活的调整Mesh设备的发射功率，提高整个Mesh网络的效率。
为了达到上述的目的，本发明实施例提供一种发射功率控制方法，包括：
Mesh节点获取周围的邻居节点的实际数量；
所述Mesh节点根据所述实际数量计算所述Mesh节点的新的发射功率；
所述Mesh节点按照所述新的发射功率发射无线信号。
进一步地，所述Mesh节点获取周围的邻居节点的实际数量，具体包括：
Mesh节点以第一发射功率向周围的邻居节点广播检测消息；
所述Mesh节点接收周围的邻居节点返回的对应于所述检测消息的反馈消息；
所述Mesh节点统计所接收到的反馈消息的数量，以作为所述邻居节点的实际数量。
进一步地，所述Mesh节点获取周围的邻居节点的实际数量，具体包括：
Mesh节点以第一发射功率向周围的邻居节点广播检测消息；其中，所述检测消息包含消息序列号和所述Mesh节点的ID；
所述Mesh节点接收周围的邻居节点返回的反馈消息；其中，所述反馈消息包含消息序列号和发送本反馈消息的邻居节点的ID；
所述Mesh节点从所接收的反馈消息中，选出与所述检测消息具有相同消息序列号的反馈消息；
根据所选出反馈消息中的邻居节点的ID，统计出邻居节点的实际数量。
进一步地，所述根据所述实际数量计算所述Mesh节点的新的发射功率，具体根据以下公式计算：
W2＝W1*{1+[(N1-N2)*10]％}
其中，W2为所述Mesh节点的新的发射功率，W1为所述第一发射功率，N1为预先配置的邻居节点的期望数量，N2为邻居节点的实际数量。
为了达到上述相同的目的，本发明实施例还提供了一种Mesh节点，包括：
数量获取模块，用于获取周围的邻居节点的实际数量；
发射功率计算模块，用于根据所述实际数量计算所述Mesh节点的新的发射功率；
无线信号发射模块，用于按照所述新的发射功率发射无线信号。
进一步地，所述数量获取模块包括：
检测消息广播单元，用于以第一发射功率向周围的邻居节点广播检测消息；
反馈消息接收单元，用于接收周围的邻居节点返回的对应于所述检测消息的反馈消息；
数量统计单元，用于统计所接收到的反馈消息的数量，以作为所述邻居节点的实际数量。
进一步地，所述数量获取模块包括：
检测消息广播单元，用于以第一发射功率向周围的邻居节点广播检测消息；其中，所述检测消息包含消息序列号和所述Mesh节点的ID；
反馈消息接收单元，用于接收周围的邻居节点返回的反馈消息；其中，所述反馈消息包含消息序列号和发送本反馈消息的邻居节点的ID；
反馈消息选择单元，用于从所接收的反馈消息中，选出与所述检测消息具有相同消息序列号的反馈消息；
数量统计单元，用于根据所选出反馈消息中的邻居节点的ID，统计出邻居节点的实际数量。
进一步地，所述发射功率计算模块具体根据以下公式计算所述Mesh节点的发射功率：
W2＝W1*{1+[(N1-N2)*10]％}
其中，W2为所述Mesh节点的新的发射功率，W1为所述第一发射功率，N1为预先配置的邻居节点的期望数量，N2为邻居节点的实际数量。
此外，本发明实施例还提供一种无线网状网系统，包括多个上述的Mesh节点。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提出了一种发射功率控制方法,基于邻居节点数量的自适应调整Mesh节点的发射功率，具体是根据所述实际数量计算所述Mesh节点的新的发射功率并按照所述新的发射功率发射无线信号，能够使处于不同环境下的Mesh自适应的调整发射功率，科学、灵活的调整Mesh节点的功率，提高整个Mesh网络的效率,保障了网络的稳定性。同时，本发明实施例还提出一种Mesh节点和包括多个所述Mesh节点的无线网状网系统，能使网络中的设备都达到理想的邻居数量，从而有效完成网络连接，保障网络在不同规模下都具有较高的稳定性。
附图说明
图1是无线Mesh网络的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的发射功率控制方法的流程示意图；
图3是本发明实施例中步骤S1的流程示意图；
图4是本发明另一实施例中步骤S1的流程示意图；
图5是本发明实施例提供的Mesh节点的结构框图；
图6是本发明实施例中的数量获取模块1的结构框图；
图7是本发明另一实施例中的数量获取模块1的结构框图；
图8是本发明实施例提供的无线网状网系统的原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图2，是本发明实施例提供的发射功率控制方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：
S1，Mesh节点获取周围的邻居节点的实际数量；
S2，所述Mesh节点根据所述实际数量计算所述Mesh节点的新的发射功率；
S3，所述Mesh节点按照所述新的发射功率发射无线信号。
参见图3，其是本发明实施例中步骤S1的流程示意图。在本实施例中，步骤S1包括如下步骤：
S101,Mesh节点以第一发射功率向周围的邻居节点广播检测消息；
S102,所述Mesh节点接收周围的邻居节点返回的对应于所述检测消息的反馈消息；
S103,所述Mesh节点统计所接收到的反馈消息的数量，以作为所述邻居节点的实际数量。
在步骤S2中，所述根据所述实际数量计算所述Mesh节点的新的发射功率，具体根据以下公式计算：
W2＝W1*{1+[(N1-N2)*10]％}
其中，W2为所述Mesh节点的新的发射功率，W1为所述第一发射功率，N1为预先配置的邻居节点的期望数量，N2为邻居节点的实际数量。N1-N2代表邻居节点的数量期望值与邻居节点的实际数量之间的误差(误差值＝期望值-实际值)，将该第一发射功率*该误差值*10*％作为功率的调整量，然后将该第一发射功率加上该调整量作为该设备新的发射功率。
本发明实施例提出了一种发射功率控制方法在实际应用中，是周期性循环地执行步骤S1至S3的，那么所述第一发射功率实际上是上一周期的发射功率，即调整前发射功率。在一个工作周期中，所述Mesh节点获取周围的邻居节点的实际数量，并根据所述实际数量与上一周期的发射功率(第一发射功率)按照步骤S2中的公式计算出本周期的发射功率(新的发射功率)，并按照本周期的发射功率发射无线信号；本周期的发射功率也将作为下一周期的第一发射功率，用于计算下一周期的新的发射功率，如此循环执行，能够科学、灵活的调整Mesh节点的功率，提高整个Mesh网络的效率,保障了网络的稳定性。
作为更优选的实施例，在本发明另一实施例中，对步骤S1作了以下的限定。
参见图4，其是本发明另一实施例中步骤S1的流程示意图。在本实施例中，步骤S1包括如下步骤：
S111,Mesh节点以第一发射功率向周围的邻居节点广播检测消息；其中，所述检测消息包含消息序列号和所述Mesh节点的I D；
S112,所述Mesh节点接收周围的邻居节点返回的反馈消息；其中，所述反馈消息包含消息序列号和发送本反馈消息的邻居节点的I D；
S113,所述Mesh节点从所接收的反馈消息中，选出与所述检测消息具有相同消息序列号的反馈消息；
S114,根据所选出反馈消息中的邻居节点的I D，统计出邻居节点的实际数量。
其中，所述消息序列号可以为周期数或包含周期数。
本实施例与上述的实施例的区别在于，在获取邻居节点的实际数量的过程中，更进一步地包含对反馈消息的验证步骤。具体地，先选出与所述检测消息具有相同消息序列号的反馈消息，以防止有的邻居节点由于网络延迟的原因返回了多条反馈消息，因而只统计具有相同消息序列号的反馈消息；然后再根据所选出反馈消息中的邻居节点的I D，统计出邻居节点的实际数量。由于不同邻居节点的I D的不同，因而通过统计不同邻居节点的ID的数量就能确定邻居节点的实际数量。本实施例能够进一步提高获取的邻居节点的实际数量的准确性，从而能够提高控制发射功率的精确度。
相应地，本发明实施例还提供了一种Mesh节点。如图5所示，其是本发明实施例提供的一种Mesh节点的结构框图，包括：
数量获取模块1，用于获取周围的邻居节点的实际数量；
发射功率计算模块2，用于根据所述实际数量计算所述Mesh节点的新的发射功率；
无线信号发射模块3，用于按照所述新的发射功率发射无线信号。
如图6所示，其是本发明实施例中的数量获取模块1的结构框图。在本实施例中，所述数量获取模块1包括：
检测消息广播单元101，用于以第一发射功率向周围的邻居节点广播检测消息；
反馈消息接收单元102，用于接收周围的邻居节点返回的对应于所述检测消息的反馈消息；
数量统计单元103，用于统计所接收到的反馈消息的数量，以作为所述邻居节点的实际数量。
进一步地，所述发射功率计算模块具体根据以下公式计算所述Mesh节点的发射功率：
W2＝W1*{1+[(N1-N2)*10]％}
其中，W2为所述Mesh节点的新的发射功率，W1为所述第一发射功率，N1为预先配置的邻居节点的期望数量，N2为邻居节点的实际数量。
如图7所示，其是本发明另一实施例中的数量获取模块1的结构框图。在本实施例中，所述数量获取模块1包括：
检测消息广播单元111，用于以第一发射功率向周围的邻居节点广播检测消息；其中，所述检测消息包含消息序列号和所述Mesh节点的ID；
反馈消息接收单元112，用于接收周围的邻居节点返回的反馈消息；其中，所述反馈消息包含消息序列号和发送本反馈消息的邻居节点的ID；
反馈消息选择单元113，用于从所接收的反馈消息中，选出与所述检测消息具有相同消息序列号的反馈消息；
数量统计单元114，用于根据所选出反馈消息中的邻居节点的ID，统计出邻居节点的实际数量。
此外，本发明实施例还提供一种无线网状网系统，包括多个上述的Mesh节点。所有Mesh节点在启动时候设置相等的初始发射功率和一个邻居节点数量的期望值，该功率值和期望值由工程师根据网络环境和经验初步设定。所有Mesh节点都以上述的发射功率控制方法来调节自身的发射功率，直到网络内所有Mesh节点都完成调节为止。
以下给出一个具体的实施例以说明本发明的原理。如图8所示，其是本发明实施例提供的无线网状网系统的原理图。以设备MP1为例，启动以后，设备MP1以初始发射功率发布一个检测消息，这个检测消息含有MP1的唯一ID。
在MP1周围的设备MPP、MP3、MP4、MP5都收到了MP1发送的检测消息。
随后MPP、MP3、MP4都发送了反馈消息，而MP5可能由于内部原因没有成功产生反馈消息，MP4发送的反馈消息可能由于信号强度不够而没能使MP1接收到。
在MPP和MP3发送到MP1的反馈消息中包含MPP、MP3和MP1的I D，以及MP1发布的检测消息中的周期数。
现在，MP1收到两个反馈消息，并通过它们所包含的I D可以确定是两个不同的邻居设备，那么MP1的邻居节点的实际数量就为2。如果设定邻居节点的期望数量是5，那么现在MP1的邻居节点的实际数量就达不到要求。误差值为期望值减去实际值即5-2＝3，将设备数量误差值*10*％*该设备当前功率值(即当前功率值*30％)作为功率调整量。
将设备MP1的功率加上功率调整量(即当前功率+当前功率*30％)作为该设备新的功率值，调节发射功率后进入下个周期继续发布下一个检测消息。
一旦MP1的邻居节点的实际数量达到要求，就让MP1处于监听状态或休眠状态而不需要继续发布检测消息来进行发射功率调节。
整个网络内的其它设备也都和MP1一样进行发射功率调节，直到网络内所有设备都完成调节为止。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：相比于现有技术，本发明实施例提出的一种发射功率控制方法,基于邻居节点数量的自适应调整Mesh节点的发射功率，具体是根据所述实际数量计算所述Mesh节点的新的发射功率并按照所述新的发射功率发射无线信号，能够使处于不同环境下的Mesh自适应的调整发射功率，科学、灵活的调整Mesh节点的功率，提高整个Mesh网络的效率,保障了网络的稳定性。同时，本发明实施例还提出一种Mesh节点和包括多个所述Mesh节点的无线网状网系统，能使网络中的设备都达到理想的邻居数量，从而有效完成网络连接，保障网络在不同规模下都具有较高的稳定性。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种发射功率控制方法，其特征在于，包括：
Mesh节点获取周围的邻居节点的实际数量；
所述Mesh节点根据所述实际数量计算所述Mesh节点的新的发射功率；
所述Mesh节点按照所述新的发射功率发射无线信号；
所述Mesh节点获取周围的邻居节点的实际数量，具体包括：
Mesh节点以第一发射功率向周围的邻居节点广播检测消息；
所述Mesh节点接收周围的邻居节点返回的对应于所述检测消息的反馈消息；
所述Mesh节点统计所接收到的反馈消息的数量，以作为所述邻居节点的实际数量；或
所述Mesh节点获取周围的邻居节点的实际数量，具体包括：
Mesh节点以第一发射功率向周围的邻居节点广播检测消息；其中，所述检测消息包含消息序列号和所述Mesh节点的ID；
所述Mesh节点接收周围的邻居节点返回的反馈消息；其中，所述反馈消息包含消息序列号和发送本反馈消息的邻居节点的ID；
所述Mesh节点从所接收的反馈消息中，选出与所述检测消息具有相同消息序列号的反馈消息；
根据所选出反馈消息中的邻居节点的ID，统计出邻居节点的实际数量；
所述根据所述实际数量计算所述Mesh节点的新的发射功率，具体根据以下公式计算：
W2＝W1*{1+[(N1-N2)*10]％}
其中，W2为所述Mesh节点的新的发射功率，W1为所述第一发射功率，N1为预先配置的邻居节点的期望数量，N2为邻居节点的实际数量。
2.一种Mesh节点，其特征在于，包括：
数量获取模块，用于获取周围的邻居节点的实际数量；
发射功率计算模块，用于根据所述实际数量计算所述Mesh节点的新的发射功率；
无线信号发射模块，用于按照所述新的发射功率发射无线信号；
所述数量获取模块包括：
检测消息广播单元，用于以第一发射功率向周围的邻居节点广播检测消息；
反馈消息接收单元，用于接收周围的邻居节点返回的对应于所述检测消息的反馈消息；
数量统计单元，用于统计所接收到的反馈消息的数量，以作为所述邻居节点的实际数量；或
所述数量获取模块包括：
检测消息广播单元，用于以第一发射功率向周围的邻居节点广播检测消息；其中，所述检测消息包含消息序列号和所述Mesh节点的ID；
反馈消息接收单元，用于接收周围的邻居节点返回的反馈消息；其中，所述反馈消息包含消息序列号和发送本反馈消息的邻居节点的ID；
反馈消息选择单元，用于从所接收的反馈消息中，选出与所述检测消息具有相同消息序列号的反馈消息；
数量统计单元，用于根据所选出反馈消息中的邻居节点的ID，统计出邻居节点的实际数量；
所述发射功率计算模块具体根据以下公式计算所述Mesh节点的发射功率：
W2＝W1*{1+[(N1-N2)*10]％}
其中，W2为所述Mesh节点的新的发射功率，W1为所述第一发射功率，N1为预先配置的邻居节点的期望数量，N2为邻居节点的实际数量。
3.一种无线网状网系统，其特征在于，包括多个如权利要求2所述的Mesh节点。
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