CN107635235A - 一种多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法 - Google Patents
一种多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107635235A CN107635235A CN201611096794.1A CN201611096794A CN107635235A CN 107635235 A CN107635235 A CN 107635235A CN 201611096794 A CN201611096794 A CN 201611096794A CN 107635235 A CN107635235 A CN 107635235A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- node
- link
- cluster
- cluster head
- head node
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
本发明公开了一种多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法，包括确定网络中的簇首节点；根据簇首节点和网关形成主干拓扑网络；根据主干拓扑网络，以及每个簇首节点确定的簇内成员形成网络的最终拓扑；根据最终拓扑网络，分别对主干网络的链路、各条簇内的链路进行信道分配；在所述最终拓扑网络正常工作过程中，当监测到簇首节点失效后进行故障恢复。因此，所述多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法，能够提升网络的整体性能，从而保障用户的服务质量，提升用户的体验。
Description
技术领域
本发明涉及计算机网络技术领域，特别是指一种多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法。
背景技术
目前，BPTCA信道分配算法是基于单频段的无线Mesh网络，其核心思想是在保证网络连通性的前提下，尽可能降低节点功率，尽可能降低单位邻居节点度数，然后将拓扑控制和信道分配算法联合起来进行考虑和分析。同时，BPTCA算法还能自动地修复节点失效情况。
但是，现有的MR-MC信道分配技术虽然能取得很好的效果，但几乎没有专门针对配用电场景设计的信道分配算法。而且大多是基于单频段的组网方式，不能很好地适应电力双频段组网的需要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法，能够适应电力双频段组网的需要。
基于上述目的本发明提供多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法，包括步骤：
确定网络中的簇首节点；
根据簇首节点和网关形成主干拓扑网络；
根据主干拓扑网络，以及每个簇首节点确定的簇内成员形成网络的最终拓扑；
根据最终拓扑网络，分别对主干网络的链路、各条簇内的链路进行信道分配；
在所述最终拓扑网络正常工作过程中，当监测到簇首节点失效后进行故障恢复。
在本发明的一些实施例中，根据簇首节点和网关形成主干拓扑网络，包括：
网关节点广播信息，簇首节点获得到达网关节点的最小跳数和它的下一跳节点；
簇首节点广播信息，簇首节点构建最大功率邻居表；
簇首节点将最大功率邻居表、节点ID和节点位置信息发送到网关节点；
网关扫描每个簇首节点的最大功率邻居表，对邻居节点进行删选，构建直接邻居表；
网关检查网络中每个簇首节点的直接邻居表，将单向链路转化成双向链路，形成最终的邻居表；
以到达网关的最小功率作为路径选择的度量，生成网络的最短生成树，形成主干拓扑。
在本发明的一些实施例中，构建直接邻居表，还包括：
步骤1:确定在簇首节点最大功率邻居表中的节点与簇首节点之间的距离，以及该节点与簇首节点最大功率邻居表中的任意一个节点之间的距离；
步骤2：判断节点与簇首节点之间的距离是否大于该节点与簇首节点最大功率邻居表中的任意一个节点之间的距离，若是则进行步骤3，否则执行步骤4；
步骤3：判断当前簇首节点最大功率邻居表中的总节点数目是否大于或等于预设的数目阈值，若是则删除该节点，返回步骤2；否则直接进行步骤4；
步骤4：形成簇首节点的直接邻居表。
在本发明的一些实施例中，每个簇首节点确定簇内成员，还包括：
步骤1：每个非簇首节点广播信息；
步骤2：簇首节点根据收到的信息，将其簇内节点按距离从小到大排列，形成最大功率簇内成员表；
步骤3：簇首节点将其最大功率簇内成员表、节点ID和节点位置等信息再次发送到网关节点。
在本发明的一些实施例中，形成最大功率簇内成员表，包括：
删除不符合要求的簇内成员形成簇内成员表，假如非簇首节点m同时满足下面两个条件：
1)节点m在簇首节点n1和n2的最大功率簇内成员表中；
2)m、n1之间的距离大于m、n2间的距离；
即节点m离n2更近一些，则网关就会将节点m从簇首节点n1的最大功率簇内成员表中删掉，并按照上述方法将所有节点进行删选。
在本发明的一些实施例中，对主干网络的链路进行信道分配，包括：
步骤1：计算主干网络链路的优先级；
步骤2：将所有的非重叠信道从序号最低开始依次分配给等级最高的链路；
步骤3：判断剩余链路的1.8GHz干扰范围内是否存在不干扰信道，若存在则将该不干扰信道分配给所述剩余链路，否则进行步骤4；
步骤4：计算剩余链路的1.8GHz干扰范围内干扰信道的干扰指数，将干扰指数最小的信道分配给该剩余链路。
在本发明的一些实施例中，链路优先级只与通过该链路连接到网关的节点数目有关，计算方法为：
其中，l代表链路，n表示通过此链路到达网关的节点，N是网络中所有节点数目，如果节点n到达网关需经过链路l则In,l为1，否则为0。
在本发明的一些实施例中，干扰指数计算方法为：
其中，i表示信道，值为1,2,3......；m指干扰范围内的使用信道i的链路；rm是链路等级；R代表最大链路等级；表示链路m到待分配链路的距离，其中α代表路径损耗指数。
在本发明的一些实施例中，对各条簇内的链路进行信道分配，还包括：
步骤1：根据各簇首节点距离网关的跳数规定其簇的等级；
步骤2：判断簇内节点和簇首节点之间的链路是1.8GHz链路还是230MHz链路，当簇内节点和簇首节点之间的链路为1.8GHz链路时进行步骤3，当簇内节点和簇首节点之间的链路为230MHz链路时进行步骤4；
步骤3：将1.8GHz频段上剩余的所有的非重叠信道从次序最低开始依次分配给优先级最高的链路；之后，网关节点检查剩余链路的1.8GHz干扰范围内是否存在不干扰信道，若存在则直接将该不干扰信道分配给该剩余链路，否则计算干扰指数，将将干扰指数最小的信道分配给该剩余链路；
步骤4：将230MHz频段上剩余的所有的非重叠信道从次序最低开始依次分配给优先级最高的链路；之后，网关节点检查剩余链路的230MHz干扰范围内是否存在不干扰信道，若存在则直接将该不干扰信道分配给该剩余链路，否则计算干扰指数，将将干扰指数最小的信道分配给该剩余链路。
在本发明的一些实施例中，对失效的簇首节点进行故障恢复，通过删除失效的簇首节点的最大功率邻居表和其他簇首节点含有该失效的簇首节点的表项，然后重新运行建立主拓扑和信道分配的进程，以及簇内拓扑建立和信道分配的进程。
从上面所述可以看出，本发明提供的多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法，通过确定网络中的簇首节点；根据簇首节点和网关形成主干拓扑网络；根据主干拓扑网络，以及每个簇首节点确定的簇内成员形成网络的最终拓扑；根据最终拓扑网络，分别对主干网络的链路、各条簇内的链路进行信道分配；在所述最终拓扑网络正常工作过程中，当监测到簇首节点失效后进行故障恢复。从而，所述的多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法结合了230MHz和1.8GHz电力双频段组网，充分利用频率资源。
附图说明
图1为本发明实施例中多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中确定簇首节点之前的网络拓扑示意图；
图3为本发明实施例中最终网络拓扑示意图；
图4为本发明实施例中简化后的有效范围示意图；
图5为本发明一个可参考实施例中多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
作为本发明的实施例，参阅图1所示，为本发明实施例中多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法的流程示意图。所述多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法包括：
步骤101，确定网络中的簇首节点。
在实施例中，如图2所示，首先建立坐标系，并给网络中所有节点进行编号1、2、3……，使网络中所有节点具有唯一的不同于其他所有节点的ID信息。然后，确定簇首节点。其中，可以优先选取靠近街道交汇处的节点为簇首节点，方便相邻节点进行信道或路由切换，其次选择承载视频业务等流量较大的节点作为簇首节点，所有簇首节点对应图3中实心的点。
也就是说，可以通过查找到处于或者靠近街道交汇处的节点以及查找业务流量大的节点，并将上述节点作为簇首节点，建立坐标系。同时，将网络中的所有节点标号。
步骤102，根据簇首节点和网关形成主干拓扑网络。
作为实施例，步骤102可以由簇首节点和网关形成基于1.8GHz的树状主干网络，从而通过最小的功率和最小的节点度数来维持网络的连通性，因此大大降低网络中产生干扰的概率。
较佳地，由簇首节点和网关形成基于1.8GHz的树状主干网络可以通过如下方法：
每个簇首节点构建自己的最大功率邻居表(Maximum Power Neighbor Table,MPNT)：让所有簇首节点和网关节点工作在1.8GHz频段上，网关节点通过控制信道，用洪泛的方法向网络中的每一个节点广播“Hello”信息，告诉其他节点自己是网关节点，每个簇首节点收到“Hello”信息后，将信息中“hop-count”的值加1再进行转发。由此，各簇首节点可以通过检查“hop-count”值，获得到达网关的最小跳数和它的下一跳节点。
随后，每个簇首节点使用最大功率再广播一个“Hello”信息，这次的信息中包括节点ID(编号)和节点的位置(坐标)。根据收到的信息，每个节点将其邻居节点按距离从小到大排列，形成MPNT。每个节点构建完MPNT后，利用控制信道将其MPNT、节点ID和节点位置等信息发送到网关节点。
再者，网关扫描每个簇首节点的MPNT，将不符合要求的邻居节点删除。换句话，就是根据阈值删除最大功率邻居表中不符合要求的节点形成直接邻居表(Direct NeighborTable,DNT)。具体地，假如节点a同时满足下面两个条件：
1)节点b在节点a的MPNT中。
2)a、b之间的距离大于b到该MPNT中任意一个其他节点的距离。
即节点b距离其他节点更近一些，网关不会选择节点b作为节点a的邻居。网关会将节点b从节点a的MPNT中删掉，当对节点a的MPNT都判断之后，会将剩余的节点数目与一个预设的数目阈值进行比较。其中，预设数目阈值的初始值可以为1，代表网络中最低节点度数为1。优选地，在删除节点a的MPNT中节点b之前，可以先判断节点a的MPNT中节点数目是否大于或等于该预设的数目阈值，若是则删除节点b，否则不删除节点b，并形成节点a的DNT。
然后，将单向链路转化为双向链路，形成最终的邻居表(Final Neighbor Table,FNT)，网关会检查网络中每个簇首节点的DNT将单向链路转化成双向链路。即在节点a的DNT中有节点b，但节点b的DNT中没有节点a，这就是一条单向链路，转化为双向链路的操作是在节点b DNT中添加节点a，形成FNT。
优选地，还需要检查网络连通性。其中，网关检查其能否直接或中转到达网络中的任意一个簇首节点，如果能则表示网络是连通的，如果不能则说明网络是分离的，并需要增加预设的阈值，重新生成FNT。然后再对连通性进行检查，网关会一直增加阈值直到整个网络连通。
进一步地，在保证网络连通性的情况下，调整节点的发射功率使其通信范围尽可能地降低，会大大降低网络中产生干扰的概率，从而提高整体吞吐量。具体包括：
网关计算其到FNT中其他节点所需的最小功率，并以到达网关的最小功率作为路径选择的度量，使用Kruskal算法生成网络的最短生成树，网关是树的树根，链路功率的计算公式为：
式中，ht和hr分别是发射射频和接收射频的高度，Gt和Gr是发射天线和接收天线的增益，Rx是接收节点能正确解码信息所需的最小功率阈值，d是两个节点之间的距离。
根据信道分配算法需要遵守的准则之一：每个MRMC节点可以占用多个信道，但不能超过其无线射频接口数。网关必须检查生成树中是否有节点的度数大于其射频接口数，若没有，则是最终的主干拓扑；若有，则网关保留权重最小的几条链路，使链路数等于节点度数。
之后，再次检查网络连通性，通过调整阈值保证网络的连通性。网关检查其能否直接或中转到达网络中的任意一个簇首节点，如果能则表示网络是连通的；如果不能说明网络是分离的，则需要增加阈值，并重新回到FNT建立阶段。最终生成的主干拓扑如图3所示，黑色的虚线代表链路。
步骤103，根据主干拓扑网络，以及每个簇首节点确定的簇内成员形成网络的最终拓扑。
其中，每个簇首节点确定的簇内成员时是各个簇首节点建立自己基于双频段的最大功率簇内成员表，让各个节点工作在1.8GHz和230MHz双频段上，每个非簇首节点使用最大功率广播一个“Hello”信息。所述信息中可以包括节点ID(编号)和节点的位置(坐标)。然后，簇首节点根据收到的信息，将其簇内节点按距离从小到大排列，形成最大功率簇内成员表。最好，每个簇首节点构建完最大功率簇内成员表后，利用控制信道将其最大功率簇内成员表、节点ID和节点位置等信息再次发送到网关节点。
较佳地，删除不符合要求的簇内成员形成簇内成员表，假如非簇首节点m同时满足下面两个条件：
1)节点m在簇首节点n1和n2的最大功率簇内成员表中。
2)m、n1之间的距离大于m、n2间的距离。
即节点m离n2更近一些，则网关就会将节点m从簇首节点n1的最大功率簇内成员表中删掉，并按照上述方法将所有节点进行删选。
进一步地，检查网络连通性，看网关能否通过直达或者中继的方式到达网络中任意一个节点，如果有节点不能达到，说明所选簇首节点不能满足覆盖要求，回到簇首节点选取阶段，重新建立主干拓扑。如果节点都能达到，则确定了该簇的簇内成员，如图3所示，椭圆内的节点便是该簇的簇内成员。
因此，根据步骤102形成的主干拓扑网络以及上面确定得到的每个簇的簇内成员，便可以得到整个拓扑网络，如图3所示。
步骤104，根据最终拓扑网络，分别对主干网络的链路、各条簇内的链路进行信道分配。
在实施例中，可以根据链路的优先级和信道干扰指数对主干网络的链路进行1.8GHz频段的信道分配。考虑到靠近网关侧流量瓶颈的问题，为距离网关两跳以内(包括两跳)的簇首节点分配6个用于数据传输的射频，其他节点都分配4个用于数据传输的射频。具体来说，1.8GHz频段，仅有一个20MHz带宽(1785—1850MHz)，参照802.11标准，一个20MHz含有56个子载波，其中52个数据子载波，在本方案中划分为16个信道，信道编号为1到16，编号1-9的信道用于主干网络(每个信道含4个子载波)，编号11到16的信道信道用于簇内链路(每个信道含2个子载波)。其中编号为10的信道为控制信道(含4个子载波)，其他信道为数据信道。
进一步地，可以通过如下方法对主干网络的链路进行信道分配：
首先，计算主干网络链路的优先级，链路优先级只与通过该链路连接到网关的节点数目有关，计算方法为：
其中，l代表链路，n表示通过此链路到达网关的节点，N是网络中所有节点数目，如果节点n到达网关需经过链路l则In,l为1，否则为0。如果有两条以上的链路等级相同，就将功率较小的链路赋予更高的优先级。
然后，将所有的非重叠信道依次分配给等级最高的链路。例如，网络中有9个非重叠信道，则将信道1分配给等级最高的链路，信道2分配给等级第二的链路，以此类推，直到将9个信道都分配一遍；对于排名9以后的链路，网关首先检查该链路的1.8GHz干扰范围内是否存在不干扰信道即未分配的信道。如果存在，则将不干扰信道分配给链路。如果不存在，则计算干扰指数，将干扰指数最小的信道分配给链路。干扰指数计算方法为：
其中，i表示信道，值为1,2,3......；m指干扰范围内的使用信道i的链路；rm是链路等级；R代表最大链路等级；表示链路m到待分配链路的距离，其中α代表路径损耗指数，优选值为2或者4。如果待分配链路与链路m相邻，那m使用的信道干扰指数置为无穷大。
优选地，对于一个无线自组织网络节点来说，可将其有效范围分为三类：无线节点传输范围Rt，无线节点载波侦听范围Rc，无线节点干扰范围Ri。传输范围表示再没有干扰的条件下，能够成功传输的两个节点的最大范围，主要由发送功率和射频传输模型(如衰减)来决定。载波侦听范围表示一个节点能够探测到其它节点发送的信号的最大范围，可以通过调节天线功率来改变大小。干扰范围通常在载波侦听范围之外，表示对其他的接收节点会带来无线干扰的有效范围。一般，为了简化模型，认为无线节点载波侦听范围和无线节点干扰范围相等，近似为两跳的距离。简化后的有效范围如图4所示。
另外，为各条簇内的链路进行1.8GHz和230MHz频段的信道分配，则可以为网络中每一个簇规定等级，根据各簇首节点距离网关的跳数规定其簇的等级，簇首节点距离网关一跳的簇等级为1，距离网关两跳的等级为2，以此类推。根据簇的等级为每个簇进行编号，如，簇等级为1的n个簇依次编号为1、2、3……n，簇等级为2的簇接着上一个等级的最后一个编号，依次编为n+1、n+2……，以此类推。
为每个簇簇内链路进行编号，例如簇1中链路编号为1、2、3……，簇2中链路编号为1、2、3……，以此类推。
之后，判断链路类型，则可以让所有簇首节点工作在1.8GHz频段上，然后所有簇内成员使用最大功率广播“Hello”信息，信息中携带自己的ID编号，簇首节点将自己收到的节点ID编号和自己的最终簇内成员表对比，若某一节点出现在最终簇内成员表中且广播的信息被簇首节点接收到，则这个节点与簇首节点之间的链路为1.8GHz链路；若某一节点出现在最终簇内成员表中但广播的信息没有被簇首节点接收到，则这个节点与簇首节点之间的链路为230MHz链路。
然后，从所属簇等级最高编号最小簇内链路开始依次进行信道分配。其中，如果出现两个簇等级一样，则从编号最小的簇开始，例如：从簇编号为1，链路编号为1的链路开始。
其中，若为1.8GHz链路先将1.8GHz频段上剩余的所有的非重叠信道依次分配给链路。所有非重叠信道分配完后，对于之后的信道，网关节点首先检查该链路的1.8GHz干扰范围内是否存在不干扰信道即未分配的信道。如果存在，则将不干扰信道分配给链路。如果不存在，则计算干扰指数，将干扰指数最小的信道分配给链路。
其中，若为230MHz链路先将230MHz频段上所有的非重叠信道依次分配给链路。所有非重叠信道分配完后，对于之后的信道，网关节点首先检查该链路的230MHz干扰范围内是否存在不干扰信道即未分配的信道。如果存在，则将不干扰信道分配给链路。如果不存在，则计算干扰指数，将干扰指数最小的信道分配给链路。
干扰指数的计算方法为:
其中，i表示信道，值为1,2,3......；m,n指待分配链路的两端节点，a,b指干扰范围内的使用信道i的链路两端节点；dma表示节点m和节点n之间的距离。
步骤105，在所述最终拓扑网络正常工作过程中，当监测到簇首节点失效后进行故障恢复。
在实施例中，网络正常工作的时候，所有簇首节点会周期性地发送“心跳”报文到网关节点，这个报文是用控制信道传输的。如果网关超过三个周期都没有收到某一个或多个簇首节点发送来的报文，就会认为这些簇首节点中等级最高的节点a已经失效，并由此引起其连接的等级靠后的簇与网络分离。网关首先删除节点a的最大功率邻居表和其他簇首节点含有a的表项，然后重新运行建立主拓扑和信道分配的进程，以及簇内拓扑建立和信道分配的进程(也就是步骤101至104)。
在本发明实施例的另一个实施例中，参阅图5所示，为本发明一个可参考实施例中多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法的流程示意图。所述多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法包括：
步骤501，确定网络中的簇首节点，建立坐标系，并将网络中的所有节点标号。
步骤502，网关节点广播信息，簇首节点获得到达网关节点的最小跳数和它的下一跳节点。
步骤503，簇首节点广播信息，簇首节点构建MPNT(最大功率邻居表Maximum PowerNeighbor Table)。
步骤504，簇首节点将其MPNT、节点ID和节点位置信息发送到网关节点。
步骤505，网关扫描每个簇首节点的MPNT，对邻居节点进行删选，构建DNT。具体实施过程包括：
步骤1:确定在簇首节点MPNT中的节点与簇首节点之间的距离，以及该节点与簇首节点MPNT中的任意一个节点之间的距离。
步骤2：判断节点与簇首节点之间的距离是否大于该节点与簇首节点MPNT中的任意一个节点之间的距离，若是则进行步骤3，否则执行步骤4。
步骤3：判断当前簇首节点MPNT中的总节点数目是否大于或等于预设的数目阈值，若是则删除该节点，返回步骤2。否则直接进行步骤4。
步骤4：形成簇首节点的DNT(直接邻居表Direct Neighbor Table)。
步骤506，网关检查网络中每个簇首节点的DNT将单向链路转化成双向链路，形成FNT(最终的邻居表Final Neighbor Table)。
步骤507，判断当前网络是否连通，若是则执行步骤508，否则返回步骤505。
较佳地，返回步骤505重新对簇首节点的邻居节点进行删选，构建DNT。优选地，可以通过增加预设的数目阈值，重新构建DNT。
步骤508，以到达网关的最小功率作为路径选择的度量，使用Kruskal算法生成网络的最短生成树，形成主干拓扑。
较佳地，网关计算其到FNT中其他节点所需的最小功率，并以到达网关的最小功率作为路径选择的度量，使用Kruskal算法生成网络的最短生成树，网关是树的树根，链路功率的计算公式为：
式中，ht和hr分别是发射射频和接收射频的高度，Gt和Gr是发射天线和接收天线的增益，Rx是接收节点能正确解码信息所需的最小功率阈值，d是两个节点之间的距离。
根据信道分配算法需要遵守的准则之一：每个节点可以占用多个信道，但不能超过其无线射频接口数。网关必须检查生成树中是否有节点的度数大于其射频接口数，若没有，则是最终的主干拓扑；若有，则网关保留权重最小的几条链路，使链路数等于节点度数。
步骤509，根据所述主干拓扑，判断网络是否连通，若连通则执行步骤510，否则返回步骤505。
较佳地，返回步骤505重新对簇首节点的邻居节点进行删选，构建DNT。优选地，可以通过增加预设的数目阈值，重新构建DNT。
步骤510，每个簇首节点确定簇内成员。具体包括：
步骤1：每个非簇首节点广播信息。
步骤2：簇首节点根据收到的信息，将其簇内节点按距离从小到大排列，形成最大功率簇内成员表。具体实施过程包括：
删除不符合要求的簇内成员形成簇内成员表，假如非簇首节点m同时满足下面两个条件：
1)节点m在簇首节点n1和n2的最大功率簇内成员表中。
2)m、n1之间的距离大于m、n2间的距离。
即节点m离n2更近一些，则网关就会将节点m从簇首节点n1的最大功率簇内成员表中删掉，并按照上述方法将所有节点进行删选。
步骤3：簇首节点将其最大功率簇内成员表、节点ID和节点位置等信息再次发送到网关节点。
步骤4：判断网络是否连通，若连通则确定了该簇的簇内成员，否则返回步骤501。
进一步地，检查网络连通性，看网关能否通过直达或者中继的方式到达网络中任意一个节点，如果有节点不能达到，说明所选簇首节点不能满足覆盖要求，返回步骤501。如果节点都能达到，则确定了该簇的簇内成员。
步骤511，根据主干拓扑网络，以及每个簇首节点确定的簇内成员形成网络的最终拓扑。
步骤512，根据最终拓扑网络，分别对主干网络的链路、各条簇内的链路进行信道分配。
作为实施例，根据最终拓扑网络，对主干网络的链路进行信道分配，具体的实施过程包括：
步骤1：计算主干网络链路的优先级。
其中，链路优先级只与通过该链路连接到网关的节点数目有关，计算方法为：
其中，l代表链路，n表示通过此链路到达网关的节点，N是网络中所有节点数目，如果节点n到达网关需经过链路l则In,l为1，否则为0。如果有两条以上的链路等级相同，就将功率较小的链路赋予更高的优先级。
步骤2：将所有的非重叠信道从序号最低开始依次分配给等级最高的链路。
步骤3：判断剩余链路的1.8GHz干扰范围内是否存在不干扰信道(未分配的信道)，若存在则将该不干扰信道分配给所述剩余链路，否则进行步骤4。
步骤4：计算剩余链路的1.8GHz干扰范围内干扰信道的干扰指数，将干扰指数最小的信道分配给该剩余链路。
其中，干扰指数计算方法为：
其中，i表示信道，值为1,2,3......；m指干扰范围内的使用信道i的链路；rm是链路等级；R代表最大链路等级；表示链路m到待分配链路的距离，其中α代表路径损耗指数，值为2或者4。
作为实施例，根据最终拓扑网络，对各条簇内的链路进行信道分配，具体的实施过程包括：
步骤1：根据各簇首节点距离网关的跳数规定其簇的等级。
步骤2：判断簇内节点和簇首节点之间的链路是1.8GHz链路还是230MHz链路，当簇内节点和簇首节点之间的链路为1.8GHz链路时进行步骤3，当簇内节点和簇首节点之间的链路为230MHz链路时进行步骤4。
步骤3：将1.8GHz频段上剩余的所有的非重叠信道从次序最低开始依次分配给优先级最高的链路。之后，网关节点检查剩余链路的1.8GHz干扰范围内是否存在不干扰信道，若存在则直接将该不干扰信道分配给该剩余链路，否则计算干扰指数，将将干扰指数最小的信道分配给该剩余链路。
步骤4：将230MHz频段上剩余的所有的非重叠信道从次序最低开始依次分配给优先级最高的链路。之后，网关节点检查剩余链路的230MHz干扰范围内是否存在不干扰信道，若存在则直接将该不干扰信道分配给该剩余链路，否则计算干扰指数，将将干扰指数最小的信道分配给该剩余链路。
步骤513，在所述最终拓扑网络正常工作过程中，当监测到簇首节点失效后进行故障恢复。具体的实施过程包括：
所有簇首节点会周期性地发送“心跳”报文到网关节点，如果网关超过三个周期都没有收到某一个或多个簇首节点发送来的报文，就会认为这些簇首节点中等级最高的簇首节点已经失效。
然后，对失效的簇首节点进行故障恢复，通过删除失效的簇首节点的最大功率邻居表和其他簇首节点含有该失效的簇首节点的表项，然后重新运行建立主拓扑和信道分配的进程，以及簇内拓扑建立和信道分配的进程(也就是步骤501至512)。
综上所述，本发明提供的一种多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法，创造性地实现了基于电力双频段组网的多射频多信道分配技术；并且，结合了230MHz和1.8GHz电力双频段组网，充分利用频率资源；最后，整个所述的多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法紧凑、易于控制，具有广泛、重大的推广意义。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法，其特征在于，包括步骤：
确定网络中的簇首节点；
根据簇首节点和网关形成主干拓扑网络；
根据主干拓扑网络，以及每个簇首节点确定的簇内成员形成网络的最终拓扑；
根据最终拓扑网络，分别对主干网络的链路、各条簇内的链路进行信道分配；
在所述最终拓扑网络正常工作过程中，当监测到簇首节点失效后进行故障恢复。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据簇首节点和网关形成主干拓扑网络，包括：
网关节点广播信息，簇首节点获得到达网关节点的最小跳数和它的下一跳节点；
簇首节点广播信息，簇首节点构建最大功率邻居表；
簇首节点将最大功率邻居表、节点ID和节点位置信息发送到网关节点；
网关扫描每个簇首节点的最大功率邻居表，对邻居节点进行删选，构建直接邻居表；
网关检查网络中每个簇首节点的直接邻居表，将单向链路转化成双向链路，形成最终的邻居表；
以到达网关的最小功率作为路径选择的度量，生成网络的最短生成树，形成主干拓扑。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，构建直接邻居表，还包括：
步骤1:确定在簇首节点最大功率邻居表中的节点与簇首节点之间的距离，以及该节点与簇首节点最大功率邻居表中的任意一个节点之间的距离；
步骤2：判断节点与簇首节点之间的距离是否大于该节点与簇首节点最大功率邻居表中的任意一个节点之间的距离，若是则进行步骤3，否则执行步骤4；
步骤3：判断当前簇首节点最大功率邻居表中的总节点数目是否大于或等于预设的数目阈值，若是则删除该节点，返回步骤2；否则直接进行步骤4；
步骤4：形成簇首节点的直接邻居表。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个簇首节点确定簇内成员，还包括：
步骤1：每个非簇首节点广播信息；
步骤2：簇首节点根据收到的信息，将其簇内节点按距离从小到大排列，形成最大功率簇内成员表；
步骤3：簇首节点将其最大功率簇内成员表、节点ID和节点位置等信息再次发送到网关节点。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，形成最大功率簇内成员表，包括：
删除不符合要求的簇内成员形成簇内成员表，假如非簇首节点m同时满足下面两个条件：
1)节点m在簇首节点n1和n2的最大功率簇内成员表中；
2)m、n1之间的距离大于m、n2间的距离；
即节点m离n2更近一些，则网关就会将节点m从簇首节点n1的最大功率簇内成员表中删掉，并按照上述方法将所有节点进行删选。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对主干网络的链路进行信道分配，包括：
步骤1：计算主干网络链路的优先级；
步骤2：将所有的非重叠信道从序号最低开始依次分配给等级最高的链路；
步骤3：判断剩余链路的1.8GHz干扰范围内是否存在不干扰信道，若存在则将该不干扰信道分配给所述剩余链路，否则进行步骤4；
步骤4：计算剩余链路的1.8GHz干扰范围内干扰信道的干扰指数，将干扰指数最小的信道分配给该剩余链路。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，链路优先级只与通过该链路连接到网关的节点数目有关，计算方法为：
<mrow>
<msub>
<mi>r</mi>
<mi>l</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>n</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>N</mi>
</munderover>
<msub>
<mi>I</mi>
<mrow>
<mi>n</mi>
<mo>,</mo>
<mi>l</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
其中，l代表链路，n表示通过此链路到达网关的节点，N是网络中所有节点数目，如果节点n到达网关需经过链路l则In,l为1，否则为0。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，干扰指数计算方法为：
<mrow>
<msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>I</mi>
<mi>L</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<munder>
<mo>&Sigma;</mo>
<mi>m</mi>
</munder>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>r</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mi>R</mi>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<msubsup>
<mi>d</mi>
<mi>m</mi>
<mi>&alpha;</mi>
</msubsup>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，i表示信道，值为1,2,3......；m指干扰范围内的使用信道i的链路；rm是链路等级；R代表最大链路等级；表示链路m到待分配链路的距离，其中α代表路径损耗指数。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对各条簇内的链路进行信道分配，还包括：
步骤1：根据各簇首节点距离网关的跳数规定其簇的等级；
步骤2：判断簇内节点和簇首节点之间的链路是1.8GHz链路还是230MHz链路，当簇内节点和簇首节点之间的链路为1.8GHz链路时进行步骤3，当簇内节点和簇首节点之间的链路为230MHz链路时进行步骤4；
步骤3：将1.8GHz频段上剩余的所有的非重叠信道从次序最低开始依次分配给优先级最高的链路；之后，网关节点检查剩余链路的1.8GHz干扰范围内是否存在不干扰信道，若存在则直接将该不干扰信道分配给该剩余链路，否则计算干扰指数，将将干扰指数最小的信道分配给该剩余链路；
步骤4：将230MHz频段上剩余的所有的非重叠信道从次序最低开始依次分配给优先级最高的链路；之后，网关节点检查剩余链路的230MHz干扰范围内是否存在不干扰信道，若存在则直接将该不干扰信道分配给该剩余链路，否则计算干扰指数，将将干扰指数最小的信道分配给该剩余链路。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的方法，其特征在于，对失效的簇首节点进行故障恢复，通过删除失效的簇首节点的最大功率邻居表和其他簇首节点含有该失效的簇首节点的表项，然后重新运行建立主拓扑和信道分配的进程，以及簇内拓扑建立和信道分配的进程。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611096794.1A CN107635235B (zh) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | 一种多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611096794.1A CN107635235B (zh) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | 一种多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107635235A true CN107635235A (zh) | 2018-01-26 |
| CN107635235B CN107635235B (zh) | 2021-09-28 |
Family
ID=61112560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611096794.1A Active CN107635235B (zh) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | 一种多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107635235B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110493716A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-11-22 | 科航（苏州）信息科技有限公司 | 通信节点自动部署方法和装置 |
| CN111814605A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-10-23 | 浙江大华技术股份有限公司 | 基于拓扑地图的主干道识别方法、识别装置及存储装置 |
| CN112333654A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-02-05 | 华北电力大学 | 提高无线传感网鲁棒性的能量局部均衡拓扑控制算法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101013987A (zh) * | 2007-02-05 | 2007-08-08 | 南京邮电大学 | 一种高效的无线传感器网络拓扑控制方法 |
| CN101262449A (zh) * | 2008-04-25 | 2008-09-10 | 北京交通大学 | 一种新的无线自组网双频分级路由方法 |
| CN103188825A (zh) * | 2011-12-31 | 2013-07-03 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 无线传感网的组网方法 |
| CN103945487A (zh) * | 2014-05-08 | 2014-07-23 | 国家电网公司 | 一种电力通信网中面向可靠性的节点分簇方法 |
| CN104735741A (zh) * | 2015-01-28 | 2015-06-24 | 合肥天海电气技术有限公司 | 一种企业配用电安全无线传感网 |
| CN204482045U (zh) * | 2015-04-13 | 2015-07-15 | 安徽工程大学 | 一种用于监测电力设备的无线网络结构 |
-
2016
- 2016-12-02 CN CN201611096794.1A patent/CN107635235B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101013987A (zh) * | 2007-02-05 | 2007-08-08 | 南京邮电大学 | 一种高效的无线传感器网络拓扑控制方法 |
| CN101262449A (zh) * | 2008-04-25 | 2008-09-10 | 北京交通大学 | 一种新的无线自组网双频分级路由方法 |
| CN103188825A (zh) * | 2011-12-31 | 2013-07-03 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 无线传感网的组网方法 |
| CN103945487A (zh) * | 2014-05-08 | 2014-07-23 | 国家电网公司 | 一种电力通信网中面向可靠性的节点分簇方法 |
| CN104735741A (zh) * | 2015-01-28 | 2015-06-24 | 合肥天海电气技术有限公司 | 一种企业配用电安全无线传感网 |
| CN204482045U (zh) * | 2015-04-13 | 2015-07-15 | 安徽工程大学 | 一种用于监测电力设备的无线网络结构 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 徐莉莉: "与无线自组网相结合的配电网自动化通信网络设计研究", 《建材与装饰》 * |
| 聂伟峰: "与无线自组网相结合的配电网自动化通信网络设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110493716A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-11-22 | 科航（苏州）信息科技有限公司 | 通信节点自动部署方法和装置 |
| CN111814605A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-10-23 | 浙江大华技术股份有限公司 | 基于拓扑地图的主干道识别方法、识别装置及存储装置 |
| CN111814605B (zh) * | 2020-06-23 | 2024-01-19 | 浙江华睿科技股份有限公司 | 基于拓扑地图的主干道识别方法、识别装置及存储装置 |
| CN112333654A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-02-05 | 华北电力大学 | 提高无线传感网鲁棒性的能量局部均衡拓扑控制算法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107635235B (zh) | 2021-09-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108540204A (zh) | 用于卫星网络拓扑生成的快速收敛蚁群算法 | |
| CN106559352A (zh) | 一种面向智能电网NAN的干扰感知的QoS路由机制 | |
| CN107635235A (zh) | 一种多频段配用电无线自组织网多射频和信道分配方法 | |
| CN106714263A (zh) | 无线传感网络aodv路由协议实现系统及方法 | |
| CN109150712A (zh) | 电力线载波与无线融合通信的组网方法及系统 | |
| CN106100720A (zh) | Leo/meo卫星网络的路由快速收敛优化方法 | |
| CN103079209B (zh) | 认知无线网络拓扑重构方法及系统 | |
| CN106656263A (zh) | 一种融合工频通信的电力线载波通信路径搜索方法 | |
| Korkmaz et al. | Characterizing link and path reliability in large-scale wireless sensor networks | |
| CN105472484A (zh) | 一种电力骨干光传输网波道均衡路由波长分配方法 | |
| CN110831104A (zh) | 一种线型拓扑无线自组网网络路由方法 | |
| CN106162787A (zh) | 一种路由建立方法及装置 | |
| CN104994508A (zh) | 一种认知无线mesh网络资源分配及路由方法 | |
| CN103179632B (zh) | 认知无线电蜂窝网络中基于能量优化及网络寿命的跨层路由方法 | |
| CN109039905B (zh) | 基于链路感知的plc与无线异构组网系统及方法 | |
| CN111935797B (zh) | 一种用于低压开关柜无线通信网络的动态路由方法 | |
| CN104053208B (zh) | 无线自组网中基于信道分配的路由方法、装置 | |
| CN103874160B (zh) | 车辆自组织网络中基于三维场景的路由方法 | |
| CN113259251A (zh) | 一种多模融合通信的路由组网方法及装置 | |
| CN108401274A (zh) | 机会网络的数据传输方法 | |
| CN109309944B (zh) | 一种无线多跳网络拓扑发现方法 | |
| CN110072266A (zh) | 考虑干扰功率的无线Mesh网络多播路由信道分配方法 | |
| CN113747536B (zh) | 一种移动环境下WSNs的QoS感知的多路径路由方法 | |
| CN104270797B (zh) | 基于边介数的无线传感器网络分簇方法 | |
| CN101741669B (zh) | 一种链式无线网络的组建方法及网络节点 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100070 Fengtai District, Beijing Feng Feng Road, the era of wealth building, the world's first floor, 28 Applicant after: BEIJING GUODIANTONG NETWORK TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant after: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Applicant after: RESEARCH INSTITUTE OF ECONOMICS AND TECHNOLOGY, STATE GRID SHANDONG ELECTRIC POWER Co. Applicant after: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University Applicant after: STATE GRID INFORMATION & TELECOMMUNICATION GROUP Co.,Ltd. Address before: 100070 Fengtai District, Beijing Feng Feng Road, the era of wealth building, the world's first floor, 28 Applicant before: BEIJING GUODIANTONG NETWORK TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: State Grid Corporation of China Applicant before: RESEARCH INSTITUTE OF ECONOMICS AND TECHNOLOGY, STATE GRID SHANDONG ELECTRIC POWER Co. Applicant before: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University Applicant before: STATE GRID INFORMATION & TELECOMMUNICATION GROUP Co.,Ltd. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20190722 Address after: 100085 Beijing city Haidian District Qinghe small Camp Road No. 15 Applicant after: BEIJING CHINA POWER INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant after: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Applicant after: RESEARCH INSTITUTE OF ECONOMICS AND TECHNOLOGY, STATE GRID SHANDONG ELECTRIC POWER Co. Applicant after: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University Applicant after: STATE GRID INFORMATION & TELECOMMUNICATION GROUP Co.,Ltd. Address before: 100070 Fengtai District, Beijing Feng Feng Road, the era of wealth building, the world's first floor, 28 Applicant before: BEIJING GUODIANTONG NETWORK TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Applicant before: RESEARCH INSTITUTE OF ECONOMICS AND TECHNOLOGY, STATE GRID SHANDONG ELECTRIC POWER Co. Applicant before: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University Applicant before: STATE GRID INFORMATION & TELECOMMUNICATION GROUP Co.,Ltd. |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |