[发明专利]对周围节点无干扰的无线网状网信道资源预留系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别是涉及一种对周围节点无干扰的无线网状网信道资源预留系统及方法。

背景技术

无线网状网(又称为无线Mesh网络)是融合了移动Ad hoc网络和有基础设施网络结构的以无线多跳中继为特征的网络。无线网状网在网络拓扑上与移动Ad hoc网络相似，但网络大多数节点处于静止或弱移动状态，拓扑变化较小；业务模式的差异是无线网状网和移动Ad hoc网络的最大区别，移动Ad hoc网络承载的是任意一对节点之间的业务流，而无线网状网主要承载来往于Internet网关的业务，少量承载任意一对节点之间的业务流。无线网状网在宽带接入、提高网络覆盖、低成本构建等方面具有独特的优势，被认为是下一代因特网的无线版本，也被认为是构建B3G/4G的潜在技术之一。

资源预留是有效保障网络QoS的关键技术。由于无线传播的开放性带来不可消除的无线干扰，同时互不交迭信道数量有限，普遍认为以无线多跳为特征的网络难以承受传统资源预留协议(RSVP)对其有限信道资源的消耗，信道资源预留一直是包括无线网状网在内的无线多跳网络的研究难题。

信道资源预留通常看成是在节点射频接口对信道的使用时间进行预留。无线网状网和移动ad hoc网络中相关研究不多，目前主要有以下三种实现方法。

①MACA/PR中采用的是实时接续的预留方法。首先采用RTS/CTS为第一个数据分组沿其通过的路径做出预留，然后每个发送的数据分组中都包含下一个数据分组发送时间以便告知相关节点更新预留。MACA/PR中预留机制要求最小同步，网络中每个节点建立一个预留表且需要频繁的预留表交互，预留的灵活性较小且容易降低局部网络的通信效率。

②INSIGNIA带内信令系统先对路径中的每一跳分别进行时隙预留，然后采用具有自适应功能的软状态资源管理方法快速响应形成端到端的时隙预留。虽然，INSIGNIA中自适应服务能够在网络资源变成有效可用时从最小带宽保障变成最大，预留的灵活性好，但是需要复杂的自适应计算和频繁的带内信令交互。

③Carlson等人为无线网状网提出的分布式端到端时隙预留(DARE，Distributed end-to-end Allocation of time slots for Real-time traffic)协议先用预留请求消息(RTR，Request-to-Reserve)通知沿途节点预留时间片段和时隙周期，然后相应节点周期性地使用预留的时间片段。DARE的缺点是要求严格的网络同步，而且基于冲突的DCF机制与DARE混合使用难以达到预期效果。

传统资源预留方法难以用于无线多跳网络的主要原因是为了防止预留路径中数据传输受到周围节点的干扰破坏而对邻近节点的数据传输进行抑制，从而造成网络效率低下。近年来提出的资源预留方法通常要求严格的网络同步，这对于较大规模的无线多跳网络是难以实现的。现有资源预留研究普遍存在两个不足，一个是在仿真验证环境中对信道干扰的考虑还不够充分，另一个是没有充分利用多个信道资源的优势。

严军荣等人根据无线网状网流量呈现树状拓扑汇聚的特点在数据链路层提出无线链路干扰分析模型，把全方向的无线干扰转化为有特定方向的无线链路干扰。如图1示意，在典型的无线网状网骨干网拓扑中节点S是与Internet相连的根节点，网络业务流向节点S汇聚。为便于表示，假设相邻两个节点间虚线长度恰好为单跳最大数据传输距离Rt。在相同信道下，假设其中任意节点对G和L通信，即链路GL占用信道，此时周围的链路受到干扰而不能再占用信道。但是干扰对不同链路造成的后果却是不一样的，由此可以把干扰分类为纵向干扰和横向干扰。纵向干扰是指链路GL占用信道时，对其上一跳链路(CG、DG、DH、HE等)和下一跳链路(KP、KQ、LQ、LR等)造成的干扰，又可称为多跳干扰。横向干扰是指链路GL占用信道时，对与其平行链路(FK、GK、HL、HM等)造成的干扰，又可称为单跳干扰。纵向(多跳)干扰可看作是同一业务流内干扰，横向(单跳)干扰则是不同业务流间平行干扰。采用OPNET仿真可验证纵向干扰比横向干扰对网络性能影响的要大得多，纵向干扰是无线网状网中最严重的干扰。

在此基础上，以多跳链路中的单跳作为最小分割单位对无线网络状网的拓扑进行分割，如图2示意。于是，无线网状网中需要资源预留的路径是沿着其纵向干扰方向逐跳穿越拓扑子图的曲线段。由此，可以把信道资源预留问题转化为如何为这条曲线段临时分配信道的问题。

发明内容