[发明专利]一种多信道无线Ad hoc网络的信道选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多信道无线自组织网络的信道选择方法，特别涉及一种基于可用信道数目的MAC层信道选择方法的实现。 

背景技术

信道接入协议对无线网络的性能优劣起着决定性作用，是自组织网络的研究重点和热点之一。单信道的信道接入协议在增大节点规模时，网络性能显著下降。采用多信道机制，可以提高网络吞吐量，减小传播延迟，降低冲突概率，更易于支持网络的QoS(Quality of Service)保障。多信道网络的介质访问控制(MAC)协议主要解决节点的接入控制和信道分配两个问题，信道分配是要为不同的通信节点分配合适的空闲信道，接入控制是确定允许或者拒绝节点接入信道，它对于避免网络业务量负荷过载、解决竞争冲突问题、保证通信网络的稳定性至关重要。 

当前比较流行的信道分配方法是采用静态分配的网络接口卡工作在公共控制信道上进行传输控制，而其它的网络接口卡在剩余可用信道之间进行切换，进行数据传输。在传输数据报文之前，会先在控制信道上面进行协商(RTS/CTS)即将进行的数据传输所采用的信道，在协商工作完成之后，双方在先前协商好的信道上面进行数据传输。由于所有节点都共享公用信道，所以能很好的保证网络的连通性。但这种方案存在以下两个缺点：①公用的控制信道在可用数据信道较多时，控制信息的交换较多，容易成为性能的瓶颈。②在可用信道数目较少时，由于专用控制信道不能用于数据传输，因此网络的信道利用率较低。 

基于可用信道数目的MAC层信道选择方法很好的解决了上述两个问题，提出一种基于可用信道数目的多信道分配方案。首先，在该方案中，从所有节点的网络接口卡中分出一个接口卡作为固定接口，其它接口卡作为可切换接口。通过在相同的网络仿真场景下，采用控制信道始终用作控制分组传输和控制信道兼用于数据传输两种方法处理数据传输业务，获得两种方法的信道利用率(信道利用率＝(数据分组长度*成功传送的数据分组数目)/总信道数目)随可用信道数目变化的曲线，将两条曲线的交叉点相对应的信道数目设置为阈值M，该阈值可保证网络获得较高信道利用率。当可用信道数目小于M时固定接口信道既可作为数据信道又可作为控制信道，以保证较高的信道利用率，当可用信道数目大于M时，固定接口信道作为专用控制信道交换控制分组。其次，该方案对RTS/CTS预约机制中的RTS控制分组格式进行修改，增加空闲信道编码和值信息FCCS。节点有数据要发送时，首先检查自己的信道使用列表，将空闲的数据信道号进行二进制编码相加(如图1所示)，得到的编码和值FCCS放入RTS控制分组发送给目的节点。由于信道编号的和值具有唯一性，所以目的节点在收到RTS控制分组后，可以根据其中的信道编号和值计算得出空闲的可用信道，即若码组 的第i位为1(从低位数起)，则表明信道i为空闲。采用这种空闲信道编码和值方式可以大大缩短RTS控制分组的长度，减轻了网络负担，从而降低了性能传输瓶颈出现的概率。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于多信道无线自组织网络的信道选择方法，能够充分利用网络中的可用信道，以达到较高的信道利用率和较低的分组冲突概率。为达到上述目的，本发明采取如下步骤实现： 

第一步骤：信道使用列表的初始化 

假设节点有n个可用信道，把整个信道分为1个控制信道和n-1个数据信道，这些子信道互不重叠且带宽相等，每个节点配置k个网络接口卡，1个用于控制信道，其余k-1个可在n-1个数据信道间切换使用。通信双方通过在控制信道上交换RTS/CTS/RES控制分组来预约数据信道，然后在数据信道上传输DATA/ACK帧进行通信。每个节点保存信道使用列表CUL[]和空闲信道编码和值FCCS。CUL[]表项有3个元素：CUL[i].host是本节点或本节点的一个邻居节点的地址，CUL[i].ch是被节点CUL[i].host所占用的数据信道，CUL[i].rel_time指信道CUL[i].ch的释放时间。FCCS可由CUL[]获得空闲信道号然后对其编码求和计算得出。网络初始化时对各个节点的信道使用列表进行初始化。 

第二步骤：空闲信道和值信息的设置