[发明专利]基于流量感知的动态组网方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线mesh网络技术领域，具体地说是一种基于流量感知的动态组网方法。

背景技术

无线Mesh网络是一种新型的宽带无线网络结构，是一种高容量、高速率的分布式无线网络。无线Mesh网络具有骨干路由节点静止和其能量无拘束等特征使其在扩增无线网络覆盖，支持多频段无线设备等方面有很大的优势。另外，无线Mesh网络是一种实现工业回程网的高效解决方案。

近年来，学术界和工业界对无线网状网（WMN）都产生了极大的兴趣。工业关注主要是由于无线Mesh网络是一种成本效益高的、可实现广域覆盖的组网方式。研究人员则是被无线Mesh网络的配置和管理等挑战性问题所吸引。共同关注的技术问题是无线Mesh网络的组网问题。

随着客户端对数据传输速率的要求逐渐提高，同时也为减少信道冲突，多射频多信道无线Mesh网络的路由节点装有多个射频接口且采用不同的信道通信，多射频多信道技术可允许单个路由器同时进行数据的收发，弥补单射频单信道网络端到端时延大，网络吞吐量小等不足。但是，网络可用信道数目有限，特别是互不相交叠的可用信道数目很少，相邻接入点之间不可避免使用同一信道，为缓减接入点之间的竞争干扰水平，须对密集的接入点合理地分配这些信道。

多射频多信道无线Mesh网络的组网技术涉及较多问题，包括信道分配、路由分配、速率控制、拥塞控制等。传统的方法只针对了单一问题或只考虑单一条件，未能进行全面的考虑。同时当前的信道分配机制在进行信道重新分配过程中，不考虑当前的信道分配状况，进而产生一个完全不同的信道分配结果，造成大量的信道切换，使网络暂时中断，导致网络吞吐量降低。

发明内容

针对无线Mesh网络中流量动态变化的特点，考虑当前网络信道状况，本发明提出了一种基于流量感知的自组网方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于流量感知的动态组网方法，包括以下步骤：

构建工业无线mesh回程网络；

根据干扰的物理模型信噪比SNR建立网络拓扑图G(V,E)；

定义全局效用函数；

根据给定的可用信道组C、链路容量组{c(e)}e∈E、流量组{f(e)}e∈E以及全局效用阈值λ₀，为网络拓扑图G(V,E)中的链路手动分配信道c及速率r_m，由管理器节点周期性计算当前全局效用函数，当前全局效用函数满足条件T_u＞λ₀时，触发网络组网过程，实现网络重组。

所述工业无线mesh回程网络中的节点包括：mesh路由器，mesh网关，mesh接入点，以及管理器；其中mesh路由器负责回程网内的数据转发，mesh网关负责回程网和骨干网之间的连接，mesh接入点负责回程网和现场网络的连接，而管理器则负责整个网络的管理，包括组网过程。

所述网络拓扑图G(V,E)中，V为链路端口集合，E为方向链路集合；定义接收端口r收到发送端口s的信号时的信噪比SNR为：

式中，P_s为端口s的发送功率，n_r为端口r处的干扰；

给定信噪比阈值γ_r，端口s、r建立s→r方向链路需满足：

SNR_sr≥γ_r（2）

所述全局效用函数为：

式中，c(e₀)为节点各链路容量上限，f(e₀)为链路实际流量，e₀为链路，E为方向链路集合。

所述网络重组包括以下步骤：

管理器计算当前全局效用函数T_u，判断当前全局效用函数值是否满足条件T_u≤λ₀；

若满足，则等待下一个重组周期的到来；否则，将当前所有链路插入优先队列Q；

当优先队列Q非空时，启动信道和速率分配过程为链路分配合适的信道和速率；依次调用信道设置过程，为当前链路的两个端口设置相应的信道；继续为链路中断队列Q_p中的链路分配信道和速率；若优先队列Q为空，则网络组网过程结束。

所述链路的优先级根据链路的流量与容量比值p来确定，p的值越大优先级越高，优先级高的链路最先进行信道和速率分配。

所述信道和速率的分配过程分为两个阶段，首先调用最小中断信道分配过程为当前链路分配合适的信道，然后调用速率分配过程为当前链路分配合适的速率。