CN101938784B - 信道分配方法、信道调整方法和网络设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术领域，公开了信道分配方法、信道调整方法和网络设备，其中信道分配方法包括：Mesh节点设置自身的层号；所述Mesh节点根据所述层号确定上层邻居节点和下层邻居节点的比例，根据所述上层邻居节点和下层邻居节点的比例将自身的射频分为上行射频和下行射频；所述Mesh节点确定上行射频的备选信道集合，从所述上行射频的备选信道集合中为所述上行射频选择工作的上行信道；所述Mesh节点确定下行射频的备选信道集合，从所述下行射频的备选信道集合中为所述下行射频选择工作的下行信道。使用本发明可以为具有多个上层邻居节点的Mesh节点进行信道分配。

Description

信道分配方法、信道调整方法和网络设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及信道分配方法、信道调整方法和网络设备。

背景技术

无线局域网络作为高效率、低成本的无线解决方案已经成为当今的主流技术。无线的移动性为用户创造了高效灵活的工作环境，大大提高了工作效率，其价值已被越来越多的人们所认同。对于服务提供商，无线局域网的无线宽带接入与漫游能力可以扩展提供给用户的随时随地“永远在线”的网络接入服务，为互联网(Internet)服务商带来了新的商机。如何突破无线局域网(WLAN：Wireless Local Area Networks)的传统“热点”结构，提供大面积无线“热区”覆盖和真正平滑漫游能力，无线网状网(Mesh)接入技术作为新一代的无线局域网技术应运而生。

无线Mesh网络是一种非常适合于覆盖大面积开放区域(包括室外和室内)的无线区域网络解决方案，无线Mesh网络由Mesh网关，Mesh节点，Mesh终端构成，各个部分的功能如下：

Mesh网关同时连接有线网络(如Internet)和无线网络，是有线和无线网络之间的中继节点，用于在有线和无线网络之间中转数据。

Mesh节点又叫做Mesh路由器，是无线Mesh网络的骨干组成部分，用于在无线网络中转发数据，同时可以为Mesh终端提供无线接入。

Mesh终端是无线Mesh网络中的终端设备，至少配有一个802.11无线网卡，在无线Mesh网络中，每个无线终端至少连接到一个无线Mesh节点上。

由于无线Mesh设备层出不穷，为了保证互通性，无线相容认证(WiFi：Wireless Fidelity)联盟制定了802.11s协议，规范Mesh设备的物理层/介质访问接入控制层(PHY/MAC)的实现。该协议仅针对单射频网络，即Mesh网络中射频采用同一个信道传输。

为了提高无线频谱的利用率，新一代无线Mesh网络大都采用多射频设备，可以同时在多个信道上进行数据传输。由于每个无线射频同时只能工作在一个信道上的特性，如何对每个射频工作的信道进行分配是要解决的一大难题。现有的一种信道分配方法如下所示：

在该方法中，射频被分为3种类型：上行射频(UP-NIC)、下行射频(DOWN-NIC)和控制射频(CONTROL-NIC)。

该方法基于路由树结构，每个Mesh节点只有一个上层邻居节点。Mesh节点上UP-NIC工作的上行信道的选择，完全取决于该Mesh节点的上层邻居节点上DOWN-NIC工作的下行信道。在选择Mesh节点上DOWN-NIC工作的下行信道时，选择Mesh网络中业务负载最轻的信道。Mesh节点CONTROL-NIC工作在公共信道上。

该方法依赖于树形路由，并且每个Mesh节点的上行接口必须与该Mesh节点的上层邻居节点的下行接口绑定，对于有具有多个上层邻居节点的Mesh节点，该方法无法适用。

发明内容

本发明实施例提供了信道分配方法、信道调整方法和网络设备，可以为具有多个上层邻居节点的Mesh节点进行信道分配。

本发明实施例提供了一种信道分配方法，包括：

网状网Mesh节点设置自身的层号；

所述Mesh节点根据所述层号确定上层邻居节点和下层邻居节点的比例，根据所述上层邻居节点和下层邻居节点的比例将自身的射频分为上行射频和下行射频；

所述Mesh节点确定上行射频的备选信道集合，从所述上行射频的备选信道集合中为所述上行射频选择工作的上行信道；

所述Mesh节点确定下行射频的备选信道集合，从所述下行射频的备选信道集合中为所述下行射频选择工作的下行信道。

本发明实施例还提供了一种信道调整方法，包括：

Mesh节点用空闲射频进行信道扫描，获得各信道的忙闲信息；

所述Mesh节点用繁忙射频在该繁忙射频对应的信道集合中选择一个相对空闲的信道，所述信道集合包括根据上层邻居节点和下层邻居节点的比例确定的上行信道或下行信道；

如果所述繁忙的射频工作的信道与相对空闲的信道的业务量之比大于预置门限，所述Mesh节点将所述繁忙射频的工作信道换至所述相对空闲的信道。

本发明实施例还提供了一种网络设备，包括：

设置单元，用于设置所述网络设备的层号；

划分单元，用于根据所述层号确定上层邻居节点和下层邻居节点的比例，根据所述上层邻居节点和下层邻居节点的比例将自身的射频分为上行射频和下行射频；

确定单元，用于确定所述划分单元划分的上行射频的备选信道集合，确定所述划分单元划分的下行射频的备选信道集合；

选择单元，用于从所述确定单元确定的上行射频的备选信道集合中为所述上行射频选择工作的上行信道；从所述确定单元确定的下行射频的备选信道集合中为所述下行射频选择工作的下行信道。

本发明实施例还提供了一种网络设备，包括：

扫描单元，用于用空闲射频进行信道扫描，获得各信道的忙闲信息；

信道选择单元，用于根据扫描单元获得的忙闲信息，用繁忙的射频在该繁忙射频对应的信道集合中选择一个相对空闲的信道，所述信道集合包括根据上层邻居节点和下层邻居节点的比例确定的上行信道或下行信道；

切换单元，用于在所述繁忙的射频工作的信道与所述信道选择单元选择的相对空闲的信道的业务量之比大于预置门限时，将所述最繁忙的射频的工作新到换至所述相对空闲的信道。

从本发明实施例提供的以上技术方案可以看出，由于本发明实施例中Mesh节点可以设定上行射频的备选信道集合，从而从上行射频的备选信道集合中为上行射频选择工作的上行信道，从而在有多个上层邻居节点时也能为上行射频分配上行信道，使Mesh网络的资源能够得到充分的使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中信道分配方法实施例一的流程图；

图2为本发明实施例中信道分配方法实施例二的流程图；

图3为本发明实施例中信道分配方法实施例三的流程图；

图4为本发明实施例中信道调整方法实施例一的流程图；

图5为本发明实施例中信道调整方法实施例二的流程图；

图6为本发明实施例中网络设备实施例一的结构图；

图7为本发明实施例中网络设备实施例二的结构图；

图8为本发明实施例中网络设备实施例三的结构图。

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。

先介绍本发明实施例提供的信道分配方法，图1描述了本发明实施例中信道分配方法实施例一的流程，包括：

101、Mesh节点设置自身的层号。

在无线Mesh网络中，可能存在多个Mesh网关，每个Mesh节点可以获知自身到各个Mesh网关的跳数，将其中的最小跳数记为该Mesh节点的层号。其中，Mesh网关的层号设为0。

具体地，Mesh节点可以进行信道扫描获取各个信道上邻居节点的层号；然后从邻居节点的层号中选择最小的层号数；从而将Mesh节点的层号设置为最小的层号数加1。

Mesh节点进行信道扫描时，主要操作是监听邻居Mesh节点的Beacon帧。在Mesh网络中，每个Mesh节点的各个射频都会在工作信道上周期性地广播Beacon帧，Beacon帧中的信息包括：本Mesh节点的节点标识(Node_ID)，节点层号(Layer_ID)等。因此，Mesh节点的射频只要切换到指定的信道并等待一段时间，就可以接收到该信道上邻居Mesh节点射频广播的Beacon帧，从而获取邻居Mesh节点的信息。

102、Mesh节点根据自身的层号确定上层邻居节点和下层邻居节点的比例，根据上层邻居节点和下层邻居节点的比例将自身的射频分为上行射频和下行射频。其中，上行射频与下行射频的比例和上层邻居节点和下层邻居节点的比例相同或接近。

如果Mesh网络中的两个Mesh节点之间存在无线通信链路，那么这两个Mesh节点互为邻居节点。对于某个Mesh节点，将层号比自身小1的邻居Mesh节点称为本Mesh节点的上层邻居节点，将层号与自身相同的邻居Mesh节点称为同层邻居节点，将层号比自身大1的邻居Mesh节点称为本Mesh节点的下层邻居节点。因此，Mesh节点设置了自身的层号后就可以根据自身的层号确定上层邻居节点的数量以及下层邻居节点的数量，从而确定上层邻居节点和下层邻居节点的比例。

在本发明的一个实施例中，Mesh节点可以根据信道扫描获得的邻居节点的层号，确定上层邻居节点和下层邻居节点的比例；进而根据上层邻居节点和下层邻居节点的比例将自身的射频分为上行射频和下行射频，上行射频与下行射频的比例和上层邻居节点和下层邻居节点的比例相同或接近；例如，Mesh节点有4个射频，如果该Mesh节点有3个上层邻居和2个下层邻居，则Mesh节点可以设置2个上行射频和2个下行射频，因为四个射频的组合中2:2最接近3:2；如果该Mesh节点有2个上层邻居和2个下层邻居，则Mesh节点可以设置2个上行射频和2个下行射频。使上行射频与下行射频的比例和上层邻居节点和下层邻居节点的比例相同或接近，可以使得通信链路的负载相对均衡，避免上行通信链路过于拥塞，或者下行通信链路过于拥塞。

103、Mesh节点确定上行射频的备选信道集合，从上行射频的备选信道集合中为上行射频选择工作的上行信道。

Mesh节点发送的Beacon帧还可以包括本Mesh节点的上行信道集合(UCH)和下行信道集合(DCH)。因此Mesh在进行信道扫描时可以获取邻居节点使用的上行信道的集合和下行信道的集合。

本发明的一个实施例中，确定的上行射频的备选信道集合可以由上层邻居节点使用的所有下行信道中没有被本Mesh节点使用的信道组成。从上层邻居节点的下行信道中选择信道作为Mesh节点的上行信道，既可以保证与上层邻居节点的下行射频建立通信链路，又可以保证尽量不干扰到上层邻居节点的上行链路，同时减少同层邻居节点之间的干扰。

如果上层邻居使用的所有上行信道中没有被本Mesh节点使用的信道的数量为0，则可以确定上行射频的备选信道集合由上层邻居使用的所有信道中(包括上行信道和下行信道)没有被本Mesh节点使用的信道组成。

其中，在本发明的一个实施例中，Beacon帧还可以包括射频的信道繁忙时间(T_busy)，从而可以获取信道的忙闲信息。其中，T_busy指的是在一个统计周期(T_period)内，该射频处于发数据或收数据的状态所占的时间，T_period-T_busy为空闲状态的时间。此时，在从上行射频的备选信道集合中为上行射频选择工作的上行信道时，可以根据信道的忙闲信息从上行射频的备选信道集合中依次选择最空闲的信道作为上行射频工作的上行信道。选择最空闲的信道可以确保射频工作的稳定性。

104、Mesh节点确定下行射频的备选信道集合，从下行射频的备选信道集合中为下行射频选择工作的下行信道。

本发明的一个实施例中，确定的下行射频的备选信道集合由所有信道中没有被上层邻居和本Mesh节点使用的信道组成。从上层邻居未使用的信道集合中选择信道，可以使任意连续3跳链路不工作在同一信道，避免相互干扰。

如果所有信道中没有被上层邻居和本Mesh节点使用的信道的数量为0，可以确定下行射频的备选信道集合由所有信道中没有被上层邻居的上行射频和本Mesh节点使用的信道组成；如果所有信道中没有被上层邻居的上行射频和本Mesh节点使用的信道的数量为0，可以确定下行射频的备选信道集合由所有信道中没有被本Mesh节点使用的信道组成。

在本发明的一个实施例中，在从下行射频的备选信道集合中为下行射频选择工作的下行信道时，可以根据信道的忙闲信息从下行射频的备选信道集合中依次选择最空闲的信道作为下行射频工作的下行信道。选择最空闲的信道可以确保射频工作的稳定性。

从上可知，本实施例中Mesh节点可以设定上行射频的备选信道集合，从而从上行射频的备选信道集合中为上行射频选择工作的上行信道，从而在有多个上层邻居节点时也能为上行射频分配上行信道，使Mesh网络的资源能够得到充分的使用。

再介绍本发明实施例提供的信道分配方法实施例二，假设Mesh网络有M个无线信道，每个Mesh节点有K个射频(通过情况下K＜M)。在网络启动阶段，每个节点(包括Mesh节点和Mesh网关)上电后，主要执行的操作如图2所示，包括：

201、节点使用自身的K个射频分工对C个信道进行扫描，获取邻居节点的集合。

对于Mesh网关，将自身的层号设为0，扫描一段时间T后，不论是否发现邻居节点，都继续执行202。

对于Mesh节点，如果没有发现邻居节点，则继续扫描直到发现邻居节点，找出邻居节点中层号最小的节点，将自身的层号设为该节点的层号加1，然后执行202。

202、为节点的射频确定射频角色。

对于Mesh网关，将所有的K个射频都标记为下行射频。

对于Mesh节点，假设在邻居集合中，上层邻居数目与下层邻居数目的比值为N_up∶N_down，在整数1到K-1中取最接近N_up×K/(N_up+N_down)的数作为上行射频数K_up，取下行射频数K_down＝K-K_up，并相应为各个射频标记角色。通过该方法，可以尽量保证K_up∶K_down≈N_up∶N_down。

203、为节点的各个上行射频选择工作信道(即上行信道)。

对于Mesh网关，由于不存在上行射频，因此跳过该步骤。

对于Mesh节点，假设所有可用信道的集合为U，所有上层邻居使用的信道集合为UP，上层邻居使用的所有上行信道为UPup，已被该节点其他射频使用的信道集合为O。每个上行射频的工作信道的选择流程如下：

确定该上行射频的备选信道集合C＝UP-UPup-O；

若C为空集，则令C＝UP-O；

若C仍为空集，则将剩余的上行射频标都标记为下行射频，跳到204；

对于C中的每个信道i，计算信道指标：Metric_up(i)＝M(i)+p×[N_peer(i)+N_down(i)]。其中，M(i)是工作在信道i上的所有邻居节点射频的信道繁忙时间之和，N_peer(i)是工作在信道i的同层邻居射频数目，N_down(i)是工作在信道i的下层邻居节点数目，p是权重系数。因此，计算出的Metric_up(i)的值越大，说明信道i越繁忙。

从信道集合C中选择Metric_up(i)最小的信道(即最空闲的信道)作为该上行射频的工作信道，并将该信道添加到已使用的信道集合O中。

204、为节点的各个下行射频选择工作信道(即下行信道)。

对于Mesh网关，直接从所有的信道中选择空闲的信道作为下行射频的工作信道。

对于Mesh节点，每个下行射频的工作信道的选择流程如下：

确定该下行射频备选信道C＝U-UP-O；

若C为空，则令C＝U-UPup-O；

若C仍为空，则令C＝U-O；

对C中的每条信道i，计算信道指标Metric_down(i)＝M(i)+p×[N_up(i)+N_peer(i)]。其中，N_up(i)是工作在信道i的上层邻居射频数目，M(i)是工作在信道i上的所有邻居节点射频的信道繁忙时间之和，N_peer(i)是工作在信道i的同层邻居射频数目，p是权重系数。因此，计算出的Metric_down(i)的值越大，说明信道i越繁忙。

从信道集合C中选择Metric_down(i)最小的信道作为该下行射频的工作信道，并将该信道添加到已使用的信道集合O中。

从上可知，本实施例可以设定上行射频的备选信道集合，从而从上行射频的备选信道集合中为上行射频选择工作的上行信道，从而在有多个上层邻居节点时也能为上行射频分配上行信道，使Mesh网络的资源能够得到充分的使用。在为上行射频分配上行信道时，从上层邻居节点的下行信道中选择信道作为Mesh节点的上行信道，既可以保证与上层邻居节点的下行射频建立通信链路，又可以保证尽量不干扰到上层邻居节点的上行链路，同时减少同层邻居节点之间的干扰，提高Mesh网络的稳定性。在为下行射频分配下行信道时，从上层邻居未使用的信道集合中选择信道，可以使任意连续3跳链路不工作在同一信道，避免相互干扰，进一步提高Mesh网络的稳定性。并且在为上行射频或下行射频选择工作信道时，选择最空闲的信道，从而提高网络性能。

图3描述了本发明实施例提供的信道分配方法实施例三的流程，该实施例描述了Mesh节点为上行射频选择了工作的上行信道和/或为下行射频选择了工作的下行信道后的操作，该实施例包括：

301、Mesh节点设置自身的层号。

可以参照101执行。

302、Mesh节点根据自身的层号确定上层邻居节点和下层邻居节点的比例，根据上层邻居节点和下层邻居节点的比例将自身的射频分为上行射频和下行射频。其中，上行射频与下行射频的比例和上层邻居节点和下层邻居节点的比例相同或接近。

可以参照102执行。

303、Mesh节点确定上行射频的备选信道集合，从上行射频的备选信道集合中为上行射频选择工作的上行信道。

可以参照103执行。

304、Mesh节点确定下行射频的备选信道集合，从下行射频的备选信道集合中为下行射频选择工作的下行信道。

可以参照104执行。

305、Mesh节点判断是否有射频工作异常。

在本发明的一个实施例中，Mesh节点通过射频与邻居节点的通信是否处于拥塞确定射频是否工作异常，例如，当某个射频最近一段时间T1内的数据重传次数超过某个阈值H1时可以确定该射频工作异常，这种情况下工作异常的射频即可以是上行射频也可以是下行射频。其中，阈值H1可以根据需要预先设置。

在本发明的另一个实施例中，Mesh节点可以在射频与上层邻居节点的通信链路断裂导致该Mesh节点到Mesh网关的通信路径断裂时确定射频工作异常，这种情况下工作异常的射频仅能是上行射频。

其中，如果有射频工作异常，则继续执行306，否则不执行后续流程。

306、Mesh节点确定工作异常的射频的备选信道集合。

在工作异常的射频是上行射频时，可以参照103确定该工作异常的射频的备选信道集合；在工作异常的射频是下行射频时，可以参照104确定该工作异常的射频的备选信道集合。

307、Mesh节点从工作异常的射频的备选信道集合中选择一个信道。

具体地，可以随机地从工作异常的射频的备选信道集合中选择一个信道。

在本发明的一个实施例中，Mesh节点根据预置的工作异常条件判断射频工作异常后，可以使用工作异常的射频进行信道扫描，从而获得信道的忙闲信息；此时，Mesh节点可以根据忙闲信息从工作异常的射频的备选信道集合中选择最空闲的一个信道。选择最空闲的信道可以提高网络性能。

308、Mesh节点将工作异常的射频工作的信道换至所选择的一个信道。

在本发明的一个实施例中，Mesh节点可以任选一个射频切换至选择的一个信道，通过该一个射频向邻居节点发送切换请求，该切换请求包括该Mesh节点在该一个信道上的所有邻居节点的节点标识；其中，为了不对Mesh节点的通信造成大的影响，Mesh节点可以选择将最空闲的一个射频切换至选择的一个信道，或者Mesh节点可以选择将工作异常的射频切换至选择的一个信道。

邻居节点收到切换请求后，判断自己的节点标识是否包含在请求帧中，如果是，回复接受，如果不是，回复拒绝。

上述一个射频在上述一个信道等待了预置等待时间后，切换回原信道。

如果上述一个射频在预置等待时间内接收到了所有邻居节点回复的接受报文，则将工作异常的射频的工作信道换至上述一个信道。具体地，工作异常的射频在旧信道发送退出帧，然后切换至该一个信道，并保持工作在该一个信道。如果在预置等待时间内，上述一个射频收到至少一个拒绝报文或者没有收到所有邻居的接受报文，则工作异常的射频不作信道切换，仍然工作在旧信道。

从上可知，本实施例中Mesh节点可以在网络运行过程中，有射频工作异常时，为工作异常的射频调整信道，从而提高网络性能。进一步，在为射频选择信道时选择最空闲的信道，可以提高网络性能。

再介绍本发明实施例提供的信道调整方法，图4描述了信道调整方法实施例一的流程，包括：

401、Mesh节点用空闲射频进行信道扫描，获得各信道的忙闲信息。

在本发明的一个实施例中，Mesh节点可以在有射频处于空闲状态时可以进行信道扫描；例如，某个射频最近一段时间T3内发送和接收的数据量低于某个阈值H3时可以确定进行信道扫描。

在本发明的另一个实施例中，Mesh节点可以再已经有预置扫描时间没有进行信道扫描时进行信道扫描。

在本发明的一个实施例中，Mesh节点进行信道扫描后还可以调整上行射频和下行射频的比例，从而尽量使K_up∶K_down≈N_up∶N_down。如果重新计算出的K_up比目前使用的上行射频数目少，则将一个最空闲的上行射频标记为下行射频；如果重新计算出的K_up比目前使用的上行射频数目多，则将一个最空闲的下行射频标记为上行射频。

402、Mesh节点用繁忙射频在该繁忙射频对应的信道集合中选择一个相对空闲的信道；其中，该信道集合包括根据上层邻居节点和下层邻居节点的比例确定的上行信道或下行信道。

在本发明的一个实施例中，Mesh节点可以从上行射频中选择最繁忙的上行射频，或者Mesh节点可以从下行射频中选择最繁忙的下行射频。在本发明的一个实施例中，Mesh节点可以先确定供选择的上行射频的备选信道集合，从而从该上行射频的备选信道集合中选择繁忙的上行射频；或者，Mesh节点可以先确定供选择的下行射频的备选信道集合，从而从该下行射频的备选信道集合中选择繁忙的下行射频。

如果繁忙的射频工作的信道与相对空闲的信道的业务量之比大于预置门限，则继续执行403，否则不执行后续流程。其中，预置门限可以根据需要预先设定。在本发明的一个实施例中，相对空闲的信道可以是最空闲的信道。

403、Mesh节点将繁忙的射频的工作信道换至相对空闲的信道。

在本发明的一个实施例中，Mesh节点将繁忙的射频的工作信道换至相对空闲的信道的步骤可以包括：Mesh节点将一个射频切换至相对空闲的信道，通过该一个射频向邻居节点发送切换请求，该切换请求包括该Mesh节点在该最空闲的信道上所有邻居节点的节点标识。其中，为了不对Mesh节点的通信造成大的影响，Mesh节点可以选择最空闲的一个射频切换至相对空闲的信道。

邻居节点收到切换请求后，判断自己的节点标识是否包含在请求帧中，如果是，回复接受，如果不是，回复拒绝。

上述一个射频在相对空闲的信道等待了预置等待时间后，切换回原信道。

如果上述一个射频在预置等待时间内接收到了所有邻居节点回复的接受报文，则将工作异常的射频的工作信道换至相对空闲的信道。具体地，工作异常的射频在旧信道发送退出帧，然后切换至相对空闲的信道，并保持工作在相对空闲的信道。如果在预置等待时间内，上述一个射频收到至少一个拒绝报文或者没有收到所有邻居的接受报文，则工作异常的射频不作信道切换，仍然工作在旧信道。

从上可知，本实施例中Mesh节点可以在网络运行过程中，在满足信道扫描条件时进行信道扫描，从而可以为Mesh节点上最繁忙的射频调整信道，从而提高网络性能。进一步，在为射频选择信道时选择最空闲的信道，可以提高网络性能。

再介绍本发明实施例提供的信道调整方法实施例三，在网络运行阶段，Mesh节点的各个射频在自身的工作信道上通过接收邻居射频的Beacon帧，可以获取邻居的最新信息。但是，Mesh节点对非工作信道上的邻居信息并不了解，因此Mesh节点在进行信道调整决策之前，需要对非工作信道进行扫描。图5描述了信道调整方法实施例二的流程，包括：

501、判断是否需要对非工作信道进行扫描。

其中，Mesh节点进行信道扫描的触发条件可以如下：

当Mesh节点某个射频最近一段时间T1内的数据重传次数超过某个阈值H1时(即该射频与邻居的通信处于拥塞状态)；或

当Mesh节点唯一的上层邻居节点退出网络时(即该本Mesh节点到Mesh网关的路径断裂)；或

当Mesh节点某个射频最近一段时间T3内，发送和接收的数据量低于某个阈值H3时(即该射频处于空闲状态)；或

当Mesh节点超过预置时间T4没有进行信道扫描。

如果满足以上4个条件中的一个，则继续202进行信道扫描；否则，不作任何操作。

502、Mesh节点选择自身的一个射频进行非工作信道的扫描。

其中，如果满足触发条件1，则选择处于拥塞状态的那个射频进行信道扫描；如果满足触发条件2，则选择与上层邻居断开链路的那个上行射频进行信道扫描；如果满足触发条件3或4，则选择最为空闲的那个射频进行信道扫描。完成对所有非工作信道扫描后，进入303的切换判决过程。

503、根据不同的触发条件，执行不同的切换判决过程。

1、如果由触发条件1触发，则进行如下操作：

如果触发扫描的射频为上行射频，参照103确定该上行射频的备选信道集合，从该上行射频的备选信道集合中选择最小Metric_up(i)最小的信道；

如果触发扫描的射频为下行射频，参照104确定该下行射频的备选信道集合，从该下行射频的备选信道集合中选择最小Metric_down(i)最小的信道。

2、如果由条件2触发，参照103确定该上行射频的备选信道集合，从该上行射频的备选信道集合中选择最小Metric_up(i)最小的信道。

3、如果由条件3或4触发，假设当前节点的射频已使用的上行信道集合为UCH，已使用的下行信道集合为DCH，进行如下操作：

(1)重新计算上下行射频的比例。计算的方法与网络启动阶段类似，即尽量使K_up∶K_down≈N_up∶N_down。如果重新计算出的K_up比目前使用的上行射频数目少，则将一个最空闲的上行射频标记为下行射频；如果重新计算出的K_up比目前使用的上行射频数目多，则将一个最空闲的下行射频标记为上行射频。使K_up∶K_down≈N_up∶N_down，可以使得通信链路的负载相对均衡，避免上行通信链路过于拥塞，或者下行通信链路过于拥塞。

(2)判断是否需要触发上行射频的信道切换，判断过程可以如下：

a)确定该上行射频的备选信道集合C＝UP-UPup。

b)若C为空集，则令C＝UP。

c)如果C∩UCH≠空集，并且C属于UCH∪DCH，则根据信道指标计算式Metric_up(i)＝M(i)-m(i)+p×[N_peer(i)+N_down(i)]，将(C-UCH)∩DCH中Metric_up(i)最小的信道对应的射频标记为上行射频；并且根据信道指标计算式Metric_down(i)＝M(i)-m(i)+p×[N_up(i)+N_peer(i)]，将UCH-C中Metric_down(i)最小的信道对应的射频标记为下行射频，结束整个信道调整流程，不作信道切换操作。其中，m(i)指的是本Mesh节点的射频在信道i上的信道繁忙时间，如果本Mesh节点之前没有射频工作在信道i，则m(i)为0。

如果C∩UCH≠空集，并且C不属于UCH∪DCH，则根据信道指标计算式Metric_up(i)＝M(i)-m(i)+p×[N_peer(i)+N_down(i)]，从集合UCH-C中选出Metric_up(i)最大的信道c1，从集合C-UCH-DCH中选出Metric_up(i)最小的信道c2。其中，工作在c1的射频即为最繁忙的射频；c2即为最空闲的信道。

如果UCH属于集合C，并且C-UCH-DCH≠空集，则根据信道指标计算式Metric_up(i)＝M(i)-m(i)+p×[N_peer(i)+N_down(i)]，从集合UCH中选出Metric_up(i)最大的信道c1，从集合C-UCH-DCH中选出Metric_up(i)最小的信道c2。其中，工作在c1的射频即为最繁忙的射频；c2即为最空闲的信道。

d)如果Metric_up(c1)/Metric_up(c2)＞门限值h，则判断需要将本Mesh节点工作在信道c1的上行射频切换到信道c2，跳到504。否则，继续下一步(3)。

(3)判断是否需要触发下行射频的信道切换，判断过程如下：

a)确定该下行射频的备选信道集合C＝U-UP-UCH。

b)若C为空，则C＝U-UPup-UCH。

c)若C仍为空，则C＝U-UCH。

d)如果DCH∩C≠空集，并且DCH不属于C，且C也不属于DCH，则根据信道指标计算式Metric_down(i)＝M(i)-m(i)+p×[N_up(i)+N_peer(i)]，从集合DCH-C中选出Metric_down(i)最大的信道c1，从C-DCH中选出Metric_down(i)最小的信道c2。

如果DCH属于C，则根据信道指标计算式Metric_down(i)＝M(i)-m(i)+p×[N_up(i)+N_peer(i)]，则从信道集合DCH中选出Metric_down(i)最大的信道c1，从信道集合C-DCH中选出Metric_down(i)最小的信道c2。

e)如果Metric_down(c1)/Metric_down(c2)＞门限值h，则判断出需要将本Mesh节点工作在信道c1的下行射频切换到信道c2，跳到504。否则，结束整个信道调整流程，不作信道切换操作。

504、根据以上的判决，如果Mesh节点有某个射频X需要从旧信道c1切换到新信道c2，则执行如下操作：

Mesh节点利用最空闲的一个射频Y暂时切换到新信道c2，向邻居发送切换请求，请求中包括Mesh节点在新信道c2上的所有邻居的Node_ID。

新信道c2的邻居节点收到切换请求后，判断自身的Node_ID是否包含在请求帧中，如果是，回复接受，如果不是，回复拒绝。

射频Y在新信道c2上停留一段时间T_request后，切换回原先的工作信道；

如果在T_request时间内，射频Y收到所有邻居邻居的接受报文，则射频X在旧信道c1发送退出帧，然后切换到新信道c2，并保持工作在该信道。

如果在T_request时间内，射频Y收到至少一个拒绝报文或者没有收到所有邻居节点的接受报文，则射频X不作信道切换，仍然工作在旧信道c1。

从上可知，本实施例中Mesh节点在网络运行过程中，可以针对网络状态的变化做出判断并及时地调整信道，从而提高网络性能。在为上行射频调整上行信道时，从上层邻居节点的下行信道中选择信道作为Mesh节点的上行信道，既可以保证与上层邻居节点的下行射频建立通信链路，又可以保证尽量不干扰到上层邻居节点的上行链路，同时减少同层邻居节点之间的干扰，提高Mesh网络的稳定性。在为下行射频调整下行信道时，从上层邻居未使用的信道集合中选择信道，可以使任意连续3跳链路不工作在同一信道，避免相互干扰，进一步提高Mesh网络的稳定性。并且在为上行射频或下行射频调整工作信道时，可以选择最空闲的信道，从而提高网络性能。

图6描述了本发明实施例提供的网络设备实施例一的结构，包括：

设置单元601，用于设置网络设备600的层号。

如图6所示，在本发明的一个实施例中，设置单元601可以包括：获取单元6011，用于获取各个信道上邻居节点的层号；选择设置单元6012，用于从获取单元6011获取的邻居节点的层号中选择最小的层号数，将网络设备600的层号设置为最小的层号数加1。

划分单元602，用于根据设置单元601设置的网络设备600的层号确定上层邻居节点和下层邻居节点的比例，根据上层邻居节点和下层邻居节点的比例将自身的射频分为上行射频和下行射频。其中，上行射频与下行射频的比例和上层邻居节点和下层邻居节点的比例相同或接近。

在本发明的一个实施例中，划分单元602可以包括：比例确定单元，用于根据获取单元获取的邻居节点的层号确定上层邻居节点和下层邻居节点的比例；射频划分单元，用于根据比例确定单元确定的上层邻居节点和下层邻居节点的比例将自身的射频分为上行射频和下行射频，上行射频与下行射频的比例和上层邻居节点和下层邻居节点的比例相同或接近，从而使得通信链路的负载相对均衡，避免上行通信链路过于拥塞，或者下行通信链路过于拥塞。

确定单元603，用于确定划分单元602划分的上行射频的备选信道集合，确定划分单元602划分的下行射频的备选信道集合。

选择单元604，用于从确定单元603确定的上行射频的备选信道集合中为划分单元602划分的上行射频选择工作的上行信道；从确定单元603确定的下行射频的备选信道集合中为划分单元602划分的下行射频选择工作的下行信道。

从上可知，本实施例中网络设备可以设定上行射频的备选信道集合，从而从上行射频的备选信道集合中为上行射频选择工作的上行信道，从而在上层邻居节点有多个上层邻居节点时也能为上行射频分配上行信道，使网络设备的资源能够得到充分的使用。

图7描述了本发明实施例提供的网络设备实施例二的结构，包括：

设置单元701，用于设置网络设备700的层号。

划分单元702，用于根据设置单元701设置的网络设备700的层号确定上层邻居节点和下层邻居节点的比例，根据上层邻居节点和下层邻居节点的比例将自身的射频分为上行射频和下行射频。

确定单元703，用于确定划分单元702划分的上行射频的备选信道集合，确定划分单元702划分的下行射频的备选信道集合；在判断单元705判断有射频工作异常时，确定工作异常的射频的备选信道集合。

选择单元704，用于从确定单元703确定的上行射频的备选信道集合中为划分单元702划分的上行射频选择工作的上行信道；从确定单元703确定的下行射频的备选信道集合中为划分单元702划分的下行射频选择工作的下行信道；用于从确定单元703确定的工作异常的射频的备选信道集合中选择一个信道。

判断单元705，用于在选择单元704为上行射频选择了工作的上行信道和/或为下行射频选择了工作的下行射频后，判断是否有射频工作异常；

切换单元706，用于将判断单元705判断的工作异常的射频切换至选择单元704选择的一个信道。

如图7所示，在本发明的一个实施例中，切换单元706可以包括：第一切换单元7061，用于将工作异常的射频切换至选择单元704选择的一个信道；发送单元7062，用于在第一切换单元7061将工作异常的射频切换至选择单元704选择的一个信道时，向邻居节点发送切换请求，该切换请求包括本网络设备在该一个信道上所有邻居节点的节点标识；第二切换单元7063，用于在工作异常的射频被第一切换单元7061切换至该一个信道等待了预置等待时间后，将工作异常的射频切换回原信道；第三切换单元7064，用于在工作异常的射频在被第一切换单元7061切换至一个信道等待的预置等待时间内接收到所有邻居节点回复的接受报文时，将工作异常的射频的工作信道换至该一个信道，并保持工作在该一个信道。

从上可知，本实施例中网络设备可以在网络运行过程中，有射频工作异常时，可以为工作异常的射频调整信道，从而提高网络性能。

如图7所示，在本发明的另一个实施例中，网络设备实施例二还可以包括：扫描单元707，用于在判断单元705判断射频工作异常时，使用工作异常的射频进行信道扫描，获得信道的忙闲信息。选择单元704可以根据扫描单元707获得的忙闲信息，从工作异常的射频的备选信道集合中选择最空闲的一个信道。为射频选择信道时选择最空闲的信道，可以提高网络性能。

图8描述了本发明实施例提供的网络设备实施例三的结构，包括：

扫描单元801，用于用空闲射频进行信道扫描，获得各信道的忙闲信息；

信道选择单元802，用于根据扫描单元801获得的忙闲信息，用繁忙的射频在该繁忙射频对应的信道集合中选择一个相对空闲的信道；其中，该信道集合包括根据上层邻居节点和下层邻居节点的比例确定的上行信道或下行信道；

切换单元803，用于繁忙的射频工作的信道与信道选择单元802选择的相对空闲的信道的业务量之比大于预置门限时，将繁忙的射频的工作信道换至信道选择单元802选择的相对空闲的信道。

如图8所示，在本发明的一个实施例中，切换单元803可以包括：第一切换单元8031，用于将一个射频切换至信道选择单元803选择的相对空闲的信道；发送单元8032，用于在第一切换单元8031将最空闲的射频切换至选择单元802选择的相对空闲的信道时，向邻居节点发送切换请求，该切换请求包括网络设备在该相对空闲的信道上所有邻居节点的节点标识；第二切换单元8043，用于在该一个射频在第一切换单元8041切换至相对空闲的信道等待了预置等待时间后，将该一个射频切换回原信道；第三切换单元8044，用于在该一个射频被第一切换单元8041切换至该相对空闲的信道等待的预置等待时间内接收到所有邻居节点回复的接受报文时，将繁忙的射频的工作信道换至该相对空闲的信道并保持工作在该相对空闲的信道。

从上可知，本实施例中网络设备可以在网络运行过程中，在满足信道扫描条件时进行信道扫描，从而可以为网络设备上最繁忙的射频调整信道，从而提高网络性能。进一步，在为射频选择信道时选择最空闲的信道，可以提高网络性能。

如图8所示，本发明实施例提供的网络设备实施例三还可以包括：

调整单元804，用于在扫描单元801进行信道扫描后，调整网络设备的上行射频和下行射频的比例。可以使得通信链路的负载相对均衡，避免上行通信链路过于拥塞，或者下行通信链路过于拥塞。

本发明实施例提供的网络设备可以作为Mesh网络中的Mesh节点。

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-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上对本发明实施例所提供的信道分配方法、信道调整方法和网络设备进行了详细介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (22)

1.一种信道分配方法，其特征在于，包括：

网状网Mesh节点设置自身的层号；

所述Mesh节点根据所述层号确定上层邻居节点和下层邻居节点的比例，根据所述上层邻居节点和下层邻居节点的比例将自身的射频分为上行射频和下行射频；

所述Mesh节点确定上行射频的备选信道集合，从所述上行射频的备选信道集合中为所述上行射频选择工作的上行信道；

所述Mesh节点确定下行射频的备选信道集合，从所述下行射频的备选信道集合中为所述下行射频选择工作的下行信道。

2.如权利要求1所述的信道分配方法，其特征在于，所述Mesh节点设置自身的层号，包括：

所述Mesh节点获取各个信道上邻居节点的层号；

从所述邻居节点的层号中选择最小的层号数；

将所述Mesh节点的层号设置为所述最小的层号数加1。

3.如权利要求2所述的信道分配方法，其特征在于，所述Mesh节点进行信道扫描时获取所述邻居节点使用的上行信道的集合和下行信道的集合；

所述Mesh节点确定上行射频的备选信道集合，包括：

确定上行射频的备选信道集合由上层邻居使用的所有下行信道中没有被所述Mesh节点使用的信道组成；

如果上层邻居使用的所有下行信道中没有被所述Mesh节点使用的信道的数量为0，确定上行射频的备选信道集合由上层邻居使用的所有信道中没有被所述Mesh节点使用的信道组成。

4.如权利要求3所述的信道分配方法，其特征在于，所述Mesh节点进行信道扫描时获取信道的忙闲信息；

所述从上行射频的备选信道集合中为所述上行射频选择工作的上行信道包括：从所述上行射频的备选信道集合中依次选择最空闲的信道作为所述上 行射频工作的上行信道。

5.如权利要求2所述的信道分配方法，其特征在于，所述Mesh节点进行信道扫描时获取所述邻居节点的上行信道的集合和下行信道的集合；

所述Mesh节点确定下行射频的备选信道集合，包括：

确定下行射频的备选信道集合由所有信道中没有被上层邻居和所述Mesh节点使用的信道组成；

如果所有信道中没有被上层邻居和所述Mesh节点使用的信道的数量为0，确定下行射频的备选信道集合由所有信道中没有被上层邻居的上行射频和所述Mesh节点使用的信道组成；

如果所有信道中没有被上层邻居的上行射频和所述Mesh节点使用的信道的数量为0，确定下行射频的备选信道集合由所有信道中没有被所述Mesh节点使用的信道组成。

6.如权利要求5所述的信道分配方法，其特征在于，所述Mesh节点进行信道扫描时获取信道的忙闲信息；

所述从下行射频的备选信道集合中为所述下行射频选择工作的下行信道包括：从所述下行射频的备选信道集合中依次选择最空闲的信道作为所述下行射频工作的下行信道。

7.如权利要求1至6任一所述的信道分配方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述Mesh节点判断是否有射频工作异常；

如果有射频工作异常，所述Mesh节点确定工作异常的射频的备选信道集合，所述工作异常的射频为上行射频或下行射频；

所述Mesh节点从所述工作异常的射频的备选信道集合中选择一个信道；

所述Mesh节点将所述工作异常的射频的工作信道换至选择的所述一个信道。

8.如权利要求7所述的信道分配方法，其特征在于，所述Mesh节点根 据预置的工作异常条件判断射频是否工作异常，包括：

判断所述射频与邻居节点的通信是否处于拥塞；或

判断所述射频与上层邻居节点的通信链路断裂是否导致所述Mesh节点到Mesh网关的通信链路断裂。

9.如权利要求7所述的信道分配方法，其特征在于，如果有射频工作异常，该方法还包括：

所述Mesh节点使用所述工作异常的射频进行信道扫描，获得信道的忙闲信息；

所述Mesh节点根据所述忙闲信息，从所述工作异常的射频的备选信道集合中选择最空闲的一个信道。

10.如权利要求8所述的信道分配方法，其特征在于，所述Mesh节点将所述工作异常的射频切换至选择的所述一个信道，包括：

所述Mesh节点将最空闲的射频切换至所述一个信道，向邻居节点发送切换请求，所述切换请求包括所述Mesh节点在所述一个信道上所有邻居节点的节点标识；

所述最空闲的射频在所述一个信道等待了预置等待时间后，切换回原信道；

如果所述最空闲的射频在所述预置等待时间内接收到所述所有邻居节点回复的接受报文，将所述工作异常的射频的工作信道换至所述一个信道。

11.一种信道调整方法，其特征在于，包括：

Mesh节点用空闲射频进行信道扫描，获得各信道的忙闲信息；

所述Mesh节点用繁忙射频在该繁忙射频对应的信道集合中选择一个相对空闲的信道，所述信道集合包括根据上层邻居节点和下层邻居节点的比例确定的上行信道或下行信道；

如果所述繁忙的射频工作的信道与相对空闲的信道的业务量之比大于预置门限，所述Mesh节点将所述繁忙射频的工作信道换至所述相对空闲的信 道。

12.如权利要求11所述的信道调整方法，其特征在于，所述Mesh节点在有射频处于空闲状态、或所述Mesh节点已经超过预置时间没有进行信道扫描时用空闲射频进行信道扫描。

13.如权利要求11或12所述的信道调整方法，其特征在于，进行信道扫描后还包括：

所述Mesh节点调整上行射频和下行射频的比例。

14.如权利要求11或12所述的信道调整方法，其特征在于，所述Mesh节点将最繁忙的射频的工作信道换至所述相对空闲的信道，包括：

所述Mesh节点将一个射频切换至所述相对空闲的信道，向邻居节点发送切换请求，所述切换请求包括所述Mesh节点在所述最空闲的信道上所有邻居节点的节点标识；

所述一个射频在所述相对空闲的信道等待了预置等待时间后，切换回原信道；

如果所述一个射频在所述预置等待时间内接收到所述所有邻居节点回复的接受报文，将所述最繁忙的射频工作的信道换至所述相对空闲的信道。

15.一种网络设备，其特征在于，包括：

设置单元，用于设置所述网络设备的层号；

划分单元，用于根据所述层号确定上层邻居节点和下层邻居节点的比例，根据所述上层邻居节点和下层邻居节点的比例将自身的射频分为上行射频和下行射频；

确定单元，用于确定所述划分单元划分的上行射频的备选信道集合，确定所述划分单元划分的下行射频的备选信道集合；

选择单元，用于从所述确定单元确定的上行射频的备选信道集合中为所述上行射频选择工作的上行信道；从所述确定单元确定的下行射频的备选信道集合中为所述下行射频选择工作的下行信道。 

16.如权利要求15所述的网络设备，其特征在于，所述设置单元包括：

获取单元，用于获取各个信道上邻居节点的层号；

选择设置单元，用于从所述获取单元获取的所述邻居节点的层号中选择最小的层号数，将所述网络设备的层号设置为所述最小的层号数加1。

17.如权利要求15或16所述的网络设备，其特征在于，还包括：

判断单元，用于在所述选择单元为所述上行射频选择了工作的上行信道或为所述下行射频选择了工作的下行射频后，判断是否有射频工作异常；

所述确定单元，还用于在所述判断单元判断有射频工作异常时，确定工作异常的射频的备选信道集合；

所述选择单元，用于从所述确定单元确定的工作异常的射频的备选信道集合中选择一个信道；

切换单元，用于将所述工作异常的射频的工作信道换至所述选择单元选择的所述一个信道。

18.如权利要求17所述的网络设备，其特征在于，还包括：

扫描单元，用于在所述判断单元判断有射频工作异常时，使用所述工作异常的射频进行信道扫描，获得信道的忙闲信息；

所述选择单元用于根据所述扫描单元获得的忙闲信息，从所述工作异常的射频的备选信道集合中选择最空闲的一个信道。

19.如权利要求17所述的网络设备，其特征在于，所述切换单元包括：

第一切换单元，用于将所述工作异常的射频切换至所述选择单元选择的一个信道；

发送单元，用于在所述第一切换单元将所述工作异常的射频切换至所述选择单元选择的一个信道时，向邻居节点发送切换请求，所述切换请求包括所述网络设备在所述一个信道上所有邻居节点的节点标识；

第二切换单元，用于在所述工作异常的射频在所述一个信道等待预置等待时间后，将所述最空闲的射频切换回原信道； 

第三切换单元，用于在所述工作异常的射频在所述预置等待时间内接收到所述所有邻居节点回复的接受报文时，将所述工作异常的射频的工作信道换至所述一个信道。

20.一种网络设备，其特征在于，包括：

扫描单元，用于用空闲射频进行信道扫描，获得各信道的忙闲信息；

信道选择单元，用于根据扫描单元获得的忙闲信息，用繁忙的射频在该繁忙射频对应的信道集合中选择一个相对空闲的信道，所述信道集合包括根据上层邻居节点和下层邻居节点的比例确定的上行信道或下行信道；

切换单元，用于在所述繁忙的射频工作的信道与所述信道选择单元选择的相对空闲的信道的业务量之比大于预置门限时，将最繁忙的射频的工作新到换至所述相对空闲的信道。

21.如权利要求20所述的网络设备，其特征在于，还包括：

调整单元，用于在所述扫描单元进行信道扫描后，调整所述网络设备的上行射频和下行射频的比例。

22.如权利要求20或21所述的网络设备，其特征在于，所述切换单元包括：

第一切换单元，用于将一个射频切换至所述信道选择单元选择的相对空闲的信道；

发送单元，用于在所述第一切换单元将相对空闲的射频切换至所述信道选择单元选择的相对空闲的信道时，向邻居节点发送切换请求，所述切换请求包括所述网络设备在所述相对空闲的信道上所有邻居节点的节点标识；

第二切换单元，用于在所述一个射频在所述相对空闲的信道等待了预置等待时间后，将一个空闲的射频切换回原信道；

第三切换单元，用于在所述一个射频在所述预置等待时间内接收到所述所有邻居节点回复的接受报文时，将工作异常的射频工作的信道换至所述相对空闲的信道。 

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