CN102293023A - 用于在无线网状网络中指配信道的方法、装置及*** - Google Patents

Abstract

发明揭示一种用于在无线网状网络中指配信道的方法，该方法包括：通过重复地确定瓶颈节点并扩展信道而从该网络的初始拓扑结构创建信道指配；根据每一信道的占用率合并该信道指配的信道，直到该信道指配的信道数目等于最大信道数目；将该经合并的信道指配分配给该网络。本发明还揭示一种用于在无线网状网络中指配信道的装置及***。本发明为频率/无线射频指配规划要求提供一种技术解决方案。

Description

用于在无线网状网络中指配信道的方法、装置及***

技术领域

本发明涉及无线局域网(Wireless Local Area Network)领域，并且更具体而言，本发明涉及一种用于在无线网状网络(Wireless Mesh Network)中指配信道的方法、装置及***。

背景技术

虽然IEEE 802.11g在2.4GHz频带中仅最多支持3个非重叠信道，但IEEE 802.11a却具有更多的资源：视调节域而定，在5.5GHz周围的区域中可最多有12个正交信道。由于频率的升高会使路径损耗增加，户外用途允许高达30dBm(分贝是以1毫瓦为基准)的传输功率。因此，IEEE 802.11a为城市范围内的无线网状网络(Wireless Mesh Network；WMN)提供极佳的基础。

如市场概况中所述，可采用三种不同的WMN部署概念，每一概念分别以下面的前一代技术为基础：单无线射频WMN、双无线射频WMN、及多无线射频WMN。

单无线射频WMN：每一网点(Mesh Point；MP)与接入点(Access Point；AP)仅配备有一个无线射频。由于IEEE 802.11媒体接入控制(Medium Access Control；MAC)并未预见到多信道操作，并且在不久的将来预计也不会进行此类操作，因此，单无线射频WMN的唯一选择是仅使用一个频率供与基本服务集(Basic Service Set；BSS)中相关联的站(Station；STA)的通信以及供网络链路二者使用。因而，BSS与BSS之间、BSS与网络链路之间以及各网络链路之间均有干扰。该干扰是WMN性能的主要限制因素并导致基于IEEE 802.11的WMN的效率差。

双无线射频WMN：使用双无线射频PM/AP，可以有两种优化方法。第一种方法是，MP与AP可将一个无线射频用于骨干网并且将另一个无线射频用于BSS，这使得能够使用不同的频道将骨干网与BSS分开。因此，用户控制的STA可不再干扰供应商控制的网状网，这允许更可靠的操作。第二种方法是，MP/AP不再被迫对其BSS使用相同的频道，这可降低BSS之间的干扰。通常，双无线射频MP/AP配备有一个用于BSS的IEEE 802.11g无线射频以及一个用于骨干网的IEEE 802.11a无线射频。BSS的频率规划是无线局域网(Wireless Local Area Network；WLAN)的标准操作的习知问题且因而不在本发明的范围内；不需要对网状网进行频率规划，这是因为必须共亨一个频道以便实现网状网络的连接性。因此，网络链路彼此之间仍相互干扰，从而降低WMN的容量。

多无线射频WMN：只有在多无线射频WMN中才能使用多信道操作的全部能力来增加网络容量：有一个无线射频专门供BSS使用，而有r个无线射频供骨干网使用，r大于或等于2。因此，可将多于一个频率用于网状网但却不损失连接性，因而称为多无线射频多信道(Multi-Radio Multi-Channel；MRMC)WMN。

由于尺寸限制以及天线隔离，每个MP/AP的无线射频的数目是有限的；通常，有两个或三个无线射频供网状网络使用且有一个无线射频供BSS使用。在IEEE 802.11a中最多有12个频道，因而在多无线射频WMN中需要对频率/无线射频指配进行规划。

发明内容

本发明涉及一种对无线网状网络中的信道进行指配来进行多无线射频WMN中所需的频率/无线射频指配规划的方法、装置及***。

相应地，本发明中提供的实施例通过一些技术解决方案实现。

在一个实施例中，本发明提供一种用于在无线网状网络中指配信道的方法，该方法包括以下步骤：通过重复地确定瓶颈节点并扩展信道从所述网络的初始拓扑结构创建信道指配；根据每一信道的占用率合并所述信道指配的信道，直到所述信道指配的信道数目等于最大信道数目；将所述经合并的信道指配分配给所述网络。

在一个实施例中，本发明还提供一种用于在无线网状网络中指配信道的装置，该装置包括：扩展模块，用以通过重复地确定瓶颈节点并扩展信道从所述网络的初始拓扑结构创建信道指配；约简模块，用以根据每一信道的占用率合并所述信道指配的信道，直到所述信道指配的信道数目等于最大信道数目；分配模块，用以将所述经合并的信道指配分配给所述网络。

在一个实施例中，本发明还提供一种用于在无线网状网络中指配信道的***，该***包括：多于一个AP/MP，用以相互进行通信并执行由信道指配装置所分配的信道指配；

所述信道指配装置，用以通过重复地确定瓶颈节点并扩展信道从所述网络的初始拓扑结构创建信道指配；根据每一信道的占用率合并所述信道指配的信道，直到所述信道指配的信道数目等于最大信道数目；将所述经合并的信道指配分配给所述网络。

从以上的技术解决方案可以看出，将具有新信道的无线射频加至该瓶颈节点或该瓶颈节点的相邻节点中，而不考虑可用信道的最大数目，并且随后对该WMN的信道进行合并，直到该WMN的信道数目减少至最大信道数目，因此最终被分配给该WMN的信道指配的信道数目等于该最大信道数目。这样，该用于在无线网状网络中指配信道的方法、装置及***所输出的信道指配不仅可满足最大信道数目的限制条件而且还使得WMN更有效。

附图说明

我们将对在描述本发明实施例或现有技术时需要的图进行简要介绍，以便更清楚地解释这些实施例或现有技术中的技术解决方案。显而易见，以下所述图仅用于对本发明的一些实施例进行说明，所属领域的技术人员不进行任何创造性努力便可进一步从这些图导出其他图。

图1显示一种根据本发明第一实施例在WMN中指配信道的方法的流程图；

图2显示一种根据本发明第二实施例在WMN中指配信道的方法的流程图；

图3a至图3h显示根据该本发明第二实施例的网络拆分实例的示意图；

图4a至图4f显示根据该本发明第二实施例的扩展实例的示意图；

图5a至图5e显示根据该本发明第二实施例的合并实例的示意图；

图6显示一种根据本发明第三实施例用于在WMN中指配信道的装置的结构示意图；

图7显示一种根据本发明第四实施例用于在WMN中指配信道的***的结构示意图；

图8a显示在20个评价场景中的饱和吞吐量的结果视图；

图8b显示关于一个专用网状网无线射频及信道的20个评价场景中的饱和吞吐量的结果视图。

具体实施方式

下面将参照本发明实施例中的图清楚而全面地对本发明实施例中的技术解决方案进行说明。显而易见，所进行说明的实施例仅为一部分而非全部的本发明实施例。所属领域的技术人员借助本发明的实施例而不用做出任何创造性努力便可想到的任何其他实施例应在本发明的范围之内。

在本发明第一实施例中以一种用于在WMN中指配信道的方法作为实例对技术解决方案进行说明。根据图1中所示的该本发明第一实施例，一种在WMN中指配信道的方法包括以下步骤：

在步骤101中，确定WMN的瓶颈节点。

利用该WMN的状态信息，例如该WMN的初始拓扑结构、每一链路的流量及每一链路的速率，有许多方法可确定瓶颈节点。举例而言，可将单跳地连接与外部网络具有有线链路的节点的节点确定为瓶颈节点。另一种确定瓶颈节点的方法是使用每一节点的占用率来评价瓶颈节点。一个节点的占用率意指在同一信道中被其相邻节点阻断并向其相邻节点传送的时间的比例。当信道具有满负荷时，其占用率为1.0；当信道的占用率大于1.0时该信道具有过载负荷；否则如果该信道还剩有未被使用的负荷，则其占用率小于1.0。一个多无线射频节点将有c个占用率，其中c表示该多无线射频节点的信道数目。占用率大于1.0的节点为该WMN的瓶颈节点。如果有多于一个节点或没有节点具有大于1.0的占用率，则在任何信道中占用率最高的节点被确定为瓶颈节点。

节点的占用率可使用下式计算：占用率＝fracTx+fracBusy；fracTx是该节点的所有输出链路的负荷的总和，而fracBusy是所有相邻节点的负荷的总和；并且负荷＝每一链路的预约流量/每一链路的所用当前速率。

使用该WMN网络的拓扑结构作为输入来确定该WMN的瓶颈节点。网络拓扑结构包括用于计算占用率所需的所有信息。最初，每一节点配备有一个网状网无线射频及一个BSS无线射频；并且所有网状网无线射频均被调整至同一频率，使得各个节点可以相互进行通信。这代表典型的双无线射频WMN。

在步骤102中，判断该瓶颈节点的无线射频数目是否达到最大无线射频数目。如果该瓶颈节点的无线射频数目没有达到最大无线射频数目，则转到步骤103；否则，如果该瓶颈节点的无线射频数目达到最大无线射频数目，则转到步骤105。

在步骤101中确定了瓶颈节点(节点bn)后，假设信道Cb是瓶颈节点bn具有最高占用率的信道。现在有两种不同的可能选项：或者，将新的无线射频直接加至节点bn，增加节点bn的容量；或者，将该新的无线射频加至邻近的节点(节点bn的相邻节点)，通过将该节点的某些链路转移到新的信道中来降低对节点bn的干扰。

如果节点bn所具有的无线射频少于最大数目的无线射频，则选择该第一选项，这是因为该选项对节点bn的占用率具有最大的影响；并且在步骤103中将该新的无线射频直接加至节点bn。如果节点bn的无线射频数目达到最大无线射频数目，则意味着节点bn具有最大无线射频并且不可能扩展节点bn；则选择该第二选项，并且在节点bn的附近搜寻候选节点。在通过搜寻确定该候选节点后，将该新的无线射频加至该候选节点。通过将新的信道指配给该候选节点的该新无线射频，将该候选节点的几个链路切换到该新的信道，随后转到步骤101。

对候选节点的该搜寻要求候选节点在信道Cb上具有流量并且在节点bn的接收范围内；因此，将无线射频加至该候选节点上对节点bn的占用率具有影响。此外，该候选节点具有比所允许限值少的无线射频，这意指该候选节点的无线射频数目小于其最大无线射频数目。

如果存在多于一个候选节点，可选择具有最高累积预约流量的一个候选节点来增加新的无线射频；如果不存在候选节点，则不可能降低节点bn的占用率并且因而搜寻停止。当该瓶颈节点的无线射频数目达到最大无线射频数目并且不存在候选节点时，转到步骤105。通常，当存在多于一个候选节点时，可选择这些候选节点中的任一者来增加新的无线射频。

在步骤103中，如果该瓶颈节点的无线射频数目未达到最大无线射频数目，则将新的无线射频加至该瓶颈节点。

在步骤101之前，该WMN中包括该瓶颈节点及该候选节点在内的节点中的任一者一直至少将一个无线射频用于骨干网；并且某些节点可至少使用两个无线射频，一个无线射频供BSS使用并且一个无线射频供骨干网使用。在多无线射频WMN中，每个节点具有至少两个无线射频供骨干网使用。最大无线射频数目限制了节点可使用的可用无线射频。当增加新的无线射频时，该瓶颈节点或该候选节点可将未使用过的无线射频用于骨干网。通过使用新的无线射频将新的无线射频加至该瓶颈节点或该候选节点，例如在步骤103中。

在步骤104中，通过将新的信道指配给该瓶颈节点的该新的无线射频，将该瓶颈节点的几个链路切换到该新的信道，并随后转到步骤101。

在该瓶颈节点开始使用新的无线射频后，新的信道被指配给该瓶颈节点的该新的无线射频。选择该瓶颈节点的某些链路并将它们切换至该新的信道。这样，将该瓶颈节点的链路部分地切换至该新的信道。

在步骤105中，根据每一信道的占用率合并该WMN的信道，直到该WMN的信道数目减少至该最大信道数目。

由于在信道指配期间不考虑可用信道的受限数目，因而从第一阶段(步骤101至步骤104)得出的配置对于大多数网络而言将具有比服务区中最大信道数目要多的信道。因此，通过合并信道来减少WMN的信道数目。在合并信道时大部分的容量提高及连接性得到保持。

在对每一节点在每一信道上的占用率进行计算后，确定两个占用率最低的信道(c1及c2)；信道占用率被测量为任何节点在该信道上的最大占用率。找出这两个占用率最低的信道c1及c2后，将c1与c2合并，举例而言，将来自c1的所有链路均重新指配给c2，使信道数目减少一个。随后，如果该WMN的信道数目大于最大信道数目，则确定另外两个占用率最低的信道并进行合并；重复进行该确定及合并来减少该WMN的信道数目，直到该WMN的信道数目等于最大信道数目。

在步骤106中，将该信道指配分配给该WMN。

将新的无线射频加至节点(该瓶颈节点或该候选节点)可增大该瓶颈节点的容量；这通过将新的无线射频加至该瓶颈节点或加至与该瓶颈节点直接相邻的节点中来进行，此可降低对该瓶颈节点的干扰。对于每一所增加的无线射频，指配新的信道并将所选的链路切换到该新的信道，从而降低该瓶颈节点的占用率。

该方法的第一阶段(步骤101至步骤104)仅涉及新无线射频的该增加；如果该瓶颈节点及所有的其相邻节点均已达到最大无线射频数目，则该第一阶段停止。在该第一阶段中，不考虑对信道数目的限制。因此，该第一阶段的有效输出是使用比可用信道多的信道的信道指配。因此，该方法的第二阶段(步骤105)通过重复地合并两个使用率最低的信道来减少信道数目。在该第二阶段，将该WMN的信道数目减少至等于或小于最大信道数目；并且随后，将信道数目等于或小于最大信道数目的信道指配分配给该WMN以配置该网络。

该第一实施例描述一种用于在WMN中指配信道的方法。该方法对于多无线射频WMN中需要的频率/无线射频指配规划提供技术解决方案。并且，将具有新信道的无线射频加至该瓶颈节点或该瓶颈节点的相邻节点中，而不考虑可用信道的最大数目，并且随后对该WMN的信道进行合并，直到该WMN的信道数目减少至最大信道数目，因此最终被分配给该WMN的信道指配的信道数目等于最大信道数目。该第一实施例中所述的该方法所输出的信道指配不仅可满足最大信道数目的限制条件而且还使得WMN更有效。

在本发明第二实施例中以一种用于在WMN中指配信道的方法作为实例对技术解决方案进行说明。根据图2中所示的该本发明第二实施例，该信道指配方法包括以下步骤：

在步骤201中，确定该WMN的瓶颈节点，并扩展信道。

该信道扩展是该信道指配方法中的首个重要部分。通过忽视可用正交信道的数目的限制并且仅考虑每个节点的最大无线射频数目(由开销及/或执行限值给出)，该信道扩展对双无线射频WMN进行扩充，直到不能再增加无线射频为止。在步骤201中，该信道扩展可包括几个步骤来将几个新的无线射频加至不同的节点中。

网络拆分是MRMC WMN信道扩展期间的基本操作。网络拆分允许将再一个新的无线射频加至给定节点(节点i)中并且将节点p的链路切换至在新的信道上的该新的无线射频，而不需要该网络中的任何其他新的无线射频。作为网络拆分的输入，其需要节点i、与节点i相连的链路集合L＝{(i，j)|j∈N}以及新的信道。节点i与节点j之间的所有链路均包含在L中，其中节点j可为网络N中的任何节点。在网络拆分期间，首先，将节点i与节点q之间的链路(L1)从L中取出，并将其切换至该新的信道。其次，将节点q的与L1在同一信道上的链路切换至该新的信道。接着，对于节点q的除节点i以外的相邻节点，将除节点i以外的相邻节点的所有与L1在同一信道上的链路切换至该新的信道；并且随后是该相邻节点的除节点q以外的相邻节点等等。这样，节点i将该网络拆分成两个分隔开的层，一个层具有旧的信道而另一层具有该新的信道。视节点i的连接性而定，可将大部分的该网络移至具有该新信道的层。此外，在网络拆分期间，一开始可将多于一个链路，例如节点i与节点j之间的L1及节点i与节点m之间的L2，从L中取出，并且随后与L1类似地对L2进行处理，以便将该网络拆分成两个分隔开的层，其中一个层具有L1及L2

网络拆分可保留网络的连接性：如果网络在拆分之前是相连的，该网络在增加一个新的信道并进行拆分后仍是相连的。网络的两个层，旧信道上的层与该新信道上的层是相连的，并且这两个层通过节点i的该新无线射频相连。

图3a至图3h显示网络拆分实例。在图3b至图3h中，实线是旧的信道而虚线是新的信道。图3a显示具有节点i(黑节点)及其他6个节点的网络，在这些节点处进行网络拆分。3a中的实例网络有7种可能的拆分：4种拆分中节点i的一个链路在新的信道处，3种拆分中节点i的两个链路在新的信道处。图3b至图3e显示节点i的一个链路在新的信道处的4种拆分，而图3f至图3h显示节点i的两个链路在新的信道处的3种拆分。此外，在图3b至图3h所示的拆分中，实线可用作新的信道并且虚线可用作旧的信道。

图3b至图3h显示可对图2a中所示网络的黑节点(节点i)进行的可能拆分。由于节点i具有4个链路，这些链路中的每一者均可单独切换至新的信道；另外，可对2个链路的组合进行切换。因而，对于具有k个链路的节点，共有2^k-1-1个不同的可能的拆分。在为了覆盖目的而部署的WMN中，k很少超过5：因而，所有拆分的总数为15。

根据网络拆分操作，图4a至图4f显示具有几个连续的信道拆分步骤的拆分实例。对于该拆分实例，假定每个节点的无线射频的最大数目是三个，两个无线射频供网状网使用，一个无线射频供BSS使用。在图4a至4f中，不同类型的线对应于不同的信道，靠近节点的数目表示该节点供网状网使用的无线射频的数目。最大无线射频数目被假定为有两个无线射频供网状网使用。由于节点可能不具有供BSS使用的无线射频，因而在图4a至图4f中不考虑供BSS使用的无线射频。

图4a显示该网络的初始拓扑结构。从图4a中所示网络开始，将黑节点被识别为瓶颈节点，并且该网络中的所有节点均使用相同的信道(信道1)供骨干网使用，此处，在图4a中节点a(图4a中的黑节点)为瓶颈节点；因此，在节点a处进行拆分。对于四个链路，节点a可有七种不同的拆分：其中仅一个链路及所挂接子树切换的四种拆分；或其中两个链路同时地切换的三种拆分。

由于节点a具有七种不同的拆分，因而计算节点a在七种不同拆分下的占用率。通过对瓶颈节点在七种不同拆分下的占用率进行比较，选择使节点a具有最低的占用率的拆分，举例而言，选择图4b中所示的拆分。随后，如图4b中所示，将新的无线射频加至节点a并扩展新的信道(信道2)，并且现在节点b(图4b中的黑节点)变成瓶颈节点。

类似地，计算接下来的对图4c及图4d中的扩展的两种拆分。在图4c中，将新的无线射频加至节点b并扩展新的信道(信道3)；在图4d中，将新的无线射频加至节点d并扩展新的信道(信道4)。随后，图4d中网络的瓶颈节点又是节点a，节点a早已达到最大无线射频数目，有两个无线射频供供网状网使用。因此，对节点a的四个相邻节点其中之一施加该拆分；选择节点a右侧的节点(节点d)并且在图4e中将新的信道(信道5)扩展至节点d。类似地，图4e中对网络的拆分施加至节点a左侧的节点(节点e)并且在图4f中将新的信道(信道5)扩展至节点e。

最后，图4f中的网络已达到最大扩展阶段：瓶颈再次为节点a并且该瓶颈节点的相邻节点均不是有效的候选节点，因为这些相邻节点或者已达到最大无线射频数目或者拆分将不会降低占用率。由此，该扩展以(2，6)-MRMC配置结束，其中扩展结果为具有6个信道的拓扑结构配置并且每个节点供网状网使用的最大无线射频数目为2。

可重复地执行步骤201数次，直到无法再进行扩展为止，并且每次均确定该WMN的一个瓶颈节点并扩展一个信道。在步骤201中，当确定了WMN的瓶颈节点时，将一个信道扩展至该瓶颈节点或该瓶颈节点相邻节点中的一个候选节点。如果该瓶颈节点的无线射频数目达到最大无线射频数目并且在相邻节点中不存在候选节点，则结束扩展并输出拓扑结构配置。该拓扑结构配置包含关于该WMN中的节点及信道的信息。

在步骤202中，根据每一信道的占用率合并该WMN的信道，直到该WMN的信道数目减少至该最大信道数目。

使用在步骤201中确定的拓扑结构配置，合并该WMN的信道，直到该WMN的信道数目减少至该最大信道数目。

图5a至图5e显示逐步地将信道减少至两个信道的合并实例。对于该合并实例，假定在该WMN中该最大信道数目是2。在图5a至图5e中，不同类型的线对应于不同的信道，并且靠近节点的数目表示该节点供网状网使用的无线射频的数目。

图5a显示从步骤201得出的网络。图5a中所示网络具有与在步骤201中确定的图4f中所示的网络相同的拓扑结构配置。

从图5a中所示的网络开始，计算每一节点在每一信道上的占用率，并确定两个占用率最低的信道(信道1及信道3)；信道占用率被测量为任何节点在该信道上的最大占用率。信道1或信道3的占用率低于其他信道，例如信道2、信道4、信道5或信道6。在找出这两个占用率最低的信道(信道1及信道3)后，将信道1与信道3合并，举例而言，将来自信道3的所有链路均切换至信道1，如图5b中所示，从而使信道数目减少一个。图5b所示网络具有5个信道，比图5a中所示的初始网络少了一个信道。

随后，在图5b中所示网络中，计算每一节点在每一信道上的占用率，并确定两个占用率最低的信道为信道2及信道6。信道6为位于节点c与节点e之间的信道。在图5c中将信道2与信道6合并，其中将来自信道6的所有链路均切换至信道2。

类似地，图5d及图5e显示接下来的两次合并。计算图5c中的信道占用率，并且在图5d中将信道1与信道4合并；计算图5d中的信道占用率，并且在图5e中将信道2与信道5合并。

最后，图5e中所示的网络仅具有两个信道。图5e中所示网络的信道数目被减少至该最大信道数目。合并结束，以图5e中所示拓扑结构配置作为输出。该拓扑结构配置包含关于该WMN中的节点及信道的信息。

在步骤203中，将该信道指配分配给该WMN。

在步骤202之后，确定所具有的信道数目等于该最大信道数目的拓扑机构配置。随后将该拓扑结构配置的信道指配分配给该WMN，并且该WMN的节点按该信道指配工作。

该第二实施例描述一种用于在WMN中指配信道的方法。该方法对于多无线射频WMN中需要的频率/无线射频指配规划提供技术解决方案。并且，将具有新信道的无线射频加至该瓶颈节点或该瓶颈节点的相邻节点中，而不考虑可用信道的最大数目，并且随后对该WMN的信道进行合并，直到该WMN的信道数目减少至该最大信道数目，因此最终被分配给该WMN的信道指配的信道数目等于该最大信道数目。该第一实施例中所述的该方法所输出的信道指配不仅可满足最大信道数目的限制条件而且还使得WMN更有效。

在本发明第三实施例中以一种用于在WMN中指配信道的装置作为实例对技术解决方案进行说明。根据图6中所示的该本发明第三实施例，该信道指配装置包括以下模块：

扩展模块61，用以通过重复地确定瓶颈节点并扩展信道从网络的初始拓扑结构创建信道指配；

约简模块62，用以根据每一信道的占用率合并由扩展模块61创建的信道指配的信道，直到该信道指配的信道数目等于该最大信道数目；

分配模块63，用以将由约简模块62合并的该经合并信道指配分配给该网络。

扩展模块61可包括以下单元：

存储单元610，用以存储该网络的状态，例如该网络的拓扑结构、每一链路的流量以及每一链路的速率；

确定单元611，用以根据由存储单元610所存储的网络的状态确定该网络的瓶颈节点；

增加单元612，用以如果该瓶颈节点的无线射频数目小于该最大无线射频数目，将新的无线射频加至由确定单元611确定的瓶颈节点，指配新的信道以重新组织由存储单元610所存储的网络的拓扑结构。

确定单元611与增加单元612相互配合以重复它们用以执行的步骤。重复确定单元611与增加单元612用以执行的步骤，以重新组织该网络的拓扑结构，直到该瓶颈节点的无线射频数目等于该最大无线射频数目，以便创建可为存储单元610所存储的网络的拓扑结构的信道指配。

扩展模块61可包括以下单元：

存储单元610，用以存储该网络的状态，例如该网络的拓扑结构、每一链路的流量以及每一链路的速率；

确定单元611，用以根据由存储单元610所存储的网络的状态确定该网络的瓶颈节点；

增加单元612，用以如果该瓶颈节点的无线射频数目小于最大无线射频数目，将新的无线射频加至由确定单元611确定的瓶颈节点，指配新的信道以重新组织由存储单元610所存储的网络的拓扑结构。

第二增加单元613，用以如果该瓶颈节点的无线射频数目等于最大无线射频数目并且该相邻节点的无线射频数目小于最大无线射频数目，将新的无线射频加至由确定单元611确定的瓶颈节点的相邻节点，指配新的信道以重新组织由存储单元610所存储的网络拓扑结构。

确定单元611、增加单元612与第二增加单元613相互配合以重复它们用以执行的步骤。重复确定单元611、增加单元612及第二增加单元613用以执行的步骤，以重新组织该网络的拓扑结构，直到该瓶颈节点以及这些相邻节点的无线射频数目等于最大无线射频数目，以便创建可为存储单元610所存储的网络的拓扑结构的信道指配。此处，上述相邻节点可为该瓶颈节点的某些相邻节点。

增加单元612或第二增加单元613可包括以下单元：

无线射频增加单元，用以将新的无线射频加至可为该瓶颈节点或相邻节点的节点；

信道指配单元，用以将新的信道指配给该节点由该无线射频增加单元所增加的该新的无线射频；

链路切换单元，用以将该节点的几个链路切换至由该信道指配单元所指配的该新的信道，以便重新组织该网络的状态。

约简模块62可包括以下单元：

计算单元621，用以计算每一节点在该信道指配的每一信道上的占用率；

第二确定单元622，用以根据由计算单元621所计算的占用率确定占用率低于该信道指配的其他信道的两个占用率最低的信道；

合并单元623，用以合并由第二确定单元622所确定的这两个占用率最低的信道。

该第三实施例对一种用于在WMN中指配信道的装置进行说明。该装置对于多无线射频WMN中需要的频率/无线射频指配规划提供技术解决方案。并且，将具有新信道的无线射频加至该瓶颈节点或该瓶颈节点的相邻节点中，而不考虑可用信道的最大数目，并且随后对该WMN的信道进行合并，直到该WMN的信道数目减少至该最大信道数目，因此最终被分配给该WMN的信道指配的信道数目等于该最大信道数目。该第一实施例中所述的该装置所输出的信道指配不仅可满足最大信道数目的限制条件而且还使得WMN更有效。

在本发明第四实施例中将以一种用于在WMN中指配信道的***作为实例对技术解决方案进行说明。根据图7中所示的该本发明第四实施例，该信道指配***包括：

多于一个AP/MP71，用以相互进行通信并执行由信道指配装置72分配的信道指配；

信道指配装置72，用以通过重复地确定瓶颈节点并扩展信道从网络的初始拓扑结构创建信道指配；根据每一信道的占用率合并该信道指配的信道，直到该信道指配的信道数目等于该最大信道数目；将该经合并的信道指配分配给该网络。

该第四实施例中的信道指配装置72可为第三实施例中所述的用于在WMN中指配信道的装置。

评价量度

在对所提出的上述信道指配进行评价时，我们将使用多个场景的饱和吞吐量作为评价量度。为详细说明该量度，设想具有WMN部署的服务区。我们在该服务区中放置s个STA；每一STA具有相同的预约流量t Mb/s，将该要求分割成来自与所有AP具有直接连接的一个假想“因特网”节点的90％的下行链路流量，以及从STA至该“因特网”节点的10％的上行链路流量。该流量拆分应模拟具有高下载及低上传要求的典型因特网浏览要求。

随着预约流量t的增加，网络的某些链路变得饱和。根据该拓扑结构，仍可以增加某些不使用网络瓶颈节点周围的链路的STA的预约流量；此外，IEEE 802.11MAC并不包含公平地对待各链路或路径的机制。

举例而言，对于低于0.3Mb/s的预约流量，吞吐量完全遵循预约流量曲线图：网络能够传输100％。高于0.3Mb/s时，平均吞吐量慢慢地偏离该最佳曲线，但仍增加。因此，吞吐量离开预约流量的点不是有意义的量度，因为其不能捕获(capture)随后的进一步的增加。因此，饱和吞吐量被定义为每个STA的最大预约流量，使得每个STA的平均吞吐量为该预约流量的至少90％。为使用仅能针对给定预约流量评价平均吞吐量的事件驱动模拟来找出该点，使用二进制搜寻程序：在该实例中从0.05Mb/s这一小的初始t开始，使t以倍数2连续地增加，直到小于90％的预约流量被成功地载送(此处为65％，0.8Mb/s)。随后，得知下限及上限，该二进制搜寻可继续进行，直到这两个限值均在对方的0.05％内-在该实例中点0.4125Mb/s与点0.425Mb/s便为这种情况。最终的饱和吞吐量是这两个限值的平均值，0.418Mb/s。平均地，对于一个WMN，需要大约10个连续的模拟来找出该饱和吞吐量；这些模拟因为相互依赖而无法并行地运行。

上限及下限

为了判断从将无线射频及/或信道加至WMN产生的增益，首先要确定饱和吞吐量的下限及上限。

对于上限评价，应用每个AP对应0个MP的比率，亦即该网络仅由AP组成，而不再是具有多跳路由的WMN。每一AP均创建一个BSS，随机地在2.4GHz范围中选择可用的3个非重叠信道其中之一。STA对该频率范围进行扫描并将该AP与最高的接收功率相关联。

由于该网络不需要多跳路由，所以所实现的饱和吞吐量为该拓扑结构的上限。图8a显示20个场景的饱和吞吐量；场景ID按饱和吞吐量以升序排序。可看出，对于所有场景，饱和量均超过1Mbs/STA，平均值为1.5Mbs。在所有以下评价中，饱和吞吐量将以相对于该上限的形式给出，即在0与1.0之间。当然，该评价将使用相同的BSS信道，使得结果与BSS信道选择算法无关。

图8b显示四种不同的MP/AP比率的下限饱和吞吐量。信道指配算法的下限从基于双无线射频节点的WMN产生：每一MP及AP分别配备有两个无线射频，一个供BSS使用而另一个供骨干网使用。为确保连接性，所有的骨干网无线射频必须使用相同的频率。接下来，将通过以元组(r，c)的形式给出无线射频与可用的信道的最大数目来表示MRMC WMN的类型；因此，该配置为(1，1)-MRMC WMN。

每个AP所对应的MP的数目的改变对网络拓扑结构具有巨大的影响。其直接地影响从MP至AP的平均路径长度，而且还影响网络部署费用，因为安装电缆至AP是将AP与MP区分开来的主要费用因素。在极端情况下，因使用一个AP；在这种情况下，服务区的大小决定平均路径长度。在我们的评价中，该大小为一平方公里(详情请参照交付项1)

在图8b中，这些实例中的每一者均代表针对所选场景及MP对AP比率的信道指配算法的下限；因为该算法处理r＞1并且c大于或等于r，应可能很容易地超过该限值。

图8b显示一个专用网状网无线射频及信道(即双无线射频WMN)的20个评价场景中的饱和吞吐量。

饱和吞吐量

为评价MRMC配置算法的性能，首先，将(r，c)-MRMC WMN的饱和吞吐量与下列进行比较：(i)由仅由AP构成的网络给出的上限，及(ii)由(1，1)-MRMC WMN给出的下限。

总而言之，与该上限限值进行比较允许判断与传统的无MP的蜂窝状网络相比在WMN中引入多跳路径的效应。各个结果的越接近1.0，越不能察觉到与传统网络的差异-当然费用是降低的。因而，与该上限进行比较对于最终判断WMN的可行性是有用的。

与该下限的相应的比较尤其令人关注，因为该比较显示与需要最少的资源(即仅需要一个信道及一个无线射频)的WMN相比这些额外的无线射频及信道有多高效。

就这些结果而言，可得出以下结论：

与该下限相比，任何场景中的所有配置均使饱和吞吐量增加。

每个AP对应5个MP的部署能够最多使用3个无线射频及10个信道便达到为该上限的100％的饱和吞吐量。每个AP对应15个MP并且2或3个无线射频使用10个信道，这样可达到该上限的50％，但是服务区中仅有一个AP。

上述解决方案可满足WMN中的以下限制条件：

1.无线射频至信道：可指配给任何节点的正交信道的数目受该节点所具有的最大无线射频数目的限制；

2.信道至链路：相互直接地进行通信的两个节点应共享一个共用信道；

3.网络连接性：WMN中的每一MP均具有至少一个通往至少一个AP的可靠路径；

4.负荷分布：节点的各链路的预期负荷应均匀地分布，使得可以类似的方式利用每一链路以及每一信道；

5.干扰最小化：由于每一节点可用的信道及无线射频的数目有限，所以链路之间的干扰不能完全被消除；因而，应将对IEEE 802.11MAC协议上的干扰影响最小化。

尽管已通过上述的某些本发明例示性实施例对在WMN中指配信道的方法、装置及***进行揭示，但所述领域的技术人员可在不背离本发明实施例的精神及范围的情况下进行某些修改及改变。因此，不应将本说明书理解为对本发明进行限制。

所属领域技术人员将不难理解，本发明可使用硬件、软件、或硬件与软件二者执行。在本发明范围内的实施例还包括用于执行计算机可执行的指令、计算机可读指令或数据结构的计算机可读媒体或者其中存储有计算机可执行的指令、计算机可读指令或数据结构的计算机可读媒体。此类计算机可读媒体可包括例如RAM、ROM、其他光盘存储器、或磁盘存储器等物理存储媒体。存储在计算机可读媒体中的指令程序通过机器执行来实施一种方法。该方法可包括本发明的方法实施例中任一者的步骤。

以上提供的实施例仅用于举例说明的目的，不能将实施例的次序视为评价这些实施例的标准。另外，这些实施例中的措辞“步骤”并不打算将用于执行本发明的步骤的顺序限制为本文中所述的顺序。

所述领域的技术人员将很容易地想到另外的优点及修改形式。因此，本发明在广义上并不限于本文中显示及描述的具体细节及代表性实施例。相应地，可进行各种修改及改变，此并不背离随附权利要求书及其等效项所界定的本发明的范围。

Claims (14)

1.一种用于在无线网状网络中指配信道的方法，包括：

通过重复地确定瓶颈节点并扩展信道从所述网络的初始拓扑结构创建信道指配；

根据每一信道的占用率合并所述信道指配的信道，直到所述信道指配的信道数目等于最大信道数目；

将所述经合并的信道指配分配给所述网络。

2.如权利要求1所述的用于指配信道的方法，其特征在于，所述通过重复地确定所述网络的瓶颈节点并扩展信道的步骤包括：

根据所述网络的状态确定所述网络的瓶颈节点；其中所述网络的所述状态包括所述网络的拓扑结构；

如果所述瓶颈节点的无线射频数目小于最大无线射频数目，将新的无线射频加至所述瓶颈节点并指配新的信道，以重新组织所述网络的所述拓扑结构；

重复以上所述两个步骤，以重新组织所述网络的所述拓扑结构，直到所述瓶颈节点的所述无线射频数目等于所述最大无线射频数目，以便创建信道指配。

3.如权利要求1所述的用于指配信道的方法，其特征在于，所述通过重复地确定所述网络的瓶颈节点并扩展信道的步骤包括：

根据所述网络的所述状态确定所述网络的瓶颈节点；其中所述网络的所述状态包括所述网络的所述拓扑结构；

如果所述瓶颈节点的所述无线射频数目小于所述最大无线射频数目，将新的无线射频加至所述瓶颈节点并指配新的信道，以重新组织所述网络的所述拓扑结构；否则，如果所述相邻节点的所述无线射频数目小于所述最大无线射频数目，将新的无线射频加至所述瓶颈节点的相邻节点并指配新的信道，以重新组织所述网络的所述拓扑结构；

重复以上所述两个步骤，以重新组织所述网络的所述拓扑结构，直到所述瓶颈节点及所述相邻节点的所述无线射频数目等于所述最大无线射频数目，以便创建信道指配。

4.如权利要求3所述的用于指配信道的方法，其特征在于，所述将新的无线射频加至所述瓶颈节点的相邻节点并指配新的信道以重新组织所述网络的所述拓扑结构的步骤包括：

在所述瓶颈节点的附近搜寻候选节点；

选择具有最高累积预约流量的所述候选节点；

将新的无线射频加至所述所选择的候选节点并指配新的信道，以重新组织所述网络的所述拓扑结构。

5.如权利要求2或3所述的用于指配信道的方法，其特征在于，所述将新的无线射频加至所述瓶颈节点或相邻节点并指配新的信道以重新组织所述网络的所述拓扑结构的步骤包括：

将新的无线射频加至所述节点；

将新的信道指配给所述节点的所述新的无线射频；

将所述节点的几个链路切换至所述新的信道以重新组织所述网络的所述拓扑结构。

6.如权利要求5所述的用于指配信道的方法，其特征在于，所述将所述节点的几个链路切换至所述新的信道以重新组织所述网络的所述拓扑结构的步骤包括：

计算所述节点在不同拆分下的占用率；其中，拆分包括两个层；

选择使所述节点具有最低占用率的拆分；

将在所选择拆分的一个层上的所述链路切换至所述新的信道，以重新组织所述网络的所述拓扑结构。

7.如权利要求1至6中任一项所述的用于指配信道的方法，其特征在于，所述根据每一信道的所述占用率合并所述信道指配的所述信道的步骤包括：

计算每一节点在所述信道指配的每一信道上的所述占用率；

确定占用率低于所述信道指配的其他信道的两个占用率最低的信道；

合并所述两个占用率最低的信道。

8.如权利要求7所述的用于指配信道的方法，其特征在于，包括：

重复根据每一信道的所述占用率合并所述信道指配的所述信道的所述三个步骤。

9.一种用于在无线网状网络中指配信道的装置，包括：

扩展模块，用以通过重复地确定瓶颈节点并扩展信道从所述网络的初始拓扑结构创建信道指配；

约简模块，用以根据每一信道的占用率合并所述信道指配的信道，直到所述信道指配的信道数目等于最大信道数目；

分配模块，用以将所述经合并的信道指配分配给所述网络。

10.如权利要求9所述的用于指配信道的装置，其特征在于，所述扩展模块包括：

存储单元，用以存储所述网络的状态；其中所述网络的所述状态包括所述网络的所述拓扑结构；

确定单元，用以根据所述网络的所述状态确定所述网络的瓶颈节点；

增加单元，用以如果所述瓶颈节点的无线射频数目小于最大无线射频数目，将新的无线射频加至所述瓶颈节点并指配新的信道，以重新组织所述网络的所述拓扑结构。

11.如权利要求9所述的用于指配信道的装置，其特征在于，所述扩展模块包括：

存储单元，用以存储所述网络的所述状态；其中所述网络的所述状态包括所述网络的所述拓扑结构；

确定单元，用以根据所述网络的所述状态确定所述网络的瓶颈节点；

增加单元，用以如果所述瓶颈节点的所述无线射频数目小于所述最大无线射频数目，将新的无线射频加至所述瓶颈节点并指配新的信道，以重新组织所述网络的所述拓扑结构；

第二增加单元，用以如果所述瓶颈节点的所述无线射频数目等于所述最大无线射频数目并且所述相邻节点的所述无线射频数目小于所述最大无线射频数目，将新的无线射频加至所述瓶颈节点的相邻节点并指配新的信道，以重新组织所述网络的所述拓扑结构。

12.如权利要求10或11所述的用于指配信道的装置，其特征在于，所述增加单元或所述第二增加单元包括：

无线射频增加单元，用以将新的无线射频加至所述节点；

信道指配单元，用以将新的信道指配给所述节点的由所述无线射频增加单元所增加的所述新的无线射频；

链路切换单元，用以将所述节点的几个链路切换至由所述信道指配单元所指配的所述新的信道，以便重新组织所述网络的所述拓扑结构。

13.如权利要求9至12中任一项所述的用于指配信道的装置，其特征在于，所述约简模块包括：

计算单元，用以计算每一节点在所述信道指配的每一信道上的所述占用率；

第二确定单元，用以根据所述占用率确定占用率低于所述信道指配的其他信道的两个占用率最低的信道；

合并单元，用以合并所述两个占用率最低的信道。

14.一种用于在无线网状网络中指配信道的***，包括：

多于一个AP/MP，用以相互进行通信并执行由信道指配装置所分配的信道指配；

所述信道指配装置，用以通过重复地确定瓶颈节点并扩展信道从所述网络的初始拓扑结构创建信道指配；根据每一信道的占用率合并所述信道指配的信道，直到所述信道指配的信道数目等于最大信道数目；将所述经合并的信道指配分配给所述网络。

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