一種基于節點度的K-篩選鄰居信道分配方法組成比例

本發明專利技術公開了一種基于節點度的K-篩選鄰居信道分配方法，對網絡中的設備遴選出節點度最高的KM個設備，依次將該KM個設備分配至距離最大的信道上，并更新相應信道的干擾量；將分配過的WIFI節點從拓撲圖中剔除，并對剩余WIFI節點按照上述過程進行節點遴選與信道分配，直至網絡中未分配節點個數小于(K-t)N/K(t＝1，2，……，K-1)。最后，當未分配節點數小于(K-t)N/K時,每次遴選出(K-t)M個WIFI設備進行上述節點的遴選與信道分配，直至所有WIFI完成信道分配。本發明專利技術降低了排序的工作量，且無需大量的RSSI比較，可以大大縮短網絡拓撲結構發生變化時重新進行在線信道分配的時間。

【技術實現步驟摘要】
一種基于節點度的K-篩選鄰居信道分配方法
本專利技術涉及無線通信領域，特別涉及WIFI設備之間基于節點度的快速分配信道的方法。
技術介紹
在無線通信領域，隨著無線通信的發展以及WIFI設備的普及，需要部署成百上千個WIFI設備的場景需求。然而，無論是2.4G頻段還是5.8G頻段，可供使用的信道數量往往是有限的，在擁有上千個WIFI的高密場景中(所謂高密場景，即在一個有限區域內包含有大量的WIFI設備)，每個信道上都承載有大量的設備，相同信道上的鄰居WIFI設備之間在同時收發報文的過程中往往相互干擾，大大降低了網絡的性能，顯然如果能夠將相互干擾的鄰居設備分配至不同的信道上，將會大大降低鄰居設備之間的干擾，從而極大提升網絡的整體性能。因此，為高密場景下大量的WIFI設備合理地進行信道分配，使得最大程度上減少沖突，盡力提升網絡的性能，具有非常重要的實用價值。目前存在諸多信道分配的相關算法，其中迭代、K-Best算法，基本思想為對網絡的節點(或部分節點)按照接收的信號強度指示值(RSSI)進行廣度遍歷，并將RSSI轉化為功率(mW)進行相應代數運算，使得系統總干擾量(相同信道上鄰居的干擾量之和)代價函數最小，并依此作為一個標準，選擇一個最優信道分配結果。此類方法算法復雜度大，運行過程中CPU占用率高，每次信道分配占用的時間較長，對于網絡拓撲結構簡單，WIFI設備量少的情況性能尚能接受，但對于網絡拓撲中具有較多WIFI設備時，性能不盡理想。對于信道在線優化而言，算法復雜度對于產品的性能影響較大，如何快速、高效地為不同的WIFI設備分配信道，對于無線通信產品而言，具有非常重要的意義。另一種基于鄰居個數排序的算法雖然避免了大量繁雜的RSSI值比較，一定程度上提升了信道分配的速度，但是對于高密場景而言，其性能仍有待進一步改善。
技術實現思路
為解決現有技術存在的不足，本專利技術公開了一種基于節點度的K-篩選鄰居信道分配方法，本專利技術根據高密場景中網絡的拓撲結構以及拓撲結構的動態變化，快速實現不同WIFI設備間信道的優化與再分配，并盡最大可能地提升網絡的性能，以使得系統整體吞吐量最大，且各個信道上干擾量相對均衡。為實現上述目的，本專利技術的具體方案如下：一種基于節點度的K-篩選鄰居信道分配方法，假設網絡中含有N個節點，M個可用信道，信道數量M遠遠小于節點個數N，包括以下步驟：步驟一：初始化各個信道上的干擾量ψi＝0，1≤i≤M；步驟二：通過遴選算法從網絡的N個節點中選出節點度最高的前KM個WIFI節點，并將該KM個WIFI節點進行降序排序，K為一常數；步驟三：將前M個WIFI節點依次分配至不同的M個信道上；步驟四：為第M+1個WIFI節點分配信道時，比較該WIFI節點到各個信道之間的距離，將該WIFI節點分配至距離最大的信道上，更新該信道的干擾量ψi，如果該WIFI節點到幾個信道的距離相同，則比較相同距離信道的干擾量ψi，將該WIFI節點分配至干擾量ψi最小的信道上，并更新此時該信道的干擾量，重復該過程直至第KM個WIFI節點完成信道分配；步驟五：將分配過信道的WIFI節點從拓撲圖中剔除，對剩余WIFI節點再次遴選出節點度最高的前KM個節點，并對該KM個節點進行降序排序；步驟六：重復步驟四、步驟五的過程，直至網絡中未分配信道的WIFI節點個數降至(K-t)N/K以下(t＝1，2，……，K-1)；步驟七：對剩余WIFI節點遴選出節點度最高的(K-t)M個節點，并將該(K-t)M個設備進行降序排序；步驟八：重復步驟六、步驟七的過程，直至網絡中所有的設備完成信道分配。所述步驟四中，WIFI節點到各個信道之間的距離，是指在原網絡的拓撲結構中該節點到各個信道中所有已分配節點之間最短的跳數，所謂跳數，即該節點到達目的節點所經過的節點個數。所述步驟四中，當一個新的WIFI節點分配到某一信道，更新該信道的干擾量ψi時，只與該信道上與之互為鄰居的WIFI節點進行累計，如果新加進來的WIFI節點與該信道上所有已分配的WIFI節點之間不為鄰居，則干擾量ψi保持不變。所述節點度即網絡拓撲圖中該節點的鄰居個數。所述步驟一中節點度即鄰居個數計算時，每個WIFI都有自己的發射功率，從而產生一個輻射半徑為R的圓，在該圓內的其他WIFI能夠感知到該WIFI的存在，則稱該WIFI為其輻射半徑內其他WIFI的一個鄰居；每個WIFI節點都有自己的服務集標識(ServiceSetdentifier，SSID)，每個WIFI檢測到SSID的個數，即為其鄰居的個數，也即該WIFI的節點度。所述步驟二中干擾量計算時，干擾量是指相同信道上鄰居之間的干擾關系，互為鄰居的兩個WIFI都能收到彼此的信號強度指示，該信號強度的單位為dBm，通過公式：mW＝10^(dBm/10)將相應的干擾量單位轉化為毫瓦(mW)，然后進行累加計算干擾總量。本專利技術每次針對篩選出的WIFI按照節點度進行降序排序，降低了排序的工作量，且無需大量的RSSI比較，可以大大縮短網絡拓撲結構發生變化時重新進行在線信道分配的時間，對于高密場景下的信道分配，性能改善效果異常明顯。本申請只需要選出本次待分配的節點，將這些節點進行排序，這樣能節省大量的時間，進一步降低算法復雜度，因為每次選出待排序的節點個數是有限的。本專利技術的有益效果：本專利技術針對無線通信中高密場景下復雜的網絡拓撲結構以及拓撲結構的動態變化，快速實現WIFI設備的信道優化與再分配，并盡最大可能地提升網絡的性能，提高網絡吞吐量，保持各個信道上干擾的均衡。本專利從WIFI的節點度出發，通過K-遴選機制，每次為不多于KM個WIFI節點進行排序，降低了排序的工作量，同時避免了大量復雜的干擾強度比較及計算，大大降低了算法運行的算法復雜度，將極大提升動態調優的性能，對于WIFI設備的信道分配尤其是在線分配起到了非常重要的作用。因此具有很強的實用價值。具體實施方式：下面對本專利技術進行詳細說明：一種基于節點度的K-篩選鄰居信道分配方法，假設網絡中含有N個節點，M個可用信道，信道數量M遠遠小于節點個數N，包括以下步驟：步驟一：初始化各個信道上的干擾量ψi＝0，1≤i≤M；步驟二：通過遴選算法從網絡的N個節點中選出節點度最高的前KM個WIFI節點，并將該KM個WIFI節點進行降序排序，K為一常數；步驟三：將前M個WIFI節點依次分配至不同的M個信道上；步驟四：為第M+1個WIFI節點分配信道時，比較該WIFI節點到各個信道之間的距離，將該WIFI節點分配至距離最大的信道上，更新該信道的干擾量ψi，如果該WIFI節點到幾個信道的距離相同，則比較相同距離信道的干擾量ψi，將該WIFI節點分配至干擾量ψi最小的信道上，并更新此時該信道的干擾量，重復該過程直至第KM個WIFI節點完成信道分配；步驟五：將分配過信道的WIFI節點從拓撲圖中剔除，對剩余WIFI節點再次遴選出節點度最高的前KM個節點，并對該KM個節點進行降序排序；步驟六：重復步驟四、步驟五的過程，直至網絡中未分配信道的WIFI節點個數降至(K-t)N/K以下(t＝1，2，……，K-1)；步驟七：對剩余WIFI節點遴選出節點度最高的(K-t)M個節點，并將該(K-t)M個設備進行降序排序；步驟八：重復步驟六、步驟七的過程，直本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于節點度的K?篩選鄰居信道分配方法，假設網絡中含有N個節點，M個可用信道，信道數量M遠遠小于節點個數N，其特征是，包括以下步驟：步驟一：初始化各個信道上的干擾量ψi＝0，1≤i≤M；步驟二：通過遴選算法從網絡的N個節點中選出節點度最高的前KM個WIFI節點，并將該KM個WIFI節點進行降序排序，K為一常數；步驟三：將前M個WIFI節點依次分配至不同的M個信道上；步驟四：為第M+1個WIFI節點分配信道時，比較該WIFI節點到各個信道之間的距離，將該WIFI節點分配至距離最大的信道上，更新該信道的干擾量ψi，如果該WIFI節點到幾個信道的距離相同，則比較相同距離信道的干擾量ψi，將該WIFI節點分配至干擾量ψi最小的信道上，并更新此時該信道的干擾量，重復該過程直至第KM個WIFI節點完成信道分配；步驟五：將分配過信道的WIFI節點從拓撲圖中剔除，對剩余WIFI節點再次遴選出節點度最高的前KM個節點，并對該KM個節點進行降序排序；步驟六：重復步驟四、步驟五的過程，直至網絡中未分配信道的WIFI節點個數降至(K?t)N/K以下(t＝1，2，……，K?1)；步驟七：對剩余WIFI節點遴選出節點度最高的(K?t)M個節點，并將該(K?t)M個設備進行降序排序；步驟八：重復步驟六、步驟七的過程，直至網絡中所有的設備完成信道分配。...

【技術特征摘要】
1.一種基于節點度的K-篩選鄰居信道分配方法，假設網絡中含有N個節點，M個可用信道，信道數量M遠遠小于節點個數N，其特征是，包括以下步驟：步驟一：初始化各個信道上的干擾量ψi＝0，1≤i≤M；步驟二：通過遴選算法從網絡的N個節點中選出節點度最高的前KM個WIFI節點，并將該KM個WIFI節點按照節點度進行降序排序，K為一常數；步驟三：將前M個WIFI節點依次分配至不同的M個信道上；步驟四：為第M+1個WIFI節點分配信道時，比較該WIFI節點到各個信道之間的距離，將該WIFI節點分配至距離最大的信道上，更新該信道的干擾量ψi，如果該WIFI節點到幾個信道的距離相同，則比較相同距離信道的干擾量ψi，將該WIFI節點分配至干擾量ψi最小的信道上，并更新此時該信道的干擾量，重復該過程直至第KM個WIFI節點完成信道分配；步驟五：將分配過信道的WIFI節點從拓撲圖中剔除，對剩余WIFI節點再次遴選出節點度最高的前KM個節點，并對該KM個節點按照節點度進行降序排序；步驟六：重復步驟四、步驟五的過程，直至網絡中未分配信道的WIFI節點個數降至(K-t)N/K以下，t＝1，2，……，K-1；步驟七：對剩余WIFI節點遴選出節點度最高的(K-t)M個節點，并將該(K-t)M個設備按照節點度進行降序排序；步驟八：重復步驟六、步驟七的過程，直至網絡中所有的設備完成信道分配；其中，節點度即網絡拓撲圖中該節點的鄰居個數。2.如權利...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王強，張化祥，
申請(專利權)人：山東師范大學，
類型：發明
國別省市：山東;37