多接口多信道WMN中的信道分配问题

地 减少 了链 路层 的时延 。 同时 ， 多个 接 口的使 用也增 加 了整 个 网络的 可靠性 。
１２ 信 道 分 配 问题 ．
点 之 间 可 以 利 用 多 个通 信 信 道 同 时发 送 和 接 收 数
据 。因此 ， 现在 几乎 所有ＷＭＮ 署 和提议 都 采用 多 部
接 口多信 道 的架 构 ， 给每 个ｍｅｈ 即 ｓ 网络 节点 配 备 多 个 无线接 口卡 ， 同时可 以使 用多个 互不 重叠 的信 道 。
１ ０・ ６
郭 建丁 ， 邓建 良 ， 胡松 华 ： 多接 口多信 道 ｗ ＭＮ 中的信道 分配 问题 和网络拓扑 图 的不同之 处 ： １ 如果 两个 节点 的接 口 （） 间没有 分配公 共 信道 ， 在单 圆盘 图 中这两 个 节点 则 间 的路 径 。路 由还对 网络 中 的负载均 衡起 到重要 作 用 。 载均衡 能避 免 网络 中的瓶颈 ， 负 反过 来能 增加 网
图２ 图 论模 型
由于信道分 配 问题与 图理论 中的图着 色问题 具 有一 定 的对应关 系 ， 常采 用 图论 模 型 。 故 一般 地 ． ３ 有 种 重要 的冈论模 型被 现在 大部分 的信 道分 配方法 采 用 ： 圆盘 图 、 单 网络拓 扑图 和冲突 图 。前 两者 与 网络 的连通 性 问题密 切相关 ， 后者 用来 描述 网络 干扰
间有 一条 边 ， 在 拓扑 图 中却 没有 边 ；２ 如 果这 两 但 （）
个节 点 的接 口问分 配 了多个 公 共信 道 ， 在拓 扑 图 则
网络 拓扑 图网 据两 个 节点 是 否在 它们 的 通信 根
小 化 网络 干扰 以提高 网络 容 量 的 问题 。 当然 ， 信 在 道 分 配 中还要 考 虑很 多 网络 约束 条 件 ： 可用 信 道 如
数、 节点 的接 口数 、 路 的业 务负载 能力 、 点部署 、 链 节
相 互通信 节点来 分 配公共 信道 等 。由于很 多信道 分 配 问题 在数 学上 最终 都转 化 为Ｎ 难题 ， 身 给其 带 Ｐ 本
第 ｌ ３卷 第 ３期
重庆 科技 学 院学报 （ 自然 科学 版 ）
２ １ 年 ６月 ０ １
多接 口多信 道Ｗ ＭＮ中的信 道 分 配 问题
郭 建 丁 邓 建 良 胡松 华
（ 重庆 大 学 ， 重庆 ４ ０３ ） ０ ０ ０
摘
要 ： 线 ｍ ｓ 网络 （ 无 ｅｈ ＷＭＮ， ｉ ｌｓ ｍｅｈｎ ｔｏｋ ） ｗ ｒ ｅｓ ｓ ｅ ｒｓ 中采 用 多 接 口和 多 信道 能 有 效 地 增 加 网 络 容 量 。 析 多 接 ｆ 多 ｅ ｗ 分 １
ｃ ０ Ａ
Ｉａ （ ）
西
（ Ｃ ）
（ ｂ ）
（） ｄ
的干扰 和噪 声功 率 南其 他正 在进行 的传输 产生 的噪
声和 网络周 同的 噪声组 成 。 由于物理 模型 相对 复杂 ． 大部分 的信道 分 配方法采 用协议 模 型
２２ 图 论 模 型 ．
（ ） 际通 信 图 ；ｂ 单 圆盘 图 ；ｃ 网络 拓 扑 图 ；ｄ 冲突 图 ａ实 （） （） （）
１ 问题 描 述
１ １ 网 络 架 构 ．
从 图１ 中可 以看 出 ，多接 口多信 道ＷＭＮ 具备 很
明显 的优 势 。 由于每个 节点 配备 有多 个无线 接 口， 多
传统 的无 线 网络 中面 临 的一 个 严 重 问题 是 ， 多 个 同时进行 的通信 会 导致 网络容 量减 小 。 在ＷＭＮ 而 中。 给每 个ｍ ｓ 路 南器 配 置多 个 无线 接 口卡 可 以在 ｅｈ
而图论模 型是将 网络 用 图理论来 建模 以更好 地研 究 信 道分配 问题
２１ 干 扰 模 型 ．
对（ 假设 分配 了相 同信道 的链路 对 ） 的集合 可 以用 冲
突图来 表节 点之 间需 要 在相 互 之 间 的传 输 范 罔 内并 分 配 了公共 信 道才 能直 接 通信 。同 时 ， 同 相 信 道 的节 点对 之 间即使 不 能直 接 通信 ， 在 一 定 的 但 干扰 范 围内会互 相干 扰通 信 。为 了表述 网络 中节点
互 相 干扰 （ 用 相 同的信 道 ）则 在 冲 突 图 中用 一 条 使 ， 边 （ 表 示 。 ｆ ） Ｚ
根 据 实 际 通 信 图对 这 三 种 图 论 模 型 进 行 对 比 （ １ 图２。在实 际通信 图 中 ， 每个无 线路 由器都 配备有２
个 无 线 网 卡 ，共 有 ４ 信 道 可 用 ， 分 别 标 注 为 个
个接 Ｅ共享ｎ ｌ 个公共 信道 ， 这时就有ｎ 条链路 ． ∈ ， Ｅ．
２ 研 究模 型
干 扰 模 型 是 从 研 究 网 络 干 扰 的 角 度 提 出来 的 ．
其 中ｎ 为正整数 。由于网络 拓扑 图包 含实际通信 的链
路， 故常用来 明确信道分 配的连通性要求。
冲突 图 ： 给定 干扰模 型后 ． 互相 干扰 的通 信链路
收稿 日期 ：０１ —０ —２ ２ １ ２ ２
信 道 分 配 问题 是 多 接 口多信 道 ＷＭＮ中必须 要
解 决 的问题 。 由于无线 频谱 资源 的有 限性 ， 用信 道 可
基金项 目： 国家 高 新 技 术研 究 发 展 ８ ３计 划 项 目（ ０ ８ Ａ １ ２ ２ ６ ２０ Ａ ０ Ｚ ０ ）
如 图 ｌ 示 为一 个多 接 口多信 道ＷＭＮ．每 个无 线路 所 由器配备 有２ 个无线 网卡 ， 总共 有４ 个信道 可用 ， 分别 用 １２ ３ ４ 示 。它 们之 问 的虚线表 示无 线链路 ， ， ， ，表 旁 边 的数字 代表所 分 配的信 道 。
可 靠 的服 务覆 盖范 围 等 。ＷＭＮ中 ， 顶层 节 点将ｍｅｈ ｓ
协 议模 型相 对 简单 ， 述 如 下 ：１ 每个 接 口都 描 （）
有 传 输 范 围 和干 扰 范 围 （ 别称 作 传 输 域 和干 扰 分
域 ）且 干扰 范 围大 于 传输 范 同 ；２ 当接 口 ， （） 处在 接
ｌ２ ３ ４ ， ， ， 。其 中虚线 代 表无线链 路 ， 旁边 的数字代 表
信道 ＷＭＮ 构及 其 信道 分 配 问题 ， 点 指 其 特殊 性 和 难 点 对 信道 分配 研 究 模 型协 议模 型和 网论 模 型进 行 总结 阐 架 重 ： 述 在 信道 分 配过 程 中要 着重 考 虑 的问 题 。提 出 多接 口多信 道 ＷＭＮ 中信 道 分配 问 题 面临 的挑 战 。
数 目是 有 限 的 ． 因此 ， 即使采 用 了 多接 口和 多 信道 ， 十扰 问题 不可 能完 全 避免 ， 因而 需 要有 效 的信 道 分 配来减少 网络 干扰 。一般 来说 ， 信道 分配 问题 ， 即考
虑如何 在 网络 中充分 利用 有 限 的频 谱 资源 ， 达到 最
单 圆盘 图［ ２ １ 首先 假定 每个 节 点具 有 相 同的传 输
信道 ， 故称 为多 接 口多信 道ＷＭＮ。本 文 先介绍 多接
口多信道 ＷＭＮ网络 架构 和信 道分 配 问题 ． 然后 对研 究 模 型和 方法 进 行总 结 ， 阐述 了信 道 分 配 中 的关键
问题 、 究 现 状 及 进 一 步 的 研 究 方 向 。 研
图１ 多 接 口多信 道 ＷＭＮ与 信 道 分 配
作者 简 介 ： ￣ －
Ｔ （９ ５ ， ， １８ 一）男 湖南 人 ， 庆大 学 通 信 １程 学 院 在 读 硕 十研 究 生 ， 究方 向 为无 线 网络 及 信 道 分配 技 术 。 重 ＝ 研
・
１ ９ ５ ・
郭建 丁 ， 建 良， 邓 胡松华 ： 多接 口多信道 ＷＭＮ 中的信道 分配 问题
很大 程度 上缓 解 这一 问题 。 由于 采 用 了多 接 口 ， 节
条链路 上 的通信 可 以同时 进行 ， 从而 使吞 吐量 巨增 。
在多个 信道 的情 况下 ， 相邻 链路 被分 配不 同的信 道 ，
在 无 干 扰 或 较 小 干 扰 的 情 况 下 承 载 业 务 ，从 而 大 大
网 络 连 接 到 有 线 的 冈 特 网 ， 间 层 由 大 量 的 ｍｅｈ 中 ｓ路
由器组 成 ， 这些 路 由器 构 成ｍｅｈ 拓 扑 的顶 点 并且 ｓ状 在ｍ ｓ 网络 中转发 业务 。底层 由一 些 接 入 网组 成 ， ｅｈ 完成 对无线 用 户终端 的 网络接 人 。 由于在ＷＭＮ的研 究 中 ，研 究 范 嗣主 要集 中于对 ｍ ｓ 路 由器 的 研 究 ， ｅｈ ｍ ｓ 路 由器 也 常被称 为 “ ｅｈ 节点 ” 。 为了改 善ＷＭＮ的性 能 ， 给每个 ｍ ｓ 网络 节点 配 ｅｈ 备 多个 无线 接 口卡 ， 时 可 以使用 多 个互 不 重 叠 的 同
域尺 。其定 义 为无 向 图Ｇ ｖ， ）（ ） 网络 中节点 （ Ｅ ： １ 为 的集 合 ；２ 任 意 ， ∈Ｖ， 果 在 的欧 氏距 离Ｄ （） 如 ≤尺 ， ，。∈Ｅ。由于单 圆盘 图一开 始就 给 出 了 则（． ） 节点 间 的距 离关 系 ， 常作为信 道分 配的基础 。 故
来 了很 大 的挑 战 。 在多接 口多信道ＷＭＮ 构下 还 而 架 须 考虑 网络连 通性 和 涟漪 效应 等 问题 ， 进一 步增 故 加 了信道 分配 问题 的难度
链 路 上共享公共信道进一步建模 。网络拓扑图为如下 定义的无 向图ＴＶ 目： 代表节点集合 ，代表 实际通信 （， Ｖ Ｅ 的链 路的集合 。任意Ｖ， ∈ 如果 的任一个接 口和 ， 的任 一个接 口都在彼此的传输域 内且它们共享一个公 共的通信信道 ， 则 ， ） 。此外 ， ∈Ｅ ＇ 如果 和 之间有 多 ． ，
・
注意 到路 由器 Ｂ 都 在彼 此 的通 信范 围内 ． 和Ｃ 因 而它 们之 间有一 条链 路Ｂ 但这 里并 未 给链路 Ｂ 分 Ｃ， Ｃ
配通 信信 道 。 同时 ， 由器 Ｂ 之 间 同时用 两 个信 路 和Ｅ
道 通信 。因此 由图２ ｂ 和 图２ ｃ 可 以看 出单 圆盘 图 （） （）
对 之 间 的 干 扰 及 干 扰 程 度 ， 两 种 重 要 的 干 扰 模 型 有 被 广 泛 采 用 ｆ： 议 模 型 和 物 理 模 型 。 ’协 Ｉ
链路 ， 即 ＝ Ｊ， 为 通 信链 路 ｝冲 突图 Ｇ（ ， 中 （ ｉ） ， Ｅ）
的顶 点集 为 ， 的组 成 为如果 通 信链 路 和 ６ 边 ， ）
所 分配 的信道 。
Ｈｘ 的传 输范 围内 ，而不处 在 除 以外 的其 他 同时传
输 的接 口的干扰 范 围内时 ，从 接 口 到接 口 的传 输
是 成 功 的
与协 议模 型相 比 ，物理 模 型更 贴 近 实 际情 况 描述 如下 ：１ 只 有 当发送 端 发送 的信号 在接 收端 的 （） 信 噪 比ＳＮ Ｓｇ ａ ｔ ｔ ｆｒｎ ｅａｄ Ｎ ｉ ａｉ、 Ｉ Ｒ（ｉｎ ｌｏＩ ｅ ｅｅｃ ｎ ｏ ｅＲ ｔ ｎ ｒ ｓ ｏ 大于 一定 门限值 时 ， 传输 才是 成功 的 ；２ 在 接收 端 （）
关键 词 ： 无线 ｍ ｓ 网络 ； 道 分 配 ； 扰模 型 ； 论 模 型 ｅｈ 信 干 图
中图 分 类 号 ： Ｎ １ Ｔ ９ｌ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： ６ ３ ９ ０（ ０ １ ０ — ｌ ９ ０ １ ７ —１ ８ ２ １ ） ３ ０ ５ — ４
具 备动 态 的 自组 织 和 自配 置 功 能 ， 而给 组 网 从 带 来 很多 优势 ， 如低成 本 、 于网络 维 持 、 捧 性 和 易 鲁