無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信多信道分層式分配算法研究

沈微微

【摘要】? ? 當(dāng)前，混合式信道分配算法未考慮節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸量差異，從而導(dǎo)致信道負(fù)載不均。基于此，提出無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信多信道分層式分配算法。對(duì)多信道分層式分配算法進(jìn)行描述，保證網(wǎng)絡(luò)的公平性;通過(guò)算法給出的新到優(yōu)先級(jí)控制信道的使用次數(shù)，解決信道分配問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信道的負(fù)載平衡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該算法能夠做到信道的負(fù)載平衡，減少了信道的干擾和負(fù)載問(wèn)題，有效提高了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。

【關(guān)鍵詞】? ? 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信? ? 多信道? ? 分層式? ? 分配算法

引言：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通常采用由多點(diǎn)到多點(diǎn)的一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[1]。對(duì)于頻率通道的采用、功率的控制效果等都是影響無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的傳輸能力和質(zhì)量的直接原因。通過(guò)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信的資源分配和調(diào)度進(jìn)行深入的研究，提出了一種多信道分層式的分配算法。

一、多信道分層式分配算法描述

對(duì)于多信道分層式分配算法描述首先要定義三個(gè)目標(biāo)函數(shù)：

第一個(gè)函數(shù)Fmax，該函數(shù)表示為最小化所有邊的最大干擾值，其函數(shù)式為：

在函數(shù)（1）中G為給定的網(wǎng)絡(luò)，C為多信道分配問(wèn)題中的目標(biāo)方案，W為權(quán)重函數(shù)：，代表鏈路負(fù)載，E為網(wǎng)絡(luò)中所有的數(shù)據(jù)鏈路的集合，為任意兩條邊距離為1時(shí)的干擾指示函數(shù)。同時(shí)說(shuō)明了最小化所有邊干擾的最大值是可以讓網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡的值。

第二個(gè)函數(shù)Fsum，該函數(shù)表示為最小化所有邊的干擾值之和，其函數(shù)式為：

函數(shù)（2）最小化G中所有邊干擾值之和，該函數(shù)的目的是為了減少整個(gè)網(wǎng)絡(luò)受到干擾時(shí)的影響，最大化的提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。

第三個(gè)函數(shù)Fmin，該函數(shù)表示為最小化所有干擾邊的數(shù)量，其函數(shù)式為：

函數(shù)（3）最小化所有干擾邊的數(shù)量，相當(dāng)于最小化距離為1的所有沖突邊產(chǎn)生的影響，以此來(lái)提升網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。

通過(guò)上述三個(gè)函數(shù)的計(jì)算，從不同的角度對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了最優(yōu)性的度量，因此可以作為本文多信道分層式分配算法中的目標(biāo)函數(shù)，以保證網(wǎng)絡(luò)的公平性，同時(shí)起到提高網(wǎng)絡(luò)容量的作用。

二、信道分配問(wèn)題

1、分層階段。縱向干擾和橫向干擾是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信中最常見的干擾方式，由于縱向干擾對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能影響更大，因此盡可能地選擇減少縱向干擾的應(yīng)對(duì)措施[2]。通過(guò)算法對(duì)結(jié)點(diǎn)分層時(shí)，明確與網(wǎng)關(guān)相鄰的結(jié)點(diǎn)作為第一層，再根據(jù)深度優(yōu)先擴(kuò)展原則對(duì)剩下的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行逐級(jí)的分層處理。

2、信道分配階段。通過(guò)上述算法對(duì)多信道進(jìn)行分配，要求在信道分配中不允許出現(xiàn)縱向的干擾，同時(shí)盡量的避免橫向的干擾。網(wǎng)絡(luò)的流量負(fù)載從網(wǎng)關(guān)結(jié)點(diǎn)處出發(fā)，呈樹狀向周圍逐漸的減少，為了能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信道的負(fù)載平衡，通過(guò)算法給出的新到優(yōu)先級(jí)控制信道的使用次數(shù)[3]。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信道的最終分配是通過(guò)信道優(yōu)先級(jí)動(dòng)態(tài)進(jìn)行的。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為驗(yàn)證本文方法，與傳統(tǒng)方法進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖1所示。

圖1中，橫坐標(biāo)表示為流量（Mbps），縱坐標(biāo)表示為吞吐量（Mbps），從圖1看出傳統(tǒng)方法對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝吭鲩L(zhǎng)十分緩慢，而本文設(shè)計(jì)的算法能夠保持持續(xù)的上升趨勢(shì)，因此本文設(shè)計(jì)的算法能夠做到信道的負(fù)載平衡目的，與傳統(tǒng)的方法相比較，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男阅芨谩Ｍ瑫r(shí)，本文設(shè)計(jì)的算法能跟隨著信道數(shù)量的不斷增加能夠?qū)狱c(diǎn)起到動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)作用，并且減少了信道的干擾和負(fù)載問(wèn)題，真正做到了提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。

結(jié)束語(yǔ)：本文提出的多信道分層式分配算法從多個(gè)方面進(jìn)行了綜合的考慮，提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看出，當(dāng)信道的數(shù)量不斷向增加時(shí)，更能夠展現(xiàn)出本算法的優(yōu)勢(shì)、特點(diǎn)。對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的路由算法也是能夠直接影響信道分配效率的重要因素之一，本文對(duì)此沒(méi)有進(jìn)行過(guò)多的考慮，在以后的研究學(xué)習(xí)中還將加入這一影響因素。

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參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 章成駒， 梁度. 基于節(jié)點(diǎn)密度的混合式多信道分配算法[J]. 信息通信， 2017，24（02）：001-003.

[2] 杜淳. 室內(nèi)LED可見光語(yǔ)音通信網(wǎng)絡(luò)的信道分配算法研究[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)， 2017， 40（11）：018-020.

[3] 李永昌，任偉. 面向私有云儲(chǔ)存訪問(wèn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信道分配算法[J]. 計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程， 2018， 46（10）：133-139.