胡幻
摘 要:本文分析了當前無線局域網(wǎng)在大規(guī)模使用的情況下出現(xiàn)的無線資源匱乏等問題。根據(jù)無線局域網(wǎng)信道的分配原則,設計了一種基于最小最大相互干擾的分布式加權信道分配算法,這種算法適用于多個接入節(jié)點且覆蓋區(qū)域相重疊的場景中,經(jīng)過仿真表明其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的LCCS算法。
關鍵詞:無線局域網(wǎng); IEEE 802.11 ;信道分配
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.223
1 引言
無線局域網(wǎng)工作在ISM免申請開放頻段,由無線電管理委員會或管理機構制定。無線局域網(wǎng)不同標準為接入點和用戶定義了固定數(shù)量的信道。然而,信道實際上代表了網(wǎng)絡設備使用的中心頻率,而信號好具有一定的帶寬,因而任一信道中信號都會與鄰近的幾個信道重疊,造成干擾。基本信道的分配原則是:位于相互作用范圍內的接入點分配互不重疊的傳輸信道。為了最大化信道重用,合理的信道分配方法是期望可以分配相同信道給兩個接入點,當兩個接入點公共覆蓋區(qū)域為空集時則可通過動態(tài)補貨用戶站點的分配來調整信道重用。
信道分配問題通常被建模為一個圖著色問題,即圖中每個頂點對應一個接入點,每條邊對應潛在的干擾,而各種顏色表示互不重疊信道。信道分配的目的是用最少的信道(顏色)覆蓋所有接入點(頂點),并保證相鄰的兩個接入點(頂點)使用不同的信道(顏色),即最小圖著色。
2 基于最小-最大相互干擾的信道分配算法-Hminmax算法
通過構建一個目標函數(shù),提出基于最小-最大互相干擾的分布式加權信道分配算法-Hminmax算法。算法以分布方式由接入點選擇信道,且以本地信息為基礎,即每個接入點僅從其鄰居接入點處獲取信息,支持WLAN規(guī)模擴展。
2.1 數(shù)學模型
令k代表WLAN中互不重疊的信道數(shù),選擇某個包含一組接入點的網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域,用圖G=(V,E):V={ap1,ap2,......apn}表征由n個接入點構成的集合。
如果邊(api,apj)的兩個信道之間干擾為0,就意味著邊(api,apj)是無沖突邊,否則,則稱邊(api,apj)為沖突邊,用干擾因子或I因子I(api,apj)表征每條邊上為兩個接入點著色之間的干擾,稱W(api,apj)×I(api,apj)為I值。該值表征了處在兩個接入點重疊區(qū)域內的所有用戶經(jīng)歷的干擾總效應,也稱為沖突邊權重。為了評價該信道分配算法的性能,本文定義了三個目標函數(shù)。
2.3 性能仿真分析
從仿真結果表明Hminmax算法較LCCS算法更優(yōu):隨著顏色數(shù)由3增加到16,Hminmax算法和LCCS算法的差距逐步擴大。事實上,即使顏色數(shù)量增加,LCCS算法也改進不大,因為該算法無法檢測到存在的沖突。
3 本章小結
本章基于圖著色理論研究了WLAN信道加權分配算法,提出了兩種能提高WLAN中頻譜利用率的分布式信道分配算法——基于最小-最大相互干擾的分布式加權信道分配算法(Hminmax算法)通過合理設計權重,以最小化重疊區(qū)域內最大干擾總效應的同時,最小化所有沖突邊的權重之和為優(yōu)化目標,闡述了算法思想和實現(xiàn)流程,通過構建仿真場景,對比分析了算法的性能,結果表明,本文設計的算法對非重疊信道分配的沖突邊權重隨節(jié)點數(shù)變化優(yōu)于LCCS算法。