胡幻

摘 要：本文分析了當(dāng)前無(wú)線局域網(wǎng)在大規(guī)模使用的情況下出現(xiàn)的無(wú)線資源匱乏等問(wèn)題。根據(jù)無(wú)線局域網(wǎng)信道的分配原則，設(shè)計(jì)了一種基于最小最大相互干擾的分布式加權(quán)信道分配算法，這種算法適用于多個(gè)接入節(jié)點(diǎn)且覆蓋區(qū)域相重疊的場(chǎng)景中，經(jīng)過(guò)仿真表明其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的LCCS算法。

關(guān)鍵詞：無(wú)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(wú)線局域網(wǎng)工作在ISM免申請(qǐng)開(kāi)放頻段，由無(wú)線電管理委員會(huì)或管理機(jī)構(gòu)制定。無(wú)線局域網(wǎng)不同標(biāo)準(zhǔn)為接入點(diǎn)和用戶定義了固定數(shù)量的信道。然而，信道實(shí)際上代表了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用的中心頻率，而信號(hào)好具有一定的帶寬，因而任一信道中信號(hào)都會(huì)與鄰近的幾個(gè)信道重疊，造成干擾?；拘诺赖姆峙湓瓌t是：位于相互作用范圍內(nèi)的接入點(diǎn)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(gè)接入點(diǎn)，當(dāng)兩個(gè)接入點(diǎn)公共覆蓋區(qū)域?yàn)榭占瘯r(shí)則可通過(guò)動(dòng)態(tài)補(bǔ)貨用戶站點(diǎn)的分配來(lái)調(diào)整信道重用。

信道分配問(wèn)題通常被建模為一個(gè)圖著色問(wèn)題，即圖中每個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)接入點(diǎn)，每條邊對(duì)應(yīng)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(diǎn)（頂點(diǎn)），并保證相鄰的兩個(gè)接入點(diǎn)（頂點(diǎn)）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(guò)構(gòu)建一個(gè)目標(biāo)函數(shù)，提出基于最小-最大互相干擾的分布式加權(quán)信道分配算法-Hminmax算法。算法以分布方式由接入點(diǎn)選擇信道，且以本地信息為基礎(chǔ)，即每個(gè)接入點(diǎn)僅從其鄰居接入點(diǎn)處獲取信息，支持WLAN規(guī)模擴(kuò)展。

2.1 數(shù)學(xué)模型

令k代表WLAN中互不重疊的信道數(shù)，選擇某個(gè)包含一組接入點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，用圖G=（V，E）：V={ap1，ap2，......apn}表征由n個(gè)接入點(diǎn)構(gòu)成的集合。

如果邊（api，apj）的兩個(gè)信道之間干擾為0，就意味著邊（api，apj）是無(wú)沖突邊，否則，則稱(chēng)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(gè)接入點(diǎn)著色之間的干擾，稱(chēng)W（api，apj）×I（api，apj）為I值。該值表征了處在兩個(gè)接入點(diǎn)重疊區(qū)域內(nèi)的所有用戶經(jīng)歷的干擾總效應(yīng)，也稱(chēng)為沖突邊權(quán)重。為了評(píng)價(jià)該信道分配算法的性能，本文定義了三個(gè)目標(biāo)函數(shù)。

2.3 性能仿真分析

從仿真結(jié)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(kuò)大。事實(shí)上，即使顏色數(shù)量增加，LCCS算法也改進(jìn)不大，因?yàn)樵撍惴o(wú)法檢測(cè)到存在的沖突。

3 本章小結(jié)

本章基于圖著色理論研究了WLAN信道加權(quán)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(quán)信道分配算法（Hminmax算法）通過(guò)合理設(shè)計(jì)權(quán)重，以最小化重疊區(qū)域內(nèi)最大干擾總效應(yīng)的同時(shí)，最小化所有沖突邊的權(quán)重之和為優(yōu)化目標(biāo)，闡述了算法思想和實(shí)現(xiàn)流程，通過(guò)構(gòu)建仿真場(chǎng)景，對(duì)比分析了算法的性能，結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的算法對(duì)非重疊信道分配的沖突邊權(quán)重隨節(jié)點(diǎn)數(shù)變化優(yōu)于LCCS算法。