顾大刚 黄伟

摘要：无线网络的发展非常迅速，导致无线网络频谱资源越来越紧张，所以本文为了解决频谱的划分问题，研究复杂环境下多重重叠频道链接集，用以提高频段的复用性，增强网络效能。本文通过设计算法及模拟仿真时候，非常重要的一个特点就是需找出其发生重叠、冲突区域，所以项目组设计了链接集合，链接集合设计主要是先计算每个MAP指派链结时的优先级，这个主要是用来避免负载较重的MAP没有优先指派导致最后指派到负载流量较大的链结集合中，使得无线网络拓扑中每个链结集合呈现负载不平衡现象。

关键词：无线通信;频道;链接集

中图分类号：TP391     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）23-0245-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 概述

无线通信的数据传输已成为未来通讯发展的趋势，人们可以随时随地在任何时间、地点通过智能手机、笔记本电脑或IPad 连接无线网络，而不会因特定地点而遭受限制，带给人们方便性与机动性。除此之外，随着信息家电IA（Information Appliance）概念的逐渐成熟，信息与通讯产品之间的结合互动更为紧密，使得无线局域网络的提供也由企业逐渐走向家庭与个人化发展，促使无线局域网络的应用与范畴相较于过去更为广泛。

有研究表明用部份重迭频道促使无线网络可用的频道数增加同时提升网络效能，因此选择频道之间互相重迭干扰较小的频道，避免无线网络在频道配置过程中，虽然运行在不同的频道上，却因频道之间频率相互重迭关系而产生干扰影响。虽然部份重迭频道可以避免同频干扰产生，却因频道之间频率重迭关系导致干扰影响，因此使用重迭干扰影响较小的部份重迭频道不仅增加可用频道数，不因重迭干扰的影响导致网络效能下降。在频道配置的过程中搭配冲突图理论（Multi-radio Conflict Graph， MCG），得知节点之间的干扰程度，藉由冲突图理论的分析得知节点的干扰范围内的相邻节点不会配置相同的频道以避免同频干扰的产生，由此提升网络效能[1]。

1.1 无线传感网络容量研究

无线传感网络使用的范围非常广泛，所以需要研究其容量的问题，这样能使得我们在使用无线传感网络的时候更加准确的进行相关算法和性能的设计与评估。无线传感网络容量的研究是Gupta和Kumar较早提出的，他们研究的内容主要就是其容量问题，主要研究的方向是网络吞吐率、链路传输带宽和节点数目之间的关系[2]。其后，也有很多研究者对相关问题进行了深入研究，比如Jain研究的链路干扰问题，特别是他还使用线性规划方法给出了估计网络吞吐率上界和下界的算法[3]。也有研究者对网络吞吐率的上界和下界问题进行了进一步研究分析，并用其与路由和调度问题进行综合考虑分析。还有研究者对无线传感网络的多接口、多信道的容量问题进行研究分析，在此基础上研究分析网络吞吐率、网络信道数目等无线传感网络的关键参数之间的关系[4]。而现在大多数的无线传感网络容量研究主要集中于对网络容量上界和下界的估计方面[5]，因此需要研究更精确的无线mesh网络容量计算方法。

1.2 无线传感网络路由分配算法分析

无线传感网络的一大特点就是自组织，所以它的路由算法是其研究的非常重要的一环[6]。在已有的研究中已有大量研究者对路由算法进行了研究分析，而且在信道分配、节点控制、节能分析等方面已做得比较多，也比较完善，但是在一些面向实际应用的无线传感网络中，却有着一定的缺陷与不足[7]。比如：在设计路由与链路时候，主要研究点在路径的自组织上，较少的分析信道层面的问题;比如一些信道的分配问题，导致不能准确及时进行数据传输;比如信道的使用、利用上，一些算法的冗余度较大，导致网络性能的下降等问题，比如算法JRCAS算法中，尽管提出了由路由需求决定信道分配的技术，但是在这个算法设计时候却主要面对的单路径，如果变向多路径设置就会出现问题[8]。

无线传感网络的应用范围非常广泛，从军事领域到民用领域都可以看见其身影，从一般的家庭数据通信、医疗等，到面向公共场所的银行、校园、医院等，从小区的监控、安防到森林的防火、防偷猎等，他的应用非常广泛，随着各种技术的成熟，相信无线网络技术的应用范围将会越来越广泛。在对无线传感网络的分析与研究中我们发现，无线传感网络的信道分配非常重要，这是由于802.11标准中只提供了有限的12条正交信道给无线Mesh网络，需要在有限的正交信道中进行数据传输，所以需要对其信道分配进行进一步研究[9]。

2 链接集合设计

2.1 链接几何负载不平衡分析

链接集合设计主要是先计算每个MAP指派链结时的优先级，这个主要是用来避免负载较重的MAP没有优先指派导致最后指派到负载流量较大的链结集合中，使得无线网络拓扑中每个链结集合呈现负载不平衡现象，如公式（1）所示。

[order=Aggregate_traffic（node）?Link_numhop_num?Radio_num]             （1）

公式中的order代表每个MAP在链接集合并程序中的指派的优先级，其中Aggregate_traffic（node）代表每个MAP所汇集的网络总负载流量大小，Link_num 代表每个MAP的链结数量，hop_num代表每个MAP的距离集中式服务器（Gateway）的hop数，Radio_nom表示每个MAP上的通讯接口数量，此优先级是为了让网络汇集流量较大或是链结数目较多的MAP能优先指派，当链接指派的过程中，MAP指派的优先级不同，结果所产生的链结集合也会有算不同，透过优先级的计算使得越靠近集中式服务器的MAP或是流量较大MAP能优先指派，避免负载较重的MAP最后指派到負载流量较大的链结集合中，导致整体链结集合的负载不平均的问题产生。

2.2 冲突感知设计

本文在设计算法及模拟仿真时候，非常重要的一个特点就是需找出其发生重叠、冲突区域，所以项目组设计了冲突感知分析。首先我们设计一个范例，如图有9个存取点（MAP）、12条链接，每个无线存取点上设计两个通讯接口，并且由链接程序合并产生6个链接，此链接集合为1-6。而此程序将分析每个链接集合与其他链接集合的干扰程度，需要定义干扰范围与节点传输距离的函数，在此范围内的节点上的链接属于干扰范围。如：链接集合3由链接ab和bc形成，并且网络流量分别为流量17和流量19，因此拓扑中与链接集合3干扰的链接集合包含链接集合1、链接集合2、链接集合5和链接集合6，但是链接集合3干扰范围外的集合为链结集合4，如下图1、2链接集合冲突图。

3 总结

随着无线通信设备应用逐渐广泛，使得无线频谱逐渐成为一个有限的资源，导致频谱之间干扰噪声的问题成为降低网络效能的主要原因之一。然而，在无线网络传递封包的过程中，除了容易遭受无线网状网络的同频干扰影响，导致封包碰撞产生封包遗失的问题之外，同时也会因频道与频道之间因重叠导致频率发生互相干扰影响，如此容易造成无线网状网络效能大幅的降低。

本文在未来还可以加入频道之间的竞争特性为考虑因素分析，让频道配置的过程中能预先分析目前网络拓扑的干扰状态，并且依干扰状态能选择较适当的频道，使得网络环境中的干扰为最小化且效能为优化，除此之外，还可以加入路由协议的考虑因素，让不同的网络拓扑环境会因路由协议的不同会对网络有不同的影响，若使用不适用的路由协议，则会造成网络效能明显的降低，反之，若使用合适的路由协议，则能更有效地利用频谱资源，以提升网络效能。

参考文献：

[1] 戴晖， 姜晓斐， 杨万君. OFDM/OQAM技术在时频弥散信道中的应用[J]. 无线电工程， 2019， 49（01）：36-41.

[2] 桂毅恒， 朱立东. 卫星机载终端多优先级信道预留分配策略[J]. 无线电通信技术， 2019， 45（01）：66-71.

[3] 刘晓兰， 舒然， 张彤， et al. 基于无线信道状态信息的缓存膨胀问题求解方案[J]. 清华大学学报：自然科学版， 2018.

[4] 周明快， 黄巍， 陈滨， et al. 基于无线信道状态相位信息优化的定位算法[J]. 传感技术学报， 2018，31（06）：141-146.

[5] 刘万洪， 杨志飞， 张涛涛. 美军MUOS系统通信链路无线信道特性分析[J]. 兵工自动化， 2018， 37（10）：92-94，99.

[6] 王赛飞， 方勇， 王军华. 利用自适应傅里叶分解的非平稳无线信道的时频表示[J]. 信号处理， 2018， v.34;No.226（06）：123-129.

[7] 庞策， 张亚生， 申曲. 精确时间同步协议在空间无线信道下的适应性研究[J]. 计算机测量与控制， 2018， 26（3）： 236-240.

[8] 姚彤. 面向车队的无线信道访问控制机制研究[D].电子科技大学，2018.

[9] 张伟. 抗干扰攻击的多信道无线网络功率控制方法[J]. 微电子学与计算机， 2018，35（6）：134-137.

【通聯编辑：梁书】