本發(fā)明涉及通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是涉及排隊論，以及優(yōu)化理論。

背景技術(shù)：

目前,無線網(wǎng)絡(luò)尤其是無線局域網(wǎng)(WLAN),在諸多領(lǐng)域已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在應(yīng)用較廣的WLAN是單跳網(wǎng)絡(luò),終端通過無線接入點接入有線骨千網(wǎng)絡(luò)中。但由于無線信號的傳輸范圍十分有限,所以WLAN所能覆蓋的范圍較小,且只能架設(shè)在有線網(wǎng)絡(luò)的邊緣區(qū)域,因此部署成本較高。

無線多跳網(wǎng)絡(luò)可以通過多個站點的中繼傳輸來提供更大范圍的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋,降低網(wǎng)絡(luò)部署成本。無線MESH網(wǎng)絡(luò)(Wireless MESH Network)正是在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)扁平化這一趨勢下的逐步發(fā)展起來的,以移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)進行不斷改進和革新逐漸發(fā)展成為一種新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),具有巨大的發(fā)展?jié)摿土己玫膽?yīng)用前景。移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與發(fā)展,最初是為滿足軍事應(yīng)用的需要,以滿足軍隊通信系統(tǒng)需要具備的抗毀性、自主性以及機動性。隨著一些相關(guān)保密技術(shù)的對外公開并逐步轉(zhuǎn)為民用,移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成為移動通信領(lǐng)域的研究熱點。而目前應(yīng)用較為廣泛的無線局域網(wǎng)絡(luò)基本為單跳網(wǎng)絡(luò),終端通過無線接入點接入有線網(wǎng)絡(luò),信號傳輸距離有限,覆蓋范圍小,架設(shè)在有線網(wǎng)絡(luò)邊緣,部署成本高,其并不適合直接應(yīng)用于民用移動通信領(lǐng)域。

無線MESH網(wǎng)絡(luò)技術(shù),作為一種在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的、適用于民用通信領(lǐng)域的無線多跳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)便應(yīng)運而生了。作為無線多跳網(wǎng)絡(luò)的典型構(gòu)架,未來促進無線通信領(lǐng)域各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境融為一體的關(guān)鍵技術(shù)之一,MESH架構(gòu)將成為新一代無線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)絡(luò)主要架構(gòu)模式。無線MESH網(wǎng)絡(luò)(Wireless MESH Networks.WMN)最主要的特征是網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的分布特征為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),具備節(jié)點自動發(fā)現(xiàn)、拓?fù)渥灾骶S護的能力,各節(jié)點間通過多跳路由的傳輸轉(zhuǎn)發(fā)來實現(xiàn)相互間的通信聯(lián)系以及接入到骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)施中,最大的優(yōu)勢就是可以將常見的WLAN這樣點狀小范圍無線網(wǎng)絡(luò)擴展成能夠覆蓋像學(xué)校、辦公樓宇、機場這樣大范圍無線“熱區(qū)”。作為一種發(fā)展時間不長的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),其在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的回程骨干網(wǎng)及無線Internet最后一公里接入等應(yīng)用中有著明顯的優(yōu)勢,其多跳、高帶寬高容量、靈活性好、健壯性強的特點使其可以作為現(xiàn)有無線通信技術(shù)的一種補充。不僅如此,無線MESH網(wǎng)絡(luò)還具備傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)所不具備的動態(tài)擴展,自組網(wǎng)、自管理、自愈合等能力,可以高效快捷的構(gòu)建較大規(guī)模的無線接入網(wǎng)絡(luò)，無線mesh網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

目前，無線mesh網(wǎng)絡(luò)的接入資源研究主要有信道干擾最小化多接口(multi-radio)多信道(multi-channel)無線MESH網(wǎng)絡(luò),其必須要解決的是,當(dāng)一個節(jié)點的相鄰區(qū)域內(nèi)的多條鏈路在相同時間段內(nèi)同時進行通信時,不可避免的會產(chǎn)生干擾,從而對網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生不利影響。對于硬件,目前所釆用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中各節(jié)點均配備了多個能夠獨立工作彼此間不產(chǎn)生不良影響的接口,并且為各個接口配備了單獨使用的物理層以及媒介訪問控制層,即MAC。以此為基礎(chǔ),可以采用讓各接口使用不同信道以避免傳輸沖突的方法,從而實現(xiàn)在同一沖突域內(nèi)的各節(jié)點能夠在相同時間段內(nèi)進行通信傳輸,最終實現(xiàn)干擾最小化和吞吐量提升的目的。

對于軟件,為解決不同鏈路間在同時間段內(nèi)傳輸時產(chǎn)生的信道間干擾問題,WMN釆用增加信道資源的方法,即為網(wǎng)絡(luò)提供多對正交信道資源,這樣就可以保證在硬件基礎(chǔ)上釆取的方法能夠得以實現(xiàn)。這種在硬件條件上采用的軟件解決辦法對網(wǎng)絡(luò)吞吐量的提升有極大益處。但實際上,信道資源終究是有限的,也就是說正交信道不是無限的,因此信道干擾依然是提升網(wǎng)絡(luò)性能所要面對和解決的關(guān)鍵問題。

(2)節(jié)點負(fù)載均衡

網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的負(fù)載情況是不同的。過高的負(fù)載會導(dǎo)致該節(jié)點的工作效率下降,而過低的負(fù)載會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源利用率下降。因此如何合理的調(diào)整節(jié)點負(fù)載、有效的提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率是本算法設(shè)計的一個重要問題。

(3)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)動態(tài)掌握

無線MESH網(wǎng)絡(luò)屬于自組織無線網(wǎng)絡(luò),如何掌握網(wǎng)絡(luò)最新的節(jié)點情況、信道分配情況、網(wǎng)絡(luò)吞吐量、干擾情況等,對于網(wǎng)絡(luò)重新進行信道分配、均衡負(fù)載、提高資源利用率有著極其重要的影響。因此如何動態(tài)的掌握網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前狀態(tài)也是本算法研究的一個重要內(nèi)容。

因此，為實現(xiàn)無線mesh網(wǎng)絡(luò)高效的傳輸能力，有必要建立接入資源優(yōu)化機制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：通過建立接入端模糊負(fù)載均衡規(guī)則和進行接入端資源工程優(yōu)化規(guī)劃，實現(xiàn)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的接入資源優(yōu)化管理。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟，如圖2所示：

A、建立接入端模糊負(fù)載均衡規(guī)則；

B、進行接入端資源工程優(yōu)化規(guī)劃，其包括接入資源工程規(guī)劃、建立接入端緩存資源優(yōu)化模型以及相應(yīng)的工程化等效求解。

所述步驟A中，接入端模糊負(fù)載均衡規(guī)則為：a.進行接入端初始化設(shè)置，并分別轉(zhuǎn)至子步驟b和c；b.進行客戶端掃描，建立客戶端連接列表和進行客戶端選擇，并轉(zhuǎn)至子步驟d；c.進行AP點掃描，并選擇較低負(fù)載的AP點，并轉(zhuǎn)至子步驟i；d.判斷客戶端所請求傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)流是否為實時業(yè)務(wù)流，若是實時業(yè)務(wù)流則轉(zhuǎn)至子步驟e，反之則轉(zhuǎn)至子步驟f；e.進行實時業(yè)務(wù)流控制，并轉(zhuǎn)至子步驟g；f.進行非實時業(yè)務(wù)流控制，并轉(zhuǎn)至子步驟h；g.；判斷％AP是否大于非實時業(yè)務(wù)流門限，若大于非實時業(yè)務(wù)流門限，則轉(zhuǎn)至子步驟i，反之則轉(zhuǎn)至子步驟b；h.；判斷％AP是否大于實時業(yè)務(wù)流門限，若大于實時業(yè)務(wù)流門限，則轉(zhuǎn)至子步驟i，反之則轉(zhuǎn)至子步驟b；i.獲得AP點的狀態(tài)變化信息；j.結(jié)束計算,如圖3所示。

所述步驟A中，模糊控制具體步驟為：a.AP點將負(fù)載信息發(fā)送至模糊控制單元；b.模糊控制單元接收客戶端發(fā)送的信號質(zhì)量信息、截至?xí)r間丟失數(shù)目/丟包數(shù)目信息，并輸出％AP_change；c.模糊控制單元進行接入資源優(yōu)化，并選擇合適的接入用戶；d.接入用戶向AP點發(fā)送切換幀請求；e.AP點向該準(zhǔn)備接入的用戶發(fā)送ACK確認(rèn)幀，其中對于實時業(yè)務(wù)的門限值接入端容量的30％，對于非實時業(yè)務(wù)的門限值接入端容量的70％，如圖4和圖5所示。

所述步驟A中，接入端模糊負(fù)載均衡規(guī)則為：a.進行接入端初始化設(shè)置，并分別轉(zhuǎn)至子步驟b和c；b.進行客戶端掃描，建立客戶端連接列表和進行客戶端選擇，并轉(zhuǎn)至子步驟d；c.進行AP點掃描，并選擇較低負(fù)載的AP點，并轉(zhuǎn)至子步驟i；d.判斷客戶端所請求傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)流是否為實時業(yè)務(wù)流，若是實時業(yè)務(wù)流則轉(zhuǎn)至子步驟e，反之則轉(zhuǎn)至子步驟f；e.進行實時業(yè)務(wù)流控制，并轉(zhuǎn)至子步驟g；f.進行非實時業(yè)務(wù)流控制，并轉(zhuǎn)至子步驟h；g.；判斷％AP是否大于非實時業(yè)務(wù)流門限，若大于非實時業(yè)務(wù)流門限，則轉(zhuǎn)至子步驟i，反之則轉(zhuǎn)至子步驟b；h.；判斷％AP是否大于實時業(yè)務(wù)流門限，若大于實時業(yè)務(wù)流門限，則轉(zhuǎn)至子步驟i，反之則轉(zhuǎn)至子步驟b；i.獲得AP點的狀態(tài)變化信息；j.結(jié)束計算，如圖6所示。

所述步驟B中，具體為：服務(wù)端掃描單元用于獲取與某一特定接入端相連的所有用戶端信息列表，該列表用于客戶端選擇和客戶端性能測量，來自被選擇的客戶端的信息用于支撐模糊邏輯控制器，當(dāng)某一客戶端發(fā)送軟實時業(yè)務(wù)流信息時，模糊邏輯控制器的輸入變量為截止時間丟失數(shù)目。若被選擇的節(jié)點發(fā)送非實時業(yè)務(wù)流，則輸入變量為丟包數(shù)目，若％AP_change大于門限值，則客戶端通過APs_Scan轉(zhuǎn)移至某一較少負(fù)載接入點，其中NRT模糊邏輯控制器的輸入為信號質(zhì)量和丟包數(shù)目，模糊邏輯控制器的輸出為％AP_change；RT模糊邏輯控制器的輸入為信號質(zhì)量和截止時間丟失數(shù)目，模糊邏輯控制器的輸出為％AP_change，％AP_change為接入點變化比；模糊規(guī)則庫共有9個規(guī)則，分別為：規(guī)則1.當(dāng)截止時間丟失或丟包數(shù)低時且信號質(zhì)量低時，CH值為中級；規(guī)則2.當(dāng)截止時間丟失或丟包數(shù)低時且信號質(zhì)量為中等時，CH值為高級；規(guī)則3.當(dāng)截止時間丟失或丟包數(shù)低時且信號質(zhì)量高時，CH值為低級；規(guī)則4.當(dāng)截止時間丟失或丟包數(shù)為中等時且信號質(zhì)量低時，CH值為低級；規(guī)則5.當(dāng)截止時間丟失或丟包數(shù)為中級時且信號質(zhì)量為中級時，CH值為中等；規(guī)則6.當(dāng)截止時間丟失或丟包數(shù)為中級時且信號質(zhì)量為高級時，CH值為高級；規(guī)則7.當(dāng)截止時間丟失或丟包數(shù)為高級時且信號質(zhì)量為低級時，CH值為高級；規(guī)則8.當(dāng)截止時間丟失或丟包數(shù)為高級時且信號質(zhì)量為中級時，CH值為低級；規(guī)則9.當(dāng)截止時間丟失或丟包數(shù)為高級時且信號質(zhì)量為高級時，CH值為中級；信號質(zhì)量的取值范圍為[-100dB,0dB]，截止時間丟失的取值范圍為[0,200]，丟包數(shù)的取值范圍為[0,200]，CH的取值范圍為[0,100％]。

所述步驟B中，接入端緩存資源優(yōu)化模型為：

其中p_1,+為狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率，b_i為競爭節(jié)點i的緩存使用量，π_k為節(jié)點中隊列長度為k的穩(wěn)態(tài)概率，為競爭節(jié)點集合，其表示網(wǎng)絡(luò)中的某一節(jié)點與其余M-1個節(jié)點處于接入資源競爭狀態(tài)，N為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點集合，0≤k≤b_i，π₀,分別表示緩存處于空閑狀態(tài)和滿載狀態(tài)的概率，n_i為節(jié)點i的丟包代價，i為競爭節(jié)點標(biāo)識，如圖7所示。

所述步驟B中，進行工程化等效求解：

附圖說明

圖1無線mesh網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2無線mesh網(wǎng)絡(luò)的接入資源優(yōu)化流程示意圖

圖3接入資源優(yōu)化流程示意圖

圖4面向?qū)崟r業(yè)務(wù)流的模糊控制單元

圖5面向非實時業(yè)務(wù)流的模糊控制單元

圖6負(fù)載均衡流程示意圖

圖7接入端隊列狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖

具體實施方式

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

第一步，建立接入端模糊負(fù)載均衡規(guī)則，具體為：接入端模糊負(fù)載均衡規(guī)則為：a.進行接入端初始化設(shè)置，并分別轉(zhuǎn)至子步驟b和c；b.進行客戶端掃描，建立客戶端連接列表和進行客戶端選擇，并轉(zhuǎn)至子步驟d；c.進行AP點掃描，并選擇較低負(fù)載的AP點，并轉(zhuǎn)至子步驟i；d.判斷客戶端所請求傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)流是否為實時業(yè)務(wù)流，若是實時業(yè)務(wù)流則轉(zhuǎn)至子步驟e，反之則轉(zhuǎn)至子步驟f；e.進行實時業(yè)務(wù)流控制，并轉(zhuǎn)至子步驟g；f.進行非實時業(yè)務(wù)流控制，并轉(zhuǎn)至子步驟h；g.；判斷％AP是否大于非實時業(yè)務(wù)流門限，若大于非實時業(yè)務(wù)流門限，則轉(zhuǎn)至子步驟i，反之則轉(zhuǎn)至子步驟b；h.；判斷％AP是否大于實時業(yè)務(wù)流門限，若大于實時業(yè)務(wù)流門限，則轉(zhuǎn)至子步驟i，反之則轉(zhuǎn)至子步驟b；i.獲得AP點的狀態(tài)變化信息；j.結(jié)束計算。

第二步，模糊控制具體步驟為：a.AP點將負(fù)載信息發(fā)送至模糊控制單元；b.模糊控制單元接收客戶端發(fā)送的信號質(zhì)量信息、截止時間內(nèi)的丟包數(shù)/丟包數(shù)目信息，并輸出％AP_change；c.模糊控制單元進行接入資源優(yōu)化，并選擇合適的接入用戶；d.接入用戶向AP點發(fā)送切換幀請求；e.AP點向該準(zhǔn)備接入的用戶發(fā)送ACK確認(rèn)幀，其中對于實時業(yè)務(wù)的門限值接入端容量的30％，對于非實時業(yè)務(wù)的門限值接入端容量的70％。

第三步，接入端模糊負(fù)載均衡規(guī)則為：a.進行接入端初始化設(shè)置，并分別轉(zhuǎn)至子步驟b和c；b.進行客戶端掃描，建立客戶端連接列表和進行客戶端選擇，并轉(zhuǎn)至子步驟d；c.進行AP點掃描，并選擇較低負(fù)載的AP點，并轉(zhuǎn)至子步驟i；d.判斷客戶端所請求傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)流是否為實時業(yè)務(wù)流，若是實時業(yè)務(wù)流則轉(zhuǎn)至子步驟e，反之則轉(zhuǎn)至子步驟f；e.進行實時業(yè)務(wù)流控制，并轉(zhuǎn)至子步驟g；f.進行非實時業(yè)務(wù)流控制，并轉(zhuǎn)至子步驟h；g.；判斷％AP是否大于非實時業(yè)務(wù)流門限，若大于非實時業(yè)務(wù)流門限，則轉(zhuǎn)至子步驟i，反之則轉(zhuǎn)至子步驟b；h.；判斷％AP是否大于實時業(yè)務(wù)流門限，若大于實時業(yè)務(wù)流門限，則轉(zhuǎn)至子步驟i，反之則轉(zhuǎn)至子步驟b；i.獲得AP點的狀態(tài)變化信息；j.結(jié)束計算。

第四步，進行接入端資源工程優(yōu)化規(guī)劃，其包括接入資源工程規(guī)劃、建立接入端緩存資源優(yōu)化模型以及相應(yīng)的工程化等效求解，具體為：服務(wù)端掃描單元用于獲取與某一特定接入端相連的所有用戶端信息列表，該列表用于客戶端選擇和客戶端性能測量，來自被選擇的客戶端的信息用于支撐模糊邏輯控制器，當(dāng)某一客戶端發(fā)送軟實時業(yè)務(wù)流信息時，模糊邏輯控制器的輸入變量為截止時間丟失數(shù)目。若被選擇的節(jié)點發(fā)送非實時業(yè)務(wù)流，則輸入變量為丟包數(shù)目，若％AP_change大于門限值，則客戶端通過APs_Scan轉(zhuǎn)移至某一較少負(fù)載接入點，其中NRT模糊邏輯控制器的輸入為信號質(zhì)量和丟包數(shù)目，模糊邏輯控制器的輸出為％AP_change；RT模糊邏輯控制器的輸入為信號質(zhì)量和截止時間丟失數(shù)目，模糊邏輯控制器的輸出為％AP_change，％AP_change為接入點變化比；模糊規(guī)則庫共有9個規(guī)則，分別為：規(guī)則1.當(dāng)截止時間內(nèi)的丟包數(shù)或丟包數(shù)低時且信號質(zhì)量低時，CH值為中級；規(guī)則2.當(dāng)截止時間內(nèi)的丟包數(shù)或丟包數(shù)低時且信號質(zhì)量為中等時，CH值為高級；規(guī)則3.當(dāng)截止時間內(nèi)的丟包數(shù)或丟包數(shù)低時且信號質(zhì)量高時，CH值為低級；規(guī)則4.當(dāng)截止時間內(nèi)的丟包數(shù)或丟包數(shù)為中等時且信號質(zhì)量低時，CH值為低級；規(guī)則5.當(dāng)截止時間內(nèi)的丟包數(shù)或丟包數(shù)為中級時且信號質(zhì)量為中級時，CH值為中等；規(guī)則6.當(dāng)截止時間內(nèi)的丟包數(shù)或丟包數(shù)為中級時且信號質(zhì)量為高級時，CH值為高級；規(guī)則7.當(dāng)截止時間內(nèi)的丟包數(shù)或丟包數(shù)為高級時且信號質(zhì)量為低級時，CH值為高級；規(guī)則8.當(dāng)截止時間內(nèi)的丟包數(shù)或丟包數(shù)為高級時且信號質(zhì)量為中級時，CH值為低級；規(guī)則9.當(dāng)截止時間內(nèi)的丟包數(shù)或丟包數(shù)為高級時且信號質(zhì)量為高級時，CH值為中級；信號質(zhì)量的取值范圍為[-100dB,0dB]，截止時間內(nèi)的丟包數(shù)的取值范圍為[0,200]，丟包數(shù)的取值范圍為[0,200]，CH的取值范圍為[0,100％]，截止時間內(nèi)的丟包數(shù)為實時業(yè)務(wù)流傳輸中的丟包數(shù)，丟包數(shù)為非實時業(yè)務(wù)流傳輸中的丟包數(shù)。

第五步，接入端緩存資源優(yōu)化模型為：

其中p_1,+為狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率，b_i為競爭節(jié)點i的緩存使用量，π_k為節(jié)點中隊列長度為k的穩(wěn)態(tài)概率，為競爭節(jié)點集合，其表示網(wǎng)絡(luò)中的某一節(jié)點與其余M-1個節(jié)點處于接入資源競爭狀態(tài)，N為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點集合，0≤k≤b_i，π₀,π_bi分別表示緩存處于空閑狀態(tài)和滿載狀態(tài)的概率，n_i為節(jié)點i的丟包代價，i為競爭節(jié)點標(biāo)識。

第六步，進行工程化等效求解：

本發(fā)明提出了一種無線mesh網(wǎng)絡(luò)的接入資源優(yōu)化方法，通過建立接入端模糊負(fù)載均衡規(guī)則和進行接入端資源工程優(yōu)化規(guī)劃，實現(xiàn)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的接入資源優(yōu)化管理。