本發(fā)明涉及通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是涉及功率控制，以及優(yōu)化理論。

背景技術(shù)：

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)作為一種基于TCP/IP的無線寬帶接入技術(shù)，它融合了WLAN和Ad Hoc兩者的優(yōu)勢(shì)，支持多對(duì)多的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，具有自管理、自組織、多跳路由、自修復(fù)、移動(dòng)寬帶、無線定位等特點(diǎn)，是一種高速率、大容量、廣覆蓋的分布式網(wǎng)絡(luò)。從某種意義上來說，WMN更注重的是一種無中心的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建機(jī)制，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

近年來,無線mesh網(wǎng)絡(luò)中的功率控制和傳輸調(diào)度一直是學(xué)術(shù)界討論的熱點(diǎn)問題。在無線mesh網(wǎng)絡(luò)中,網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)經(jīng)常需要廣播一個(gè)數(shù)據(jù)包到主干網(wǎng)中的所有mesh路由器,而降低整體廣播時(shí)延則可以很好地提升業(yè)務(wù)質(zhì)量。基于功率控制的最小時(shí)延廣播實(shí)際上是給每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配合適的發(fā)送功率,并且計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)包的起始時(shí)間使得網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包到所有mesh路由器的總時(shí)間最短。之所以考慮功率控制是因?yàn)槠洚a(chǎn)生的干擾問題如果我們給節(jié)點(diǎn)分配較高的發(fā)送功率,則節(jié)點(diǎn)可以以較高的速率進(jìn)行廣播,其孩子節(jié)點(diǎn)可以在較短的時(shí)間內(nèi)收到包并且轉(zhuǎn)發(fā)給下一層孩子節(jié)點(diǎn),但與此同時(shí),此節(jié)點(diǎn)的干擾范圍也會(huì)增大,總的廣播時(shí)延會(huì)增加。反過來,如果我們降低節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率,節(jié)點(diǎn)的干擾范圍也隨之減小,系統(tǒng)的并行度增加,但這是以犧牲節(jié)點(diǎn)的傳輸時(shí)間為代價(jià)的功率控制和傳輸調(diào)度相結(jié)合來提高網(wǎng)絡(luò)性能一直是學(xué)者研究的焦點(diǎn)問題。部分學(xué)者基于TDMA模式提出兩步式的算法來最大化網(wǎng)絡(luò)吞吐量且最小化所有節(jié)點(diǎn)的總能耗,第一步,先找出網(wǎng)絡(luò)中最多可以并行傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)的數(shù)目,第二步,給這些節(jié)點(diǎn)分配發(fā)送功率滿足每個(gè)接收端的SINR的要求。部分學(xué)者在上述文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上提出了一個(gè)分步式的算法來分配發(fā)送功率,降低網(wǎng)絡(luò)中的干擾，并將聯(lián)合功率控制和傳輸調(diào)度問題描述成一個(gè)混合整數(shù)規(guī)劃問題(Mixed Integer Linear Programming,MILP),此問題是一個(gè)NP難問題,所以需使用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)工具來求最優(yōu)解。

因此，有必要設(shè)計(jì)一種滿足無線mesh網(wǎng)絡(luò)傳輸需求的功率優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能量資源的優(yōu)化利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：通過建立滿足最低服務(wù)質(zhì)量的SINR約束模型和網(wǎng)絡(luò)功率優(yōu)化模型，以及MAC監(jiān)視策略，實(shí)現(xiàn)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的能量資源優(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、建立滿足最低服務(wù)質(zhì)量的SINR模型；

B、建立網(wǎng)絡(luò)功率優(yōu)化模型和MAC監(jiān)視策略。

所述步驟A中，具體為：

所述步驟B中，具體為：

min ΔP_ref

將網(wǎng)絡(luò)分為多個(gè)小區(qū)，{1,2,3,...,J}為小區(qū)集合，{1,2,3,...,M_j}為第j個(gè)小區(qū)的用戶集合，{1,2,3,...,R}為可用頻率資源塊集合，G_j,j,m為第j個(gè)小區(qū)基站與第j個(gè)小區(qū)內(nèi)第m個(gè)用戶之間的信道增益，P_j,r為分配給第j個(gè)小區(qū)內(nèi)第r個(gè)頻率塊的傳輸功率，為分配給第j個(gè)小區(qū)內(nèi)第m個(gè)用戶的第r個(gè)頻率塊所產(chǎn)生的干擾功率，i_x,j,m為決策變量，若第x個(gè)小區(qū)的無線信號(hào)對(duì)第j個(gè)小區(qū)內(nèi)第m個(gè)用戶產(chǎn)生干擾則i_x,j,m＝1，反之則i_x,j,m＝0，P_min為接收端靈敏度門限，PT_j為第j個(gè)小區(qū)的可用功率，M_j為第j個(gè)小區(qū)內(nèi)的用戶數(shù)，R為可用頻率塊數(shù)目，u_j,m,r為決策變量，若第r個(gè)頻率塊被分配給第j個(gè)小區(qū)內(nèi)的第m個(gè)用戶則u_j,m,r＝1，反之則u_j,m,r＝0，ΔP_ref為確保優(yōu)化模型存在可行解的松弛變量，SERF為滿足最低服務(wù)質(zhì)量的SINR，N_j,r為第j個(gè)小區(qū)的第r個(gè)頻率塊所產(chǎn)生的噪聲，IPN_j,m,r為分配給第j個(gè)小區(qū)內(nèi)第m個(gè)用戶的第r個(gè)頻率塊所產(chǎn)生的干擾權(quán)重因。

所述步驟B中，MAC監(jiān)視策略具體為：a.進(jìn)行系統(tǒng)初始化設(shè)置；b.監(jiān)視節(jié)點(diǎn)接收其余節(jié)點(diǎn)發(fā)送的PREQ；c.監(jiān)視節(jié)點(diǎn)取出該幀的ψ個(gè)字節(jié)路徑MAC字段與被監(jiān)視節(jié)點(diǎn)MAC地址進(jìn)行異或運(yùn)算，其結(jié)果為Φ；d.判斷Φ是否等于監(jiān)視節(jié)點(diǎn)的MAC地址，若是則轉(zhuǎn)至步驟e，反之則轉(zhuǎn)至步驟h；e.被監(jiān)視節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來至監(jiān)視節(jié)點(diǎn)的PREQ，并轉(zhuǎn)至步驟f；f.監(jiān)視節(jié)點(diǎn)對(duì)該幀進(jìn)行字段檢查，并轉(zhuǎn)至步驟g；g.判斷被監(jiān)視節(jié)點(diǎn)是否存在幀中字段是否存在被修改行為，若是則轉(zhuǎn)至步驟g，反之則結(jié)束；g.監(jiān)視接點(diǎn)解除與被監(jiān)視節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系；h.被監(jiān)視節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來至來自非監(jiān)視節(jié)點(diǎn)的PREQ；i.解除監(jiān)視節(jié)點(diǎn)對(duì)該幀進(jìn)行字段檢查的行為。

附圖說明

圖1無線mesh網(wǎng)絡(luò)示意圖

圖2無線mesh網(wǎng)絡(luò)的功率優(yōu)化流程示意圖

具體實(shí)施方式

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

第一步，建立滿足最低服務(wù)質(zhì)量的SINR約束模型，具體為：

第二步，建立網(wǎng)絡(luò)功率優(yōu)化模型，具體為：

min ΔP_ref

將網(wǎng)絡(luò)分為多個(gè)小區(qū)，{1,2,3,...,J}為小區(qū)集合，{1,2,3,...,M_j}為第j個(gè)小區(qū)的用戶集合，{1,2,3,...,R}為可用頻率資源塊集合，G_j,j,m為第j個(gè)小區(qū)基站與第j個(gè)小區(qū)內(nèi)第m個(gè)用戶之間的信道增益，P_j,r為分配給第j個(gè)小區(qū)內(nèi)第r個(gè)頻率塊的傳輸功率，為分配給第j個(gè)小區(qū)內(nèi)第m個(gè)用戶的第r個(gè)頻率塊所產(chǎn)生的干擾功率，i_x,j,m為決策變量，若第x個(gè)小區(qū)的無線信號(hào)對(duì)第j個(gè)小區(qū)內(nèi)第m個(gè)用戶產(chǎn)生干擾則i_x,j,m＝1，反之則i_x,j,m＝0，P_min為接收端靈敏度門限，PT_j為第j個(gè)小區(qū)的可用功率，M_j為第j個(gè)小區(qū)內(nèi)的用戶數(shù)，R為可用頻率塊數(shù)目，u_j,m,r為決策變量，若第r個(gè)頻率塊被分配給第j個(gè)小區(qū)內(nèi)的第m個(gè)用戶則u_j,m,r＝1，反之則u_j,m,r＝0，ΔP_ref為確保優(yōu)化模型存在可行解的松弛變量，SERF為滿足最低服務(wù)質(zhì)量的SINR，N_j,r為第j個(gè)小區(qū)的第r個(gè)頻率塊所產(chǎn)生的噪聲，IPN_j,m,r為分配給第j個(gè)小區(qū)內(nèi)第m個(gè)用戶的第r個(gè)頻率塊所產(chǎn)生的干擾權(quán)重因子。

第三步，MAC監(jiān)視策略具體為：a.進(jìn)行系統(tǒng)初始化設(shè)置；b.監(jiān)視節(jié)點(diǎn)接收其余節(jié)點(diǎn)發(fā)送的PREQ；c.監(jiān)視節(jié)點(diǎn)取出該幀的ψ個(gè)字節(jié)路徑MAC字段與被監(jiān)視節(jié)點(diǎn)MAC地址進(jìn)行異或運(yùn)算，其結(jié)果為Φ；d.判斷Φ是否等于監(jiān)視節(jié)點(diǎn)的MAC地址，若是則轉(zhuǎn)至步驟e，反之則轉(zhuǎn)至步驟h；e.被監(jiān)視節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來至監(jiān)視節(jié)點(diǎn)的PREQ，并轉(zhuǎn)至步驟f；f.監(jiān)視節(jié)點(diǎn)對(duì)該幀進(jìn)行字段檢查，并轉(zhuǎn)至步驟g；g.判斷被監(jiān)視節(jié)點(diǎn)是否存在幀中字段是否存在被修改行為，若是則轉(zhuǎn)至步驟g，反之則結(jié)束；g.監(jiān)視接點(diǎn)解除與被監(jiān)視節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系；h.被監(jiān)視節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來至來自非監(jiān)視節(jié)點(diǎn)的PREQ；i.解除監(jiān)視節(jié)點(diǎn)對(duì)該幀進(jìn)行字段檢查的行為。

本發(fā)明提出了一種無線mesh網(wǎng)絡(luò)的安全功率優(yōu)化方法，通過建立滿足最低服務(wù)質(zhì)量的SINR約束模型和網(wǎng)絡(luò)功率優(yōu)化模型，以及MAC監(jiān)視策略，實(shí)現(xiàn)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的能量資源優(yōu)化管理。