基于最小—最大相互干擾的分布式加權信道分配算法

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。