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在大規模使用的情況下出現的無線資源匱乏等問題。根據無線局域網信道的分配原則，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點且覆蓋區域相重疊的場景中，經過仿真表明其性能優于傳統的LCCS算法。

關鍵詞：無線局域網； 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。無線局域網不同標準為接入點和用戶定義了固定數量的信道。然而，信道實際上代表了網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域為空集時則可通過動態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，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規模擴展。

2.1 數學模型

令k代表WLAN中互不重疊的信道數，選擇某個包含一組接入點的網絡覆蓋區域，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域內的所有用戶經歷的干擾總效應，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。

2.3 性能仿真分析

從仿真結果表明Hminmax算法較LCCS算法更優：隨著顏色數由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化目標，闡述了算法思想和實現流程，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點數變化優于LCCS算法。