本發(fā)明涉及通信網(wǎng)絡領域，特別是涉及功率控制，以及優(yōu)化理論。

背景技術：

無線Mesh網(wǎng)絡作為一種基于TCP/IP的無線寬帶接入技術，它融合了WLAN和Ad Hoc兩者的優(yōu)勢，支持多對多的網(wǎng)絡節(jié)點結構，具有自管理、自組織、多跳路由、自修復、移動寬帶、無線定位等特點，是一種高速率、大容量、廣覆蓋的分布式網(wǎng)絡。從某種意義上來說，WMN更注重的是一種無中心的網(wǎng)絡構建機制，其結構如圖1所示。

近年來,無線mesh網(wǎng)絡中的功率控制和傳輸調(diào)度一直是學術界討論的熱點問題。在無線mesh網(wǎng)絡中,網(wǎng)關節(jié)點經(jīng)常需要廣播一個數(shù)據(jù)包到主干網(wǎng)中的所有mesh路由器,而降低整體廣播時延則可以很好地提升業(yè)務質(zhì)量?；诠β士刂频淖钚r延廣播實際上是給每個節(jié)點分配合適的發(fā)送功率,并且計算出每個節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)包的起始時間使得網(wǎng)關節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包到所有mesh路由器的總時間最短。之所以考慮功率控制是因為其產(chǎn)生的干擾問題如果我們給節(jié)點分配較高的發(fā)送功率,則節(jié)點可以以較高的速率進行廣播,其孩子節(jié)點可以在較短的時間內(nèi)收到包并且轉發(fā)給下一層孩子節(jié)點,但與此同時,此節(jié)點的干擾范圍也會增大,總的廣播時延會增加。反過來,如果我們降低節(jié)點的發(fā)送功率,節(jié)點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)點的傳輸時間為代價的功率控制和傳輸調(diào)度相結合來提高網(wǎng)絡性能一直是學者研究的焦點問題。部分學者基于TDMA模式提出兩步式的算法來最大化網(wǎng)絡吞吐量且最小化所有節(jié)點的總能耗,第一步,先找出網(wǎng)絡中最多可以并行傳輸?shù)墓?jié)點的數(shù)目,第二步,給這些節(jié)點分配發(fā)送功率滿足每個接收端的SINR的要求。部分學者在上述文獻的基礎上提出了一個分步式的算法來分配發(fā)送功率,降低網(wǎng)絡中的干擾，并將聯(lián)合功率控制和傳輸調(diào)度問題描述成一個混合整數(shù)規(guī)劃問題(Mixed Integer Linear Programming,MILP),此問題是一個NP難問題,所以需使用標準的數(shù)學工具來求最優(yōu)解。

因此，有必要設計一種滿足無線mesh網(wǎng)絡傳輸需求的功率優(yōu)化方法，實現(xiàn)網(wǎng)絡能量資源的優(yōu)化利用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是：通過建立滿足最低服務質(zhì)量的SINR約束模型和網(wǎng)絡功率優(yōu)化模型，以及MAC監(jiān)視策略，實現(xiàn)無線mesh網(wǎng)絡的能量資源優(yōu)化管理。

本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案包括以下步驟，如圖2所示：

A、建立滿足最低服務質(zhì)量的SINR模型；

B、建立網(wǎng)絡功率優(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)絡分為多個小區(qū)，{1,2,3,...,J}為小區(qū)集合，{1,2,3,...,M_j}為第j個小區(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個小區(qū)基站與第j個小區(qū)內(nèi)第m個用戶之間的信道增益，P_j,r為分配給第j個小區(qū)內(nèi)第r個頻率塊的傳輸功率，為分配給第j個小區(qū)內(nèi)第m個用戶的第r個頻率塊所產(chǎn)生的干擾功率，i_x,j,m為決策變量，若第x個小區(qū)的無線信號對第j個小區(qū)內(nèi)第m個用戶產(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個小區(qū)的可用功率，M_j為第j個小區(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個頻率塊被分配給第j個小區(qū)內(nèi)的第m個用戶則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為滿足最低服務質(zhì)量的SINR，N_j,r為第j個小區(qū)的第r個頻率塊所產(chǎn)生的噪聲，IPN_j,m,r為分配給第j個小區(qū)內(nèi)第m個用戶的第r個頻率塊所產(chǎn)生的干擾權重因。

所述步驟B中，MAC監(jiān)視策略具體為：a.進行系統(tǒng)初始化設置；b.監(jiān)視節(jié)點接收其余節(jié)點發(fā)送的PREQ；c.監(jiān)視節(jié)點取出該幀的ψ個字節(jié)路徑MAC字段與被監(jiān)視節(jié)點MAC地址進行異或運算，其結果為Φ；d.判斷Φ是否等于監(jiān)視節(jié)點的MAC地址，若是則轉至步驟e，反之則轉至步驟h；e.被監(jiān)視節(jié)點轉發(fā)來至監(jiān)視節(jié)點的PREQ，并轉至步驟f；f.監(jiān)視節(jié)點對該幀進行字段檢查，并轉至步驟g；g.判斷被監(jiān)視節(jié)點是否存在幀中字段是否存在被修改行為，若是則轉至步驟g，反之則結束；g.監(jiān)視接點解除與被監(jiān)視節(jié)點的關聯(lián)關系；h.被監(jiān)視節(jié)點轉發(fā)來至來自非監(jiān)視節(jié)點的PREQ；i.解除監(jiān)視節(jié)點對該幀進行字段檢查的行為。

附圖說明

圖1無線mesh網(wǎng)絡示意圖

圖2無線mesh網(wǎng)絡的功率優(yōu)化流程示意圖

具體實施方式

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

第一步，建立滿足最低服務質(zhì)量的SINR約束模型，具體為：

第二步，建立網(wǎng)絡功率優(yōu)化模型，具體為：

min ΔP_ref

將網(wǎng)絡分為多個小區(qū)，{1,2,3,...,J}為小區(qū)集合，{1,2,3,...,M_j}為第j個小區(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個小區(qū)基站與第j個小區(qū)內(nèi)第m個用戶之間的信道增益，P_j,r為分配給第j個小區(qū)內(nèi)第r個頻率塊的傳輸功率，為分配給第j個小區(qū)內(nèi)第m個用戶的第r個頻率塊所產(chǎn)生的干擾功率，i_x,j,m為決策變量，若第x個小區(qū)的無線信號對第j個小區(qū)內(nèi)第m個用戶產(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個小區(qū)的可用功率，M_j為第j個小區(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個頻率塊被分配給第j個小區(qū)內(nèi)的第m個用戶則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為滿足最低服務質(zhì)量的SINR，N_j,r為第j個小區(qū)的第r個頻率塊所產(chǎn)生的噪聲，IPN_j,m,r為分配給第j個小區(qū)內(nèi)第m個用戶的第r個頻率塊所產(chǎn)生的干擾權重因子。

第三步，MAC監(jiān)視策略具體為：a.進行系統(tǒng)初始化設置；b.監(jiān)視節(jié)點接收其余節(jié)點發(fā)送的PREQ；c.監(jiān)視節(jié)點取出該幀的ψ個字節(jié)路徑MAC字段與被監(jiān)視節(jié)點MAC地址進行異或運算，其結果為Φ；d.判斷Φ是否等于監(jiān)視節(jié)點的MAC地址，若是則轉至步驟e，反之則轉至步驟h；e.被監(jiān)視節(jié)點轉發(fā)來至監(jiān)視節(jié)點的PREQ，并轉至步驟f；f.監(jiān)視節(jié)點對該幀進行字段檢查，并轉至步驟g；g.判斷被監(jiān)視節(jié)點是否存在幀中字段是否存在被修改行為，若是則轉至步驟g，反之則結束；g.監(jiān)視接點解除與被監(jiān)視節(jié)點的關聯(lián)關系；h.被監(jiān)視節(jié)點轉發(fā)來至來自非監(jiān)視節(jié)點的PREQ；i.解除監(jiān)視節(jié)點對該幀進行字段檢查的行為。

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