基于最小—最大相互干扰的分布式加权信道分配算法

胡幻

摘 要：本文分析了当前无线局域网在大规模使用的情况下出现的无线资源匮乏等问题。根据无线局域网信道的分配原则，设计了一种基于最小最大相互干扰的分布式加权信道分配算法，这种算法适用于多个接入节点且覆盖区域相重叠的场景中，经过仿真表明其性能优于传统的LCCS算法。

关键词：无线局域网； IEEE 802.11 ；信道分配

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.223

1 引言

无线局域网工作在ISM免申请开放频段，由无线电管理委员会或管理机构制定。无线局域网不同标准为接入点和用户定义了固定数量的信道。然而，信道实际上代表了网络设备使用的中心频率，而信号好具有一定的带宽，因而任一信道中信号都会与邻近的几个信道重叠，造成干扰。基本信道的分配原则是：位于相互作用范围内的接入点分配互不重叠的传输信道。为了最大化信道重用，合理的信道分配方法是期望可以分配相同信道给两个接入点，当两个接入点公共覆盖区域为空集时则可通过动态补货用户站点的分配来调整信道重用。

信道分配问题通常被建模为一个图着色问题，即图中每个顶点对应一个接入点，每条边对应潜在的干扰，而各种颜色表示互不重叠信道。信道分配的目的是用最少的信道（颜色）覆盖所有接入点（顶点），并保证相邻的两个接入点（顶点）使用不同的信道（颜色），即最小图着色。

2 基于最小-最大相互干扰的信道分配算法-Hminmax算法

通过构建一个目标函数，提出基于最小-最大互相干扰的分布式加权信道分配算法-Hminmax算法。算法以分布方式由接入点选择信道，且以本地信息为基础，即每个接入点仅从其邻居接入点处获取信息，支持WLAN规模扩展。

2.1 数学模型

令k代表WLAN中互不重叠的信道数，选择某个包含一组接入点的网络覆盖区域，用图G=（V，E）：V={ap1，ap2，......apn}表征由n個接入点构成的集合。

如果边（api，apj）的两个信道之间干扰为0，就意味着边（api，apj）是无冲突边，否则，则称边（api，apj）为冲突边，用干扰因子或I因子I（api，apj）表征每条边上为两个接入点着色之间的干扰，称W（api，apj）×I（api，apj）为I值。该值表征了处在两个接入点重叠区域内的所有用户经历的干扰总效应，也称为冲突边权重。为了评价该信道分配算法的性能，本文定义了三个目标函数。

2.3 性能仿真分析

从仿真结果表明Hminmax算法较LCCS算法更优：随着颜色数由3增加到16，Hminmax算法和LCCS算法的差距逐步扩大。事实上，即使颜色数量增加，LCCS算法也改进不大，因为该算法无法检测到存在的冲突。

3 本章小结

本章基于图着色理论研究了WLAN信道加权分配算法，提出了两种能提高WLAN中频谱利用率的分布式信道分配算法——基于最小-最大相互干扰的分布式加权信道分配算法（Hminmax算法）通过合理设计权重，以最小化重叠区域内最大干扰总效应的同时，最小化所有冲突边的权重之和为优化目标，阐述了算法思想和实现流程，通过构建仿真场景，对比分析了算法的性能，结果表明，本文设计的算法对非重叠信道分配的冲突边权重随节点数变化优于LCCS算法。