无线网络技术课程论文-在NN的网络拓扑下双信道的分配问题及编程实现分配算法.doc

无线网络技术课程论文在N*N的网络拓扑下双信道的分配问题及编程实现分配算法 空白小龙现有的WMN基本上都是采用单信道MAC协议。这种技术限制了整个网络的数据传输速率与网络容量，因为根据无线信道特点，当一个节点向另一个节点传输数据的时候，为了避免冲突，两个节点的所有领节点都不能够进行数据传送(如下图)，这就极大地限定了整个网络的容量。 信道1 信道1DCBA单信道MAC协议下节点的数据传输 尽管现有的802.11a/b/g与802.16协议在物理层技术上有了很大的进步，如采取了一些有效的功率控制等方法，但仍然不能从根本上满足今天人们对网络带宽日益增大的需求。802.11a/g标准标称的带宽为54Mb/s，但这只是在峰值速率，而在真正应用过程中，由于用户接入时会发生多用户冲突、丢包错误等，因此真正的可达带宽几乎只有标称值的一半。另外，随着接收双方通信距离的增大，数据传输速率会显著下降。 幸运的是，802.11b/g标准和802.11a标准分别提供3个和12个没有交迭的信道(频点)，使相邻的节点可以同时使用不同的信道。如果网络中的节点能够同时使用多个信道(如下图)，就可以提高网络吞吐量。信道1 信道2DCBA多信道MAC协议下节点的数据传输实际上，早在移动Ad Hoc网络的设计中，人们就用了多信道的设计思想来提高网络的传输速率与网络容量。WMN是Ad Hoc网络的一种特例，因此，人们仍然可以采用多信道MAC机制，来设计WMN的多信道MAC协议。多信道MAC协议概括起来，主要有以下几种：按控制信道分，有专用控制信道的多信道MAC协议和无专用控制信道的多信道MAC协议。前者采用专用的射频(一直在控制信道上)来传递控制信息，这样，能够更有效地传递控制信息，但信道的利用率不高。而后者不能有效地传递控制信息。按节点射频分，有多射频多信道MAC协议和单射频多信道MAC。前者每个节点有多个射频，这样节点可以同时在多个信道上传输数据，可以再多个信道上实现“边说边听”的功能，更有效地控制节点的传输。基于这个问题，我通过编程实现了在N*N的网络拓扑下双信道的分配算法，并用图形化的形式很好的展示了在N*N的网络拓扑下双信道(信道1、信道2)的分配情况，通过构建了三个数据结构(图Graph、边ArcCell、点VertexType)，编写的信道分配算法我把它命名为Blank算法BlankAlgorithm。下面是实现了的在N*N的网络拓扑下双信道的分配算法的运行界面截图，之后再详细的分析此算法的实现过程以及具体解释它的运算机理。3*3的网络拓扑下双信道(信道1、信道2)的分配情况4*4的网络拓扑下双信道(信道1、信道2)的分配情况5*5的网络拓扑下双信道(信道1、信道2)的分配情况6*6的网络拓扑下双信道(信道1、信道2)的分配情况下面通过结合Blank算法中的数据结构和具体的代码对3*3的网络拓扑下双信道(信道1、信道2)的分配情况这个特例来分析并且详细解释Blank算法的思考过程及原理。下面是所有文件的截图：Blank算法数据结构的核心是图、边、点。图点边Graph.java/图public class Graphint row;/行数int line;/列数int vexnum,arcnum;/节点的数目和边的数目VertexType vex;/图中节点的数据结构类VertexTypeArcCell arcs;/图中边的数据结构类ArcCell/构造方法public Graph()/在构造方法中对各个数据结构的属性赋值public Graph(int row,int line)this.row=row;this.line=line;/点数=行数*列数vexnum=row*line;/边数的求法arcnum=row*(line-1)+line*(row-1);/实例所有的点vex=new VertexTyperow*line;/实例所有的边arcs=new ArcCellrow*linerow*line;ArcCell.java/边public class ArcCellint ChannelNumber;/边上的信道信息VertexType.java/点public class VertexTypeint Number; /点上的节点信息BlankAlgorithm.java/Blank算法public class BlankAlgorithm /构造方法public BlankAlgorithm()/Blank算法，方法的参数为一个图类Graph Gpublic static Graph BlankAlg(Graph G)int i,j,cou;int k=0;/给图G的每一个点初始化for(i=0;iG.vexnum;i+)G.vexi=new VertexType();/给图G的每一条边初始化for(i=0;iG.vexnum;i+)for(j=0;jG.vexnum;j+)G.arcsij=new ArcCell();/给图G的每一个点上的节点信息赋值为ifor(i=0;iG.vexnum;i+)G.vexi.Number=i;/* * 给图G的每一条边上的信道信息初始化为10000，这里的边是双向的边，一共有vexnum*vexnum条 * 在Blank算法中信道信息可以赋值的有以下几种： * 10000(表示不可通信)、10001(表示此边受到信道1的干扰)、10002(表示此边受到信道2的干扰) * 0(表示可以通信)、1(表示使用信道1)、2(表示使用信道2) */for(i=0;iG.vexnum;+i)for(j=0;jG.vexnum;+j) G.arcsij.ChannelNumber=10000;/在行方向对其中可以使用信道的边上的信道信息赋值为0for(i=0;iG.row;+i)for(j=0,k=0;jG.line&(k+1)G.line;+j,+k)G.arcsk+i*G.rowk+1+i*G.line.ChannelNumber=0;k=0;/在列方向对其中可以使用信道的边上的信道信息赋值为0for(j=0;(j+1)G.line;+j)for(i=0,k=0;iG.row;+i,+k)G.arcsk+j*G.linek+(j+1)*G.row.ChannelNumber=0;/Blank算法的核心部分，循环查找并给边的信道信息赋值for(i=0;iG.vexnum;+i)for(j=0;jG.vexnum;+j) /只有信道信息初始化为0的边才需检测其信道信息if(G.arcsij.ChannelNumber=0)/检测是否已经获得信道，或者是否受到其他边上信道的干扰for(cou=0;couG.vexnum;+cou)/如果此边信道信息初始化为0，并且受到其他边上信道1的干扰，那么就要分配信道2给它if(G.arcsicou.ChannelNumber=10001)G.arcsij.ChannelNumber=2;/分配信道2/分配信道2后给与此边相邻的所有边的信道信息赋值为10002，即使其他边受到信道2的干扰for(int m=0;mG.vexnum;m+)/如果与此边相邻的边原来的信道信息为0才能重新赋值为10002/与i端相邻的边if(G.arcsim.ChannelNumber=0)G.arcsim.ChannelNumber=10002;G.arcsmi.ChannelNumber=10002;/与j端相邻的边if(G.arcsjm.ChannelNumber=0)G.arcsjm.ChannelNumber=10002;G.arcsmj.ChannelNumber=10002;break;/如果此边信道信息初始化为0并且受到其他边上信道2的干扰或者一直都没有使用到信道，那么就要分配信道1给它if(G.arcsicou.ChannelNumber=10002|G.arcsicou.ChannelNumber=0) G.arcsij.ChannelNumber=1;/分配信道1/分配信道1后给与此边相邻的所有边的信道信息赋值为10001，即使其他边受到信道1的干扰for(int m=0;mG.vexnum;m+)/如果与此边相邻的边原来的信道信息为0才能重新赋值为10001/与i端相邻的边if(G.arcsim.ChannelNumber=0)G.arcsim.ChannelNumber=10001;G.arcsmi.ChannelNumber=10001;/与j端相邻的边if(G.arcsjm.ChannelNumber=0)G.arcsjm.ChannelNumber=10001;G.arcsmj.ChannelNumber=10001;break;break;return G;/返回已经带了分配好信道信息的图GBlankGraphicalInterface.java由于此文件是实现图形化界面使用到的文件，在此就不给出全部代码，只给出其中与图、边、点所用来画图的代码：/画图的方法，分别调用了画圆、画线、画节点信息、画边的信道信息public void paint(Graphics g)/画圆的方法drawCircles(g);/画线的方法drawLines(g);/初始化图G，把从输入框输入的N*N的数据赋到构造方法中G=new Graph(row,line);/通过Blank算法得到一个新的图G，此时G中包括了已经计算出的信道分配信息G=BlankAlgorithm.BlankAlg(G);/画节点信息的方法drawStrings(g,G);/画边的信道信息的方法drawChannelNumbers(g,G);/画圆的方法private void drawCircles(Graphics g)for(int i=0;irow;i+)for(int j=0;jline;j+)g.drawOval(30+i*140, 90+j*140, 60, 60);/画线的方法private void drawLines(Graphics g)/从行方向画线for(int i=0;irow;i+)for(int j=0;jline-1;j+)g.drawLine(90+j*140, 120+i*140, 170+j*140, 120+i*140);/从列方向画线for(int i=0;irow;i+)for(int j=0;jline-1;j+)g.drawLine(60+i*140, 150+j*140, 60+i*140, 230+j*140);/画节点信息的方法private void drawStrings(Graphics g,Graph G)for(int i=0;irow;i+)for(int j=0;jline;j+)g.drawString(节点+(G.vexi+j*row.Number+1), 47+i*140, 122+j*140);/画边的信道信息的方法private void drawChannelNumbers(Graphics g,Graph G)/如果边上的信道信息是1或者2才显示出来，如果是10000或者10001或者10002就不显示了/从行方向for(int i=0;irow;i+)for(int j=0;jline-1;j+) if(G.arcsrow*i+jrow*i+j+1.ChannelNumber=1|G.arcsrow*i+jrow*i+j+1.ChannelNumber=2)g.drawString(+G.arcsrow*i+jrow*i+j+1.ChannelNumber, 123+j*140, 113+i*140);/从列方向for(int i=0;irow;i+)for(int j=0;jline-1;j+)if(G.arcsi+j*rowi+j*row+row.ChannelNumber=1|G.arcsi+j*rowi+j*row+row.ChannelNumber=2)g.drawString(+G.arcsi+j*rowi+j*row+row.ChannelNumber, 48+i*140, 190+j*140);3*3的网络拓扑下双信道(信道