韓仲華　苑海濤　劉經(jīng)緯

摘 要： 提出了一種基于雙收發(fā)信機(jī)三信道的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端系統(tǒng)，并論述了設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)此類高性價(jià)比的自組織移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。這種設(shè)計(jì)思想既考慮到了收發(fā)信機(jī)數(shù)量與移動(dòng)終端物理受限條件間的平衡問(wèn)題，也考慮到了頻譜資源環(huán)境與頻率復(fù)用效率間的平衡問(wèn)題，因此可以成為高性價(jià)比自組織移動(dòng)互聯(lián)終端的一類典型發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞： 收發(fā)信機(jī)； 三信道； 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)； 信標(biāo)； 鄰居節(jié)點(diǎn)

中圖分類號(hào)： TN911.7?34； TP393.04 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）19?0033?04

Mobile Internet terminal system based on dual?transceiver three?channel

HAN Zhong?hua， YUAN Hai?tao， LIU Jing?wei

（North China Institute of Computing Technology， Beijing 100083， China）

Abstract： A mobile Internet terminal architecture based on dual?transceiver three?channel is proposed. The key technologies to realize the high performance?cost ratio of the self?organized mobile Internet system are discussed. Not only the balance problem between the amount of transceivers and the physical limited conditions of mobile terminal is considered， but also the balance problem between the spectrum resources and the frequency reuse efficiency is studied. Therefore， the main idea mentioned above can be a typical development direction of self?organized mobile internet terminal system with high performance? cost ratio.

Keywords： transceiver； three?channel； mobile Internet； beacon； neighbour node

0 引 言

從歷史發(fā)展的過(guò)程來(lái)看，自組織形態(tài)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)仍處于方興未艾的階段，其節(jié)點(diǎn)設(shè)備目前主要受限于能量、體積、重量、溫度四大基本物理?xiàng)l件，由此帶來(lái)的限制主要體現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力和通信能力。與此同時(shí)，相比于固定基站應(yīng)用模式下的移動(dòng)終端，單從個(gè)體看，兩者計(jì)算能力受限情況類似，但通信能力與便攜能力就存在很大差別了。盡管如此，針對(duì)缺乏固定基站可依托的任務(wù)環(huán)境而言，自組織移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)依然是必選項(xiàng)。面對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能這一持續(xù)性增長(zhǎng)的需求，可通過(guò)增加計(jì)算資源與通信資源獲得能力的提升，但考慮到移動(dòng)任務(wù)與移動(dòng)主體的限制，必須達(dá)到相對(duì)平衡，實(shí)現(xiàn)性能與代價(jià)的比率。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力一般由單一核心芯片決定，從芯片技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看，芯片并非是性能瓶頸。通信能力主要由集成的收發(fā)信機(jī)決定，為了提高移動(dòng)組網(wǎng)能力，必須提高單節(jié)點(diǎn)時(shí)間重用效率。時(shí)間重用效率提升的有效手段就是增加收發(fā)信機(jī)及采用頻分復(fù)用技術(shù)。此外，根據(jù)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)成本的比較，頻分系統(tǒng)比空分系統(tǒng)的復(fù)雜度要高出許多，但頻率復(fù)用性價(jià)比優(yōu)勢(shì)明顯。由于移動(dòng)系統(tǒng)的尺寸與溫度受限等原因，需要建立一套系統(tǒng)解決方案，即如何在非單一且數(shù)量有限的收發(fā)信機(jī)的條件下，最大限度地提升自組織移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的性能。

本文提出了一種基于雙收發(fā)信機(jī)三信道的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端系統(tǒng)，并論述了設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)此類性能/代價(jià)比值較高的自組織移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。這種設(shè)計(jì)思想既考慮到了收發(fā)信機(jī)數(shù)量與移動(dòng)終端物理受限條件間的平衡問(wèn)題，也考慮到了頻譜資源環(huán)境與頻率復(fù)用效率間的平衡問(wèn)題，因此可以成為高性價(jià)比自組織移動(dòng)互聯(lián)終端的一類典型發(fā)展方向。

1 綜合策略分析

1.1 應(yīng)用場(chǎng)景定位

當(dāng)前最常見(jiàn)的自組織移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)大多基于地面應(yīng)用場(chǎng)景。在不規(guī)則、不可預(yù)測(cè)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，首先應(yīng)當(dāng)考慮以哪一種或哪幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為關(guān)鍵組網(wǎng)性能衡量的場(chǎng)景，當(dāng)前最常見(jiàn)模式是鏈狀模式。網(wǎng)狀模式也相對(duì)常見(jiàn)，但網(wǎng)狀模式容易產(chǎn)生一個(gè)虛擬的相對(duì)中心，與純對(duì)等的自組織網(wǎng)模型有所差異，所以應(yīng)用場(chǎng)景定位以鏈狀模式為主，兼顧網(wǎng)狀模式。

1.2 正交性復(fù)用

當(dāng)前的各種復(fù)用模型大多基于正交模式，其中時(shí)分復(fù)用、頻分復(fù)用、空分復(fù)用、碼分復(fù)用大多基于完全正交的信道。正交是基礎(chǔ)，管理正交才是重要的支撐服務(wù)。在每個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景下最大限度地利用正交，也就能夠最大限度地提供組網(wǎng)服務(wù)。這就要求每個(gè)物理通道在各種環(huán)境條件下都可實(shí)現(xiàn)正交，不浪費(fèi)任何可實(shí)現(xiàn)正交的通信單元。

1.3 快速入網(wǎng)問(wèn)題

面對(duì)任務(wù)應(yīng)用，關(guān)鍵在于兩類保障，一是如何盡快地獲得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，二是如何更好地獲得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。在嚴(yán)酷的挑戰(zhàn)環(huán)境中，快速入網(wǎng)是首要問(wèn)題。基于此，必須使系統(tǒng)具備相應(yīng)能力，即在多個(gè)正交信道的基礎(chǔ)上，盡快實(shí)現(xiàn)信道發(fā)現(xiàn)、鄰居發(fā)現(xiàn)以完成相應(yīng)的入網(wǎng)動(dòng)作，并在信道環(huán)境產(chǎn)生振蕩時(shí)，能夠快速適應(yīng)變化。

1.4 基本通信模式

在多點(diǎn)無(wú)線通信中，沖突域是不可回避的問(wèn)題；正交的一大優(yōu)勢(shì)就是提供更多獨(dú)立域，從而避免沖突。在典型的鏈狀模型中，由于節(jié)點(diǎn)的對(duì)等性、移動(dòng)性及鄰居節(jié)點(diǎn)方位的不可預(yù)知性，單個(gè)信道的無(wú)線覆蓋一般都是球型覆蓋，邏輯上看不同節(jié)點(diǎn)的相同信道的覆蓋情況是相同的。結(jié)合頻分復(fù)用分析，在保證相鄰沖突域域內(nèi)不產(chǎn)生頻率沖突的情況下，至少需要3個(gè)物理信道來(lái)支撐鏈狀模型，以完成正交通信模式接力。

1.5 魯棒性與可擴(kuò)展性的平衡

在系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)與協(xié)議設(shè)計(jì)中，魯棒性與可擴(kuò)展性是關(guān)鍵。魯棒性的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是簡(jiǎn)單；可擴(kuò)展性的目標(biāo)是服務(wù)更多的應(yīng)用場(chǎng)景，這就意味著更多的邏輯處理挑戰(zhàn)。所以兩者間存在一定程度的矛盾，考慮到實(shí)用性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中在保障入網(wǎng)與在網(wǎng)的性能基礎(chǔ)上，略側(cè)重于魯棒性與可靠性。

2 現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)

在基于多信道的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端系統(tǒng)的信道選擇算法中[1?10]，有通過(guò)手工配置信道的方式，有對(duì)具有層次關(guān)系的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)進(jìn)行集中式的信道管理，也有對(duì)分布式無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)中動(dòng)態(tài)選擇的臨時(shí)根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行集中式的信道管理，其中：

（1） 手工配置信道在實(shí)際應(yīng)用時(shí)不夠靈活；

（2） 集中式信道管理使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生單點(diǎn)故障，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)易被摧毀而導(dǎo)致整網(wǎng)癱瘓；

（3） 對(duì)動(dòng)態(tài)選擇的臨時(shí)根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行集中式信道管理需要在全網(wǎng)選擇的根節(jié)點(diǎn)，選擇時(shí)間長(zhǎng)，并且在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)后難以解決多個(gè)孤立子網(wǎng)之間的融合問(wèn)題。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 節(jié)點(diǎn)功能描述

網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以是終端，也可以是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。如果作為終端，它們具有7層協(xié)議棧，具有IP地址；如果作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它們則可以通過(guò)多個(gè)信道靈活組網(wǎng)，并為用戶提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，此時(shí)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于一臺(tái)二層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，如圖1所示。

3.2 節(jié)點(diǎn)端口描述

每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有1個(gè)有線端口（eth0端口）和2個(gè)無(wú)線端口（ath0端口與ath1端口），節(jié)點(diǎn)內(nèi)部還具有1個(gè)至上層協(xié)議棧的邏輯端口（local端口），如圖2所示?；陔p收發(fā)信機(jī)三信道的信道選擇算法就是對(duì)ath0端口與ath1端口所使用的信道進(jìn)行選擇。

4 雙收發(fā)信機(jī)三信道算法

4.1 節(jié)點(diǎn)初始化

節(jié)點(diǎn)初始化硬件、加載操作系統(tǒng)鏡像后，從三個(gè)信道（如c1，c2，c3）中為兩個(gè)無(wú)線端口（ath0端口與ath1端口）隨機(jī)選擇兩個(gè)不同的信道（如c1，c2；c1，c3或c2，c3）。

4.2 信標(biāo)發(fā)送

節(jié)點(diǎn)周期性發(fā)送信標(biāo)，這些信標(biāo)包含有信道信息與該信道下鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)信息。

節(jié)點(diǎn)使用IEEE 802.11物理層與IEEE 802.11s組網(wǎng)技術(shù)，并在IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)信標(biāo)格式基礎(chǔ)上添加信道信息與該信道上的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)信息。信標(biāo)需增加的信息見(jiàn)表1。

信道編號(hào)與鄰居數(shù)的范圍介于0～15之間。信標(biāo)格式如圖3所示。

表1 信標(biāo)需增加的信息

[序號(hào)＼&信息＼&長(zhǎng)度＼&1＼&c1的編號(hào)與c1

下的鄰居數(shù)信息＼&1 B，其中信道編號(hào)占低4 b，

鄰居數(shù)占高4 b＼&2＼&c2的編號(hào)與c2下的鄰居數(shù)信息＼&1 B，其中信道編號(hào)占低4 b，

鄰居數(shù)占高4 b＼&]

4.3 信標(biāo)收集

節(jié)點(diǎn)周期性收集周圍鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信標(biāo)。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)設(shè)定一個(gè)隨機(jī)時(shí)間長(zhǎng)度的定時(shí)器來(lái)收集鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信標(biāo)，定時(shí)器超時(shí)時(shí)間介于2～10 s之間。

4.4 雙收發(fā)信機(jī)三信道算法

節(jié)點(diǎn)信標(biāo)收集定時(shí)器超時(shí)后將執(zhí)行雙收發(fā)信機(jī)三信道算法。

現(xiàn)以“[ci]”，“[cj]”表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)信道，“[Nc_節(jié)點(diǎn)]”代表某個(gè)節(jié)點(diǎn)的某個(gè)信道選擇前的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，“[Nc_節(jié)點(diǎn)]”代表某個(gè)節(jié)點(diǎn)的某個(gè)信道選擇后的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

（1） 當(dāng)前節(jié)點(diǎn)在[ci，cj]兩個(gè)信道上的信標(biāo)收集過(guò)程中[Nci_自己+Ncj_自己=1]

若[N非共有信道_對(duì)方節(jié)點(diǎn)=0]并且[N共有信道_對(duì)方節(jié)點(diǎn)>1]時(shí)，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)將自己的共有信道調(diào)整為對(duì)方節(jié)點(diǎn)的非共有信道。

（2） 當(dāng)前節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)信道[ci，cj]上的信標(biāo)收集過(guò)程中[Nci_自己+Ncj_自己>1]

若當(dāng)前節(jié)點(diǎn)周圍至少有一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)具有一個(gè)空閑信道，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)計(jì)算出自己每個(gè)信道上發(fā)現(xiàn)的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的差值和兩者中的較大者diff[（Nci，Ncj），]max[（Nci，Ncj），]并預(yù)測(cè)出將自己已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)較大的信道調(diào)整為周圍鄰居節(jié)點(diǎn)的空閑信道后的統(tǒng)計(jì)結(jié)果diff[（N′ci，N′cj）：]若diff[（N′ci，N′cj）<]diff[（Nci，Ncj），]則當(dāng)前節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道調(diào)整，否則不調(diào)整信道。

該算法相應(yīng)的流程如圖4所示。

5 示例與效果評(píng)價(jià)

5.1 示例

（1） 示例1

由于節(jié)點(diǎn)A與B具有一個(gè)共有信道[c1，]對(duì)雙方而言[Nci_自己+Ncj_自己=1，]因此雙方都執(zhí)行信道調(diào)整算法的a分支。雙方的[N非共有信道_對(duì)方節(jié)點(diǎn)=0]但[N共有信道_對(duì)方節(jié)點(diǎn)=1，]因此都不做信道調(diào)整，如圖5所示。

（2） 示例2

由于節(jié)點(diǎn)A與B具有兩個(gè)共有信道[c1]與[c2，]對(duì)雙方而言，[Nci_自己+Ncj_自己=2，]因此雙方都執(zhí)行信道調(diào)整算法的b分支。雙方都沒(méi)有相對(duì)于對(duì)方的空閑信道，因此雙方都不做信道調(diào)整，如圖6所示。

（3） 示例3

節(jié)點(diǎn)C發(fā)現(xiàn)周圍只有鄰居節(jié)點(diǎn)B，按示例1，C不作信道調(diào)整。節(jié)點(diǎn)A發(fā)現(xiàn)周圍只有鄰居節(jié)點(diǎn)B，由于節(jié)點(diǎn)B沒(méi)有空閑信道，所以A不作信道調(diào)整。節(jié)點(diǎn)B發(fā)現(xiàn)周圍有鄰居節(jié)點(diǎn)A與C并且[Nci_自己+Ncj_自己=3，]因此B執(zhí)行信道調(diào)整策略的b分支。對(duì)于節(jié)點(diǎn)B，diff[（Nci，Ncj）]為1，max[（Nci，Ncj）]為2，而將發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)較多的信道[c1]調(diào)整為[c2]后，diff[（N′ci，N′cj）]為0，因此節(jié)點(diǎn)B將信道[c1]調(diào)整為[c2。]節(jié)點(diǎn)B將信道調(diào)整后，三個(gè)節(jié)點(diǎn)均不再符合信道調(diào)整條件，因此均不再進(jìn)行信道調(diào)整，如圖7所示。

（4） 示例4

在這種鏈狀三跳網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)B、C與D不具備信道調(diào)整條件，而節(jié)點(diǎn)A符合信道調(diào)整條件。圖8中右側(cè)部分給出了節(jié)點(diǎn)A調(diào)整信道后各節(jié)點(diǎn)信道的使用情況。調(diào)整后網(wǎng)絡(luò)的信道使用趨于穩(wěn)定，各節(jié)點(diǎn)均不再進(jìn)行信道調(diào)整，如圖8所示。

5.2 效果評(píng)價(jià)

（1） 該算法能夠保證每一對(duì)可直接通信的節(jié)點(diǎn)在任意時(shí)刻至少具有一個(gè)共有信道，組網(wǎng)能力強(qiáng)。

（2） 該算法可對(duì)鏈狀多跳網(wǎng)絡(luò)以及其他結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道選擇，通過(guò)提高信道使用效率從而增加網(wǎng)絡(luò)帶寬。對(duì)于因節(jié)點(diǎn)移動(dòng)而造成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，該算法明顯優(yōu)于手工配置。

（3） 該算法是分布式算法，因此不存在單點(diǎn)故障，不存在集中式網(wǎng)絡(luò)中的選擇信道分配問(wèn)題以及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)的孤立子網(wǎng)融合問(wèn)題。

（4） 該算法基于鄰居節(jié)點(diǎn)的鄰居信息，全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行信道優(yōu)選算法的時(shí)間短，信道選擇的收斂速度快。

（5） 該算法復(fù)雜度低，易于實(shí)現(xiàn)。

6 結(jié) 語(yǔ)

上述基于雙收發(fā)信機(jī)三信道的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端系統(tǒng)是一種實(shí)用可行的解決方案，適用于能源、開(kāi)采、水利、應(yīng)急處突等多種需要自組織形態(tài)組網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著半導(dǎo)體集成芯片技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，此系統(tǒng)還可在以下幾方面進(jìn)行提升：

（1） 增強(qiáng)信道模式

增強(qiáng)信道包括增加收發(fā)信機(jī)數(shù)量和信道數(shù)兩個(gè)方面。當(dāng)物理受限條件放松時(shí)，通過(guò)增加收發(fā)信機(jī)數(shù)量，可以提升多點(diǎn)平行網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力；通過(guò)增加信道數(shù)量，可以支持連接域維度更高的應(yīng)用。此外，增加一路信令信道，使其能夠?qū)Ｗ⒎?wù)于多節(jié)點(diǎn)間的協(xié)調(diào)入網(wǎng)，從而使入網(wǎng)信道的選擇收斂速度進(jìn)一步提升。

（2） 引入同步機(jī)制

同步機(jī)制引入的主要用途在于能夠進(jìn)一步加快入網(wǎng)收斂時(shí)間，可以采用衛(wèi)星授時(shí)的方式，也可采用自主同步的方式。從動(dòng)態(tài)帶寬分配角度分析，僅在信令通道中利用同步服務(wù)，將獲得較高的協(xié)議性價(jià)比。

（3） 多層空間擴(kuò)展

空間技術(shù)發(fā)展使人類探索太空的能力不斷提高，多層空間自組網(wǎng)在物理空間所面臨的問(wèn)題將大幅增加，需要進(jìn)一步提升信道收發(fā)單元與空間復(fù)用的融合能力。

自組織移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)發(fā)展空間仍很廣闊。短期來(lái)看，由于無(wú)線通信的基礎(chǔ)理論近年來(lái)沒(méi)有飛躍式發(fā)展，底層技術(shù)革新帶來(lái)的邊際效益逐漸遞減，但我們也看到太赫茲、空間光通信、量子通信等技術(shù)正不斷進(jìn)步，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的底層物理技術(shù)在未來(lái)有更多的創(chuàng)新選擇性，繼而使利用正交信道復(fù)用獲得性能提升的創(chuàng)新之路繼續(xù)向前延伸。

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[6] 王慶，李鵬，侯煒，等.無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)基于簇的多信道分配策略[J].電腦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，2014，27（2）：37?39.

[7] 束永安，洪佩琳，覃振漢.無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)中基于干擾模型的多信道分配策略[J].電子學(xué)報(bào)，2008，36（7）：1256?1260.

[8] 章國(guó)安，顧金媛，曹磊.認(rèn)知無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中基于干擾模型的信道分配策略[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2010，27（5）：1914?1918.

[9] 李佳明，唐俊華.多信道無(wú)線通信功率分配的最優(yōu)化決策[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2014（1）：65?67.

[10] 李森，任曉娜.一種網(wǎng)絡(luò)多信道骨干節(jié)點(diǎn)調(diào)度均衡算法[J].科技通報(bào)，2013（10）：196?198.

（4） 示例4

在這種鏈狀三跳網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)B、C與D不具備信道調(diào)整條件，而節(jié)點(diǎn)A符合信道調(diào)整條件。圖8中右側(cè)部分給出了節(jié)點(diǎn)A調(diào)整信道后各節(jié)點(diǎn)信道的使用情況。調(diào)整后網(wǎng)絡(luò)的信道使用趨于穩(wěn)定，各節(jié)點(diǎn)均不再進(jìn)行信道調(diào)整，如圖8所示。

5.2 效果評(píng)價(jià)

（1） 該算法能夠保證每一對(duì)可直接通信的節(jié)點(diǎn)在任意時(shí)刻至少具有一個(gè)共有信道，組網(wǎng)能力強(qiáng)。

（2） 該算法可對(duì)鏈狀多跳網(wǎng)絡(luò)以及其他結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道選擇，通過(guò)提高信道使用效率從而增加網(wǎng)絡(luò)帶寬。對(duì)于因節(jié)點(diǎn)移動(dòng)而造成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，該算法明顯優(yōu)于手工配置。

（3） 該算法是分布式算法，因此不存在單點(diǎn)故障，不存在集中式網(wǎng)絡(luò)中的選擇信道分配問(wèn)題以及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)的孤立子網(wǎng)融合問(wèn)題。

（4） 該算法基于鄰居節(jié)點(diǎn)的鄰居信息，全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行信道優(yōu)選算法的時(shí)間短，信道選擇的收斂速度快。

（5） 該算法復(fù)雜度低，易于實(shí)現(xiàn)。

6 結(jié) 語(yǔ)

上述基于雙收發(fā)信機(jī)三信道的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端系統(tǒng)是一種實(shí)用可行的解決方案，適用于能源、開(kāi)采、水利、應(yīng)急處突等多種需要自組織形態(tài)組網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著半導(dǎo)體集成芯片技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，此系統(tǒng)還可在以下幾方面進(jìn)行提升：

（1） 增強(qiáng)信道模式

增強(qiáng)信道包括增加收發(fā)信機(jī)數(shù)量和信道數(shù)兩個(gè)方面。當(dāng)物理受限條件放松時(shí)，通過(guò)增加收發(fā)信機(jī)數(shù)量，可以提升多點(diǎn)平行網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力；通過(guò)增加信道數(shù)量，可以支持連接域維度更高的應(yīng)用。此外，增加一路信令信道，使其能夠?qū)Ｗ⒎?wù)于多節(jié)點(diǎn)間的協(xié)調(diào)入網(wǎng)，從而使入網(wǎng)信道的選擇收斂速度進(jìn)一步提升。

（2） 引入同步機(jī)制

同步機(jī)制引入的主要用途在于能夠進(jìn)一步加快入網(wǎng)收斂時(shí)間，可以采用衛(wèi)星授時(shí)的方式，也可采用自主同步的方式。從動(dòng)態(tài)帶寬分配角度分析，僅在信令通道中利用同步服務(wù)，將獲得較高的協(xié)議性價(jià)比。

（3） 多層空間擴(kuò)展

空間技術(shù)發(fā)展使人類探索太空的能力不斷提高，多層空間自組網(wǎng)在物理空間所面臨的問(wèn)題將大幅增加，需要進(jìn)一步提升信道收發(fā)單元與空間復(fù)用的融合能力。

自組織移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)發(fā)展空間仍很廣闊。短期來(lái)看，由于無(wú)線通信的基礎(chǔ)理論近年來(lái)沒(méi)有飛躍式發(fā)展，底層技術(shù)革新帶來(lái)的邊際效益逐漸遞減，但我們也看到太赫茲、空間光通信、量子通信等技術(shù)正不斷進(jìn)步，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的底層物理技術(shù)在未來(lái)有更多的創(chuàng)新選擇性，繼而使利用正交信道復(fù)用獲得性能提升的創(chuàng)新之路繼續(xù)向前延伸。

參考文獻(xiàn)

[1] 張民，李德敏，金康.一種多接口多信道VANET動(dòng)態(tài)信道分配算法研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2014，31（5）：1516?1519.

[2] 王昭.一種適用于多信道聯(lián)合組網(wǎng)的時(shí)隙分配新算法[J].電訊技術(shù)，2014，54（4）：506?512.

[3] 楊玲，陳其松，吳茂念.無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中路由與信道聯(lián)合分配研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2014，24（7）：66?68.

[4] 姬文江，馬劍峰.多接口多信道無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中一種基于信號(hào)干擾檢測(cè)的路由度量機(jī)制[J].通信學(xué)報(bào)，2013，34（4）：158?164.

[5] 劉峰，張慶，夏宏飛.無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合信道分配和路由協(xié)議研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2010，20（8）：29?32.

[6] 王慶，李鵬，侯煒，等.無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)基于簇的多信道分配策略[J].電腦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，2014，27（2）：37?39.

[7] 束永安，洪佩琳，覃振漢.無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)中基于干擾模型的多信道分配策略[J].電子學(xué)報(bào)，2008，36（7）：1256?1260.

[8] 章國(guó)安，顧金媛，曹磊.認(rèn)知無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中基于干擾模型的信道分配策略[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2010，27（5）：1914?1918.

[9] 李佳明，唐俊華.多信道無(wú)線通信功率分配的最優(yōu)化決策[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2014（1）：65?67.

[10] 李森，任曉娜.一種網(wǎng)絡(luò)多信道骨干節(jié)點(diǎn)調(diào)度均衡算法[J].科技通報(bào)，2013（10）：196?198.

（4） 示例4

在這種鏈狀三跳網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)B、C與D不具備信道調(diào)整條件，而節(jié)點(diǎn)A符合信道調(diào)整條件。圖8中右側(cè)部分給出了節(jié)點(diǎn)A調(diào)整信道后各節(jié)點(diǎn)信道的使用情況。調(diào)整后網(wǎng)絡(luò)的信道使用趨于穩(wěn)定，各節(jié)點(diǎn)均不再進(jìn)行信道調(diào)整，如圖8所示。

5.2 效果評(píng)價(jià)

（1） 該算法能夠保證每一對(duì)可直接通信的節(jié)點(diǎn)在任意時(shí)刻至少具有一個(gè)共有信道，組網(wǎng)能力強(qiáng)。

（2） 該算法可對(duì)鏈狀多跳網(wǎng)絡(luò)以及其他結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道選擇，通過(guò)提高信道使用效率從而增加網(wǎng)絡(luò)帶寬。對(duì)于因節(jié)點(diǎn)移動(dòng)而造成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，該算法明顯優(yōu)于手工配置。

（3） 該算法是分布式算法，因此不存在單點(diǎn)故障，不存在集中式網(wǎng)絡(luò)中的選擇信道分配問(wèn)題以及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)的孤立子網(wǎng)融合問(wèn)題。

（4） 該算法基于鄰居節(jié)點(diǎn)的鄰居信息，全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行信道優(yōu)選算法的時(shí)間短，信道選擇的收斂速度快。

（5） 該算法復(fù)雜度低，易于實(shí)現(xiàn)。

6 結(jié) 語(yǔ)

上述基于雙收發(fā)信機(jī)三信道的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端系統(tǒng)是一種實(shí)用可行的解決方案，適用于能源、開(kāi)采、水利、應(yīng)急處突等多種需要自組織形態(tài)組網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著半導(dǎo)體集成芯片技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，此系統(tǒng)還可在以下幾方面進(jìn)行提升：

（1） 增強(qiáng)信道模式

增強(qiáng)信道包括增加收發(fā)信機(jī)數(shù)量和信道數(shù)兩個(gè)方面。當(dāng)物理受限條件放松時(shí)，通過(guò)增加收發(fā)信機(jī)數(shù)量，可以提升多點(diǎn)平行網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力；通過(guò)增加信道數(shù)量，可以支持連接域維度更高的應(yīng)用。此外，增加一路信令信道，使其能夠?qū)Ｗ⒎?wù)于多節(jié)點(diǎn)間的協(xié)調(diào)入網(wǎng)，從而使入網(wǎng)信道的選擇收斂速度進(jìn)一步提升。

（2） 引入同步機(jī)制

同步機(jī)制引入的主要用途在于能夠進(jìn)一步加快入網(wǎng)收斂時(shí)間，可以采用衛(wèi)星授時(shí)的方式，也可采用自主同步的方式。從動(dòng)態(tài)帶寬分配角度分析，僅在信令通道中利用同步服務(wù)，將獲得較高的協(xié)議性價(jià)比。

（3） 多層空間擴(kuò)展

空間技術(shù)發(fā)展使人類探索太空的能力不斷提高，多層空間自組網(wǎng)在物理空間所面臨的問(wèn)題將大幅增加，需要進(jìn)一步提升信道收發(fā)單元與空間復(fù)用的融合能力。

自組織移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)發(fā)展空間仍很廣闊。短期來(lái)看，由于無(wú)線通信的基礎(chǔ)理論近年來(lái)沒(méi)有飛躍式發(fā)展，底層技術(shù)革新帶來(lái)的邊際效益逐漸遞減，但我們也看到太赫茲、空間光通信、量子通信等技術(shù)正不斷進(jìn)步，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的底層物理技術(shù)在未來(lái)有更多的創(chuàng)新選擇性，繼而使利用正交信道復(fù)用獲得性能提升的創(chuàng)新之路繼續(xù)向前延伸。

參考文獻(xiàn)

[1] 張民，李德敏，金康.一種多接口多信道VANET動(dòng)態(tài)信道分配算法研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2014，31（5）：1516?1519.

[2] 王昭.一種適用于多信道聯(lián)合組網(wǎng)的時(shí)隙分配新算法[J].電訊技術(shù)，2014，54（4）：506?512.

[3] 楊玲，陳其松，吳茂念.無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中路由與信道聯(lián)合分配研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2014，24（7）：66?68.

[4] 姬文江，馬劍峰.多接口多信道無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中一種基于信號(hào)干擾檢測(cè)的路由度量機(jī)制[J].通信學(xué)報(bào)，2013，34（4）：158?164.

[5] 劉峰，張慶，夏宏飛.無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合信道分配和路由協(xié)議研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2010，20（8）：29?32.

[6] 王慶，李鵬，侯煒，等.無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)基于簇的多信道分配策略[J].電腦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，2014，27（2）：37?39.

[7] 束永安，洪佩琳，覃振漢.無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)中基于干擾模型的多信道分配策略[J].電子學(xué)報(bào)，2008，36（7）：1256?1260.

[8] 章國(guó)安，顧金媛，曹磊.認(rèn)知無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中基于干擾模型的信道分配策略[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2010，27（5）：1914?1918.

[9] 李佳明，唐俊華.多信道無(wú)線通信功率分配的最優(yōu)化決策[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2014（1）：65?67.

[10] 李森，任曉娜.一種網(wǎng)絡(luò)多信道骨干節(jié)點(diǎn)調(diào)度均衡算法[J].科技通報(bào)，2013（10）：196?198.