在使用多信道的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中高效分配信道的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種在使用多信道的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中高效分配信道的方法步驟如下：首先節(jié)點先計算出自己的傳輸能力，這個傳輸能力決定了節(jié)點的傳輸優(yōu)先級。接下來節(jié)點根據(jù)自己的傳輸能力和周圍節(jié)點的傳輸能力做出信道占用的初始化決策，然后節(jié)點開始一個個順序做出決策。它們的決策依據(jù)是傳輸能力和周圍節(jié)點在上一輪決策中的決策。直到每個節(jié)點的決策都不再改變之后，決策結(jié)束，然后節(jié)點根據(jù)自己的決策進行信道選擇和數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明是一個分布式方法，不需要設(shè)立控制者，可以大大的減少由于設(shè)立總控制者所需要的費用，同時也是高效的，能保證在節(jié)點開始傳輸?shù)臅r候，信道上不會有沖突，并能最大化地利用空閑信道，從而提高網(wǎng)絡(luò)輸出。
【專利說明】在使用多信道的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中高效分配信道的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】的方法，尤其是一種基于博弈論的合理分配信道資源達到網(wǎng)絡(luò)輸出最優(yōu)的方法，具體地是在使用多信道的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中高效分配信道的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在多信道的無線網(wǎng)絡(luò)中的信道分配是一個非常熱門的話題，因為隨著無線網(wǎng)的發(fā)展，頻譜資源的稀缺嚴重地制約了信息的高效和快速的傳輸，而這個話題不僅在學(xué)術(shù)上得到了廣泛的關(guān)注，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域也頗受重視。有效地利用現(xiàn)有資源將幫助我們的網(wǎng)絡(luò)得到更好的輸出。
[0003]一方面，我們很容易理解隨著信道數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點個數(shù)的增加，這個問題將會變得越來越復(fù)雜。而這個問題卻在多信道多跳網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用最為廣泛最貼近實際的，且這是一個很少討論的問題。另一方面，之前的發(fā)明很少從經(jīng)濟學(xué)的角度來探討這個問題，而發(fā)明人可以發(fā)現(xiàn)用博弈論可以高效地解決信道分配問題，不僅可以得到較高的網(wǎng)絡(luò)輸出，同時可以在一個較短的時間內(nèi)完成決策。
[0004]在本發(fā)明中，發(fā)明人運用博弈論的思想，提出了一個分布式的方法來解決這個在多信道的多跳網(wǎng)絡(luò)中的信道分配問題。分布式方法能十分有效地減小中心基站收集數(shù)據(jù)和做決策的巨大費用，并被廣泛地運用到現(xiàn)在的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸中。本發(fā)明提供的方法能幫助網(wǎng)絡(luò)獲得一個整體的較優(yōu)的輸出，并能有效地防止在多跳網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常發(fā)生的數(shù)據(jù)擁塞。這說明了本發(fā)明提供的方法不僅能使得網(wǎng)絡(luò)有一個較高的輸出，還能在一定程度上保證公平性，這意味著在本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都將會獲得一定的機會來傳輸它們的數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明討論的網(wǎng)絡(luò)場景是一個擁有多個信道的多跳網(wǎng)絡(luò)，在這個網(wǎng)絡(luò)中只有一個中心節(jié)點，其它節(jié)點每個時隙都會產(chǎn)生一定量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)最后都會通過中繼節(jié)點發(fā)送給中心節(jié)點，而只有中心節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)才被計算為網(wǎng)絡(luò)的輸出。本發(fā)明的內(nèi)容并不討論關(guān)于在多跳網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù)據(jù)路徑的選擇(即中繼節(jié)點的選擇)，本發(fā)明在一個已知的網(wǎng)絡(luò)場景中，討論信道分配問題，每個節(jié)點都知道它需要將數(shù)據(jù)傳給哪個節(jié)點。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種在使用多信道的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中高效分配信道的方法，基于博弈論為基礎(chǔ)，這樣的信道分配方法能提高信道分配效率，包括以下步驟:
[0007]第一步，分別給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點編號并設(shè)置每個節(jié)點相應(yīng)的傳輸速率、初始節(jié)點狀態(tài)信息、節(jié)點傳輸時間、以及節(jié)點數(shù)據(jù)生成速率；
[0008]第二步，每個節(jié)點計算出自己的傳輸能力并廣播，并獲取自己周圍節(jié)點的傳輸能力；
[0009]第三步，每個節(jié)點根據(jù)自己的傳輸能力，周圍節(jié)點的傳輸能力做出初始決策，即每個節(jié)點同時做出初始決策；[0010]第四步，每個節(jié)點按順序做決策，選擇信道進行傳輸或者放棄在本時隙傳輸；例如，每個節(jié)點有多個選擇(選擇數(shù)量取決于信道數(shù)量)，分別是選擇信道一，信道二，信道三.....，
[0011]第五步，經(jīng)過多輪決策以后，如果到達一個狀態(tài)那么認為網(wǎng)絡(luò)達到均衡，或者說是納什均衡，也就是每個節(jié)點都沒有動力再去改變自己的決策，其中，所述狀態(tài)是本輪所有節(jié)點的決策都與上輪所有節(jié)點的決策相同；
[0012]第六步，到達均衡之后，每個節(jié)點都根據(jù)自己的決策選擇信道以及傳輸數(shù)據(jù)。
[0013]優(yōu)選地，在所述第二步中，節(jié)點的傳輸能力計算方法為:
【權(quán)利要求】
1.一種在使用多信道的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中高效分配信道的方法，其特征在于其基于博弈論為基礎(chǔ)，這樣的信道分配算法能提高信道分配效率，包括以下步驟: 第一步，分別給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點編號并設(shè)置每個節(jié)點相應(yīng)的傳輸速率、初始節(jié)點狀態(tài)信息、節(jié)點傳輸時間、以及節(jié)點數(shù)據(jù)生成速率； 第二步，每個節(jié)點計算出自己的傳輸能力并廣播，并獲取自己周圍節(jié)點的傳輸能力； 第三步，每個節(jié)點根據(jù)自己的傳輸能力，周圍節(jié)點的傳輸能力做出初始決策，即每個節(jié)點同時做出初始決策； 第四步，每個節(jié)點按順序做決策，選擇信道進行傳輸或者放棄在本時隙傳輸； 第五步，經(jīng)過多輪決策以后，如果到達一個狀態(tài)，這個狀態(tài)是本輪所有節(jié)點的決策都與上輪所有節(jié)點的決策相同，那么認為網(wǎng)絡(luò)達到均衡，或者說是納什均衡，也就是每個節(jié)點都沒有動力再去改變自己的決策，其中，所述狀態(tài)是本輪所有節(jié)點的決策都與上輪所有節(jié)點的決策相同； 第六步，到達均衡之后，每個節(jié)點都根據(jù)自己的決策選擇信道以及傳輸數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在使用多信道的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中高效分配信道的方法，其特征在于，在所述第二步中，節(jié)點的傳輸能力計算方法為:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在使用多信道的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中高效分配信道的方法，其特征在于，m的取值為2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在使用多信道的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中高效分配信道的方法，其特征在于，在所述第二步中，所述周圍節(jié)點指的是與該節(jié)點有干擾的節(jié)點。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在使用多信道的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中高效分配信道的方法，其特征在于，在所述第三步中，關(guān)于初始決策制定的方法為: 對于節(jié)點i，如果
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在使用多信道的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中高效分配信道的方法，其特征在于，所述第四步中，關(guān)于做決策的依據(jù)，即每個節(jié)點的效用函數(shù)定義如下:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在使用多信道的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中高效分配信道的方法，其特征在于，在所述第四步中，每個節(jié)點根據(jù)自己的編號或某種隨機生成的順序，順序做決策。
【文檔編號】H04W84/18GK103582136SQ201210265105
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月27日
【發(fā)明者】莊煒旭, 施琦, 黃新, 王新兵, 田軍 申請人:上海交通大學(xué), 富士通株式會社