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(diǎn)先計(jì)算出自己的傳輸能力，這個(gè)傳輸能力決定了節(jié)點(diǎn)的傳輸優(yōu)先級(jí)。接下來節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的傳輸能力和周圍節(jié)點(diǎn)的傳輸能力做出信道占用的初始化決策，然后節(jié)點(diǎn)開始一個(gè)個(gè)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(diǎn)在上一輪決策中的決策。直到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的決策都不再改變之后，決策結(jié)束，然后節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的決策進(jìn)行信道選擇和數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明是一個(gè)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(fèi)用，同時(shí)也是高效的，能保證在節(jié)點(diǎn)開始傳輸?shù)臅r(shí)候，信道上不會(huì)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(dá)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(gè)非常熱門的話題，因?yàn)殡S著無線網(wǎng)的發(fā)展，頻譜資源的稀缺嚴(yán)重地制約了信息的高效和快速的傳輸，而這個(gè)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(diǎn)個(gè)數(shù)的增加，這個(gè)問題將會(huì)變得越來越復(fù)雜。而這個(gè)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(shí)際的，且這是一個(gè)很少討論的問題。另一方面，之前的發(fā)明很少從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度來探討這個(gè)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(shí)可以在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)完成決策。
[0004]在本發(fā)明中，發(fā)明人運(yùn)用博弈論的思想，提出了一個(gè)分布式的方法來解決這個(gè)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(fèi)用，并被廣泛地運(yùn)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(gè)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(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)都將會(huì)獲得一定的機(jī)會(huì)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(chǎng)景是一個(gè)擁有多個(gè)信道的多跳網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只有一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)，其它節(jié)點(diǎn)每個(gè)時(shí)隙都會(huì)產(chǎn)生一定量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)最后都會(huì)通過中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送給中心節(jié)點(diǎn)，而只有中心節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)才被計(jì)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(diǎn)的選擇)，本發(fā)明在一個(gè)已知的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中，討論信道分配問題，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都知道它需要將數(shù)據(jù)傳給哪個(gè)節(jié)點(diǎn)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)并設(shè)置每個(gè)節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的傳輸速率、初始節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息、節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)間、以及節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)生成速率；
[0008]第二步，每個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算出自己的傳輸能力并廣播，并獲取自己周圍節(jié)點(diǎn)的傳輸能力；
[0009]第三步，每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的傳輸能力，周圍節(jié)點(diǎn)的傳輸能力做出初始決策，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)做出初始決策；[0010]第四步，每個(gè)節(jié)點(diǎn)按順序做決策，選擇信道進(jìn)行傳輸或者放棄在本時(shí)隙傳輸；例如，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有多個(gè)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(dá)一個(gè)狀態(tài)那么認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)達(dá)到均衡，或者說是納什均衡，也就是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都沒有動(dòng)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(diǎn)的決策都與上輪所有節(jié)點(diǎn)的決策相同；
[0012]第六步，到達(dá)均衡之后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的傳輸能力計(jì)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(gè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)并設(shè)置每個(gè)節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的傳輸速率、初始節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息、節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)間、以及節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)生成速率； 第二步，每個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算出自己的傳輸能力并廣播，并獲取自己周圍節(jié)點(diǎn)的傳輸能力； 第三步，每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的傳輸能力，周圍節(jié)點(diǎn)的傳輸能力做出初始決策，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)做出初始決策； 第四步，每個(gè)節(jié)點(diǎn)按順序做決策，選擇信道進(jìn)行傳輸或者放棄在本時(shí)隙傳輸； 第五步，經(jīng)過多輪決策以后，如果到達(dá)一個(gè)狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)是本輪所有節(jié)點(diǎn)的決策都與上輪所有節(jié)點(diǎn)的決策相同，那么認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)達(dá)到均衡，或者說是納什均衡，也就是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都沒有動(dòng)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(diǎn)的決策都與上輪所有節(jié)點(diǎn)的決策相同； 第六步，到達(dá)均衡之后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的傳輸能力計(jì)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(diǎn)指的是與該節(jié)點(diǎn)有干擾的節(jié)點(diǎn)。
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(duì)于節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的編號(hào)或某種隨機(jī)生成的順序，順序做決策。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK103582136SQ201210265105
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)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(qǐng)人:上海交通大學(xué), 富士通株式會(huì)社