本發(fā)明涉及無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

嵌入式系統(tǒng)(Embedded System)是一種以微控制單元為核心的具有特定功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及與發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、電子商務(wù)、信息家電等領(lǐng)域，并且對(duì)嵌入式終端設(shè)備之間的無(wú)線通信的要求越來(lái)越高，因此，無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)(Wireless Embedded Networks,WENs)的通信技術(shù)的研究是該領(lǐng)域研究的重要課題之一。

無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)由嵌入式終端設(shè)備(Embedded Terminal Device,ETD)組成，通過(guò)無(wú)線通信的技術(shù)，終端設(shè)備通過(guò)接入由可用頻譜分解成的無(wú)線信道實(shí)現(xiàn)通信，無(wú)線通信對(duì)無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行起到關(guān)鍵作用。在通信過(guò)程中，嵌入式終端設(shè)備感知頻譜的可利用狀態(tài)，通過(guò)跳頻(Channel Hopping,CH)技術(shù)接入某一可接入無(wú)線信道，從而與其他接入相同信道的嵌入式終端設(shè)備進(jìn)行通信，我們將嵌入式終端設(shè)備通過(guò)跳頻技術(shù)接入同一信道稱(chēng)為握手。只有通過(guò)握手，嵌入式終端設(shè)備之間才能建立相應(yīng)的通信鏈路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通信。因此，其中的握手方法更是重中之重，研究無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中的握手問(wèn)題對(duì)提高無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)的效能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同，無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中的握手方法可分為集中式和分布式兩類(lèi)。集中式握手方法大多需要通過(guò)一個(gè)提前配置好的中央控制器，輔以一個(gè)控制信道來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信設(shè)備之間的握手，但是，無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化的特性使得集中式握手方法難以實(shí)現(xiàn)。

不同于集中式握手方法，分布式握手方法不采用任何中央控制器輔助握手，從而避免了單點(diǎn)故障以及在控制信道上的擁堵。然而，目前大多數(shù)對(duì)無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)握手問(wèn)題的研究只考慮可接入信道處于穩(wěn)定狀態(tài)的情況，而實(shí)際情況是ETD的可接入信道會(huì)隨時(shí)間和地點(diǎn)的變化而變化，無(wú)線信道環(huán)境具有動(dòng)態(tài)變化的特性，例如，由于附近設(shè)備對(duì)信道的占用所形成的干擾，使得一些原本可接入的信道變得不能使用，從而影響設(shè)備間通信。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手方法及其系統(tǒng)，旨在解決無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式可接入信道動(dòng)態(tài)變化影響設(shè)備間通信的問(wèn)題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手方法，包括以下步驟：

步驟1、在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，檢測(cè)終端設(shè)備所有可接入信道形成所述終端設(shè)備可接入信道集合；

步驟2、根據(jù)所述終端設(shè)備可接入信道集合中每個(gè)信道的歷史可利用率、順序排列每個(gè)信道形成終端設(shè)備可接入信道順序排列集合；

步驟3、為所述終端設(shè)備可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配接入選擇概率；

步驟4、根據(jù)接入選擇概率選擇所述終端設(shè)備可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道嘗試握手，直到握手成功，否則返回步驟1、且使t＝t+1。

所述的無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手方法，其中，所述的步驟1包括：

步驟11、統(tǒng)計(jì)無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中的可接入信道總數(shù)；

步驟12、在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，檢測(cè)無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中終端設(shè)備所有可接入信道、形成所述終端設(shè)備可接入信道集合,用下列公式表示：

公式(1)是一個(gè)布爾向量，表示在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，終端設(shè)備A的可接入信道情況，其中，n表示無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中的可接入信道總數(shù)，t表示第t個(gè)時(shí)隙，t＝1,2,...,∞，c_i表示第i個(gè)信道，表示終端設(shè)備A可以在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)接入信道c_i，表示終端設(shè)備A不能在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)接入信道c_i；

公式(2)中表示在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，終端設(shè)備A的可接入信道集合，c_i表示第i個(gè)信道，表示終端設(shè)備A可以在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)接入信道c_i。

所述的無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手方法，其中，所述的步驟2具體包括：

步驟21、計(jì)算在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，第i個(gè)信道c_i對(duì)于終端設(shè)備A的歷史可利用率計(jì)算公式為:

公式(3)中，其中，t'為(1，t)的整數(shù)，即表示第t'個(gè)時(shí)隙。

步驟22、形成在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，信道c_i對(duì)于終端設(shè)備A的歷史可利用率集合

步驟23、將所述的中的信道元素，根據(jù)每個(gè)信道c_i的歷史可利用率降序或升序排列，得到終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合即其中，信道…,c_i,c_j,c_k,…,對(duì)應(yīng)的信道歷史可利用率關(guān)系為或

所述的無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手方法，其中，所述的步驟11具體為：

若則

若則

其中，表示終端設(shè)備A可以在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)接入信道c_i，表示終端設(shè)備A不能在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)接入信道c_i。

所述的無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手方法，其中，所述的步驟3具體為：

終端設(shè)備可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配接入選擇概率計(jì)算方法為：設(shè)終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合按照中可接入信道對(duì)應(yīng)的歷史可利用率作為權(quán)重分配概率，計(jì)算得到信道...,c_i,c_j和c_k...,的被選擇的概率分別為和且

所述的無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手方法，其中，所述的步驟3具體為：

終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配接入選擇概率基于類(lèi)指數(shù)分布計(jì)算方法為：設(shè)終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合

e^j-1 (6)；

公式(6)表示中第j個(gè)信道元素分配權(quán)重,

公式(7)表示中第j個(gè)信道元素被選擇的概率，

其中，e是歐拉數(shù)。

所述的無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手方法，其中，所述的步驟3具體為：

終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配接入選擇概率基于類(lèi)幾何分布計(jì)算方法為：設(shè)終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合

λ(1-λ)^j-1 (8)；

公式(8)表示中第j個(gè)信道元素的分配權(quán)重，其中,λ∈(0,1)為標(biāo)準(zhǔn)幾何分布的常數(shù)參數(shù)；

公式(9)表示中第j個(gè)信道元素對(duì)應(yīng)的被選擇概率，

一種無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手系統(tǒng)，包括：

檢測(cè)模塊，用于在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，檢測(cè)終端設(shè)備所有可接入信道形成所述終端設(shè)備可接入信道集合；

排序模塊，用于根據(jù)所述終端設(shè)備可接入信道集合中每個(gè)信道的歷史可利用率、順序排列每個(gè)信道形成終端設(shè)備可接入信道順序排列集合；

選擇概率分配模塊，用于為所述終端設(shè)備可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配接入選擇概率；

握手模塊，用于根據(jù)接入選擇概率選擇所述終端設(shè)備可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道嘗試握手，直到握手成功，否則返回檢測(cè)模塊、且使t＝t+1。

所述的無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手系統(tǒng)，其中，所述的檢測(cè)模塊包括：

統(tǒng)計(jì)單元，用于統(tǒng)計(jì)無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中的可接入信道總數(shù)；

檢測(cè)單元，用于在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，檢測(cè)無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中終端設(shè)備所有可接入信道、形成所述終端設(shè)備可接入信道集合,用下列公式表示：

公式(1)是一個(gè)布爾向量，表示在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，終端設(shè)備A的可接入信道情況，其中，n表示無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中的可接入信道總數(shù)，t表示第t個(gè)時(shí)隙，t＝1,2,...,∞，c_i表示第i個(gè)信道，表示終端設(shè)備A可以在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)接入信道c_i，表示終端設(shè)備A不能在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)接入信道c_i；

公式(2)中表示在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，終端設(shè)備A的可接入信道集合，c_i表示第i個(gè)信道，表示終端設(shè)備A可以在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)接入信道c_i。

所述的無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手系統(tǒng)，其中，所述的排序模塊包括：

計(jì)算單元，用于計(jì)算在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，第i個(gè)信道c_i對(duì)于終端設(shè)備A的歷史可利用率計(jì)算公式為:

公式(3)中，其中，t'為(1，t)的整數(shù)，即表示第t'個(gè)時(shí)隙。

信道歷史可利用率集合單元，用于形成在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，信道c_i對(duì)于終端設(shè)備A的歷史可利用率集合

排序單元，用于將所述的中的信道元素，根據(jù)每個(gè)信道c_i的歷史可利用率降序或升序排列，得到終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合即其中，信道…,c_i,c_j,c_k,…,對(duì)應(yīng)的信道歷史可利用率關(guān)系為或

所述的選擇概率分配模塊包括：

選擇概率第一計(jì)算單元，用于終端設(shè)備可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配接入選擇概率計(jì)算方法為：設(shè)終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合按照中可接入信道對(duì)應(yīng)的歷史可利用率作為權(quán)重分配概率，計(jì)算得到信道...,c_i,c_j和c_k...,的被選擇的概率分別為和且

選擇概率第二計(jì)算單元，用于終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配接入選擇概率基于類(lèi)指數(shù)分布計(jì)算方法為：設(shè)終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合

e^j-1 (6)；

公式(6)表示中第j個(gè)信道元素分配權(quán)重,

公式(7)表示中第j個(gè)信道元素被選擇的概率，

其中，e是歐拉數(shù)；

選擇概率第三計(jì)算單元，用于終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配接入選擇概率基于類(lèi)幾何分布計(jì)算方法為：設(shè)終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合

λ(1-λ)^j-1 (8)；

公式(8)表示中第j個(gè)信道元素的分配權(quán)重，其中,λ∈(0,1)為標(biāo)準(zhǔn)幾何分布的常數(shù)參數(shù)；

公式(9)表示中第j個(gè)信道元素對(duì)應(yīng)的被選擇概率，

有益效果：相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的一種無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手方法及其系統(tǒng)，針對(duì)無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中無(wú)線信道環(huán)境動(dòng)態(tài)變化的特性和網(wǎng)絡(luò)的分布式特性，提出了基于啟發(fā)式的嵌入式終端設(shè)備的分布式握手方法，所述方法利用的無(wú)線信道歷史可利用率，通過(guò)合理地為當(dāng)前可利用信道分配隨機(jī)選擇概率，無(wú)線嵌入式終端設(shè)備在每一個(gè)時(shí)間片隨機(jī)選擇并且接入某一信道，在所述信道上嘗試握手，能有效地使擬通信終端設(shè)備在可接入信道動(dòng)態(tài)變化的情況下實(shí)現(xiàn)設(shè)備間握手進(jìn)而實(shí)現(xiàn)順暢有效通信。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手方法較佳實(shí)施例流程圖

圖2為本發(fā)明提供的無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手系統(tǒng)較佳實(shí)施例功能模塊圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明通過(guò)統(tǒng)計(jì)信道狀態(tài)，針對(duì)無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式信道動(dòng)態(tài)環(huán)境下的嵌入式終端設(shè)備，提出了基于啟發(fā)式算法的分布式握手方法，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)所述方法效能進(jìn)行分析，以下進(jìn)行詳細(xì)解釋。

請(qǐng)參見(jiàn)圖1，圖1是本發(fā)明提供的無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手方法較佳實(shí)施例流程圖，包括步驟：

S100、在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，檢測(cè)終端設(shè)備所有可接入信道形成所述終端設(shè)備可接入信道集合；

用一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題來(lái)描述，舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中，假如有兩個(gè)嵌入式終端設(shè)備A和B，擬通過(guò)接入一個(gè)相同的無(wú)線信道建立通信鏈路，設(shè)可接入無(wú)線信道集合C＝{c₁,c₂,...,c_n}中，其中，表示第i個(gè)信道。不失一般性，我們假設(shè)無(wú)線信道兩兩正交(正交頻分復(fù)用技術(shù)，即Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM，是將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。)，我們將時(shí)間離散化稱(chēng)一個(gè)個(gè)等長(zhǎng)的時(shí)間片,用t表示第t個(gè)時(shí)間片，用Δt表示每一個(gè)時(shí)間片的長(zhǎng)度，所述的時(shí)間長(zhǎng)度Δt可以根據(jù)需要預(yù)先來(lái)確定，則第t個(gè)時(shí)間片即為第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)。需要說(shuō)明的是，時(shí)間片，即時(shí)隙的長(zhǎng)度,可以根據(jù)不同的實(shí)際環(huán)境需要具體設(shè)定，在此不做限定。

同時(shí)，考慮信道的動(dòng)態(tài)特性，令布爾變量和分別為：在第t個(gè)時(shí)間片，信道c_i對(duì)終端設(shè)備A和B的可接入情況，例如，表示在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)信道c_i可以被終端設(shè)備A接入。對(duì)于任意一個(gè)時(shí)間片t，終端設(shè)備A(或B)選擇當(dāng)前的一個(gè)可接入信道(即跳頻操作)，嘗試握手。我們用δ表示任意用戶對(duì)從嘗試握手到握手成功所需要的最小時(shí)間，則有Δt≥δ。由無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)的分布式特性可知，終端設(shè)備A和B分別只知道各自的可接入信道情況。我們稱(chēng)之為成功握手，當(dāng)且僅當(dāng)終端設(shè)備A和B選擇相同的信道，比如同時(shí)選擇信道c_i，則終端設(shè)備A和B可以成功握手，從而實(shí)現(xiàn)通信。我們假設(shè)在任何時(shí)刻終端設(shè)備A和B存在至少一個(gè)相同的可接入的信道。

實(shí)施時(shí)，本步驟S100具體包括：

S110、統(tǒng)計(jì)無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中的可接入信道總數(shù)；

S120、在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，檢測(cè)無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中終端設(shè)備所有可接入信道、形成所述終端設(shè)備可接入信道集合,用下列公式表示：

公式(1)是一個(gè)布爾向量，表示在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，終端設(shè)備A的可接入信道情況，其中，n表示無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中的可接入信道總數(shù)，t表示第t個(gè)時(shí)隙，t＝1,2,...,∞，c_i表示第i個(gè)信道，表示終端設(shè)備A可以在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)接入信道c_i，表示終端設(shè)備A不能在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)接入信道c_i；

公式(2)中表示在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，終端設(shè)備A的可接入信道集合，c_i表示第i個(gè)信道，表示終端設(shè)備A可以在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)接入信道c_i。

具體實(shí)施時(shí)，實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中的可接入信道總數(shù)n取決于具體的應(yīng)用系統(tǒng)環(huán)境，信道數(shù)目n取決于因素：1)、可以利用的頻帶范圍；2)、每個(gè)信道所分配的頻段帶寬。舉例說(shuō)明，嵌入式設(shè)備在WiFi場(chǎng)景下，802.11b/g/n協(xié)議的頻帶是2.412Ghz～2.472Ghz，一共60Mhz，802.11a/n在中國(guó)可用的頻帶是5.745Ghz～5.825Ghz，同樣也是60Mhz。這里如果一個(gè)信道是20MHz，那么大約只有3個(gè)信道；如果一個(gè)信道分配10MHz，那么大約有6個(gè)信道，因此信道在每個(gè)系統(tǒng)中是固定的，只需要在具體的系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行檢測(cè)統(tǒng)計(jì)即可，在此不再贅述。

檢測(cè)無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中信道在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)是否可接入，可采用現(xiàn)有技術(shù)判斷，在此不再贅述。

S200、根據(jù)所述終端設(shè)備可接入信道集合中每個(gè)信道的歷史可利用率、順序排列每個(gè)信道形成終端設(shè)備可接入信道順序排列集合；

基于無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)的特性，本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)岢鰺o(wú)線信道動(dòng)態(tài)變化環(huán)境下的分布式自適應(yīng)隨機(jī)握手方法，在所述握手方法下，在每個(gè)時(shí)間片伊始，即每個(gè)時(shí)隙開(kāi)始，每個(gè)嵌入式終端設(shè)備首先統(tǒng)計(jì)n個(gè)信道的歷史可接入次數(shù)，基于各個(gè)信道的歷史可接入頻率，亦即信道的歷史開(kāi)放率，為當(dāng)前可接入信道分配隨機(jī)選擇的概率，最后基于所述隨機(jī)選擇概率分布隨機(jī)選擇一個(gè)信道進(jìn)行握手嘗試。具體來(lái)說(shuō)，所述的步驟S200包括：

S210、計(jì)算在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，第i個(gè)信道c_i對(duì)于終端設(shè)備A的歷史可利用率計(jì)算公式為:

公式(3)中，其中，t'為(1，t)的整數(shù)，即表示第t'個(gè)時(shí)隙。

S220、形成在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，信道c_i對(duì)于終端設(shè)備A的歷史可利用率集合

S230、將所述的中的信道元素，根據(jù)每個(gè)信道c_i的歷史可利用率降序或升序排列，得到終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合即其中，信道…,c_i,c_j,c_k,…,對(duì)應(yīng)的信道歷史可利用率關(guān)系為或

進(jìn)一步的，所述的步驟S210具體為：

若則

若則

其中，表示終端設(shè)備A可以在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)接入信道c_i，表示終端設(shè)備A不能在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)接入信道c_i。

實(shí)施時(shí)，優(yōu)選的根據(jù)每個(gè)信道c_i的歷史可利用率降序順序排列，得到終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合這樣，有利于在后續(xù)步驟中優(yōu)先選擇握手成功幾率大的信道進(jìn)行嘗試，從而也盡可能縮短任意用戶對(duì)從嘗試握手到握手成功所需要的時(shí)間，更加有利提高終端設(shè)備間通信的效率。

S300、為所述終端設(shè)備可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配接入選擇概率；

比如，為所述終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配接入選擇概率，這是本技術(shù)方案核心的步驟，正是基于此接入選擇概率的大小，進(jìn)而分析確定哪個(gè)信道能使終端設(shè)備間握手成功的幾率大，從而選擇哪個(gè)信道嘗試握手，提高終端設(shè)備間握手成功信道選擇的幾率。

具體來(lái)說(shuō)，所述的步驟S300為每個(gè)信道分配接入選擇概率具體有三種方案，具體實(shí)施時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需要任意選擇其中一種，以下分別詳細(xì)論述：

方案①、終端設(shè)備可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配接入選擇概率計(jì)算方法為：設(shè)終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合按照中可接入信道對(duì)應(yīng)的歷史可利用率作為權(quán)重分配概率，計(jì)算得到...,c_i,c_j和c_k...,的概率分別為和且

此種接入選擇概率分配方法，是按照中信道元素對(duì)應(yīng)的歷史可利用率作為權(quán)重分配概率，下面舉例說(shuō)明，假如包含3個(gè)信道c_i,c_j,c_k，按照他們各自的信道歷史可利用率，可以計(jì)算得到排列以降序順序排列為例，也即我們將作為權(quán)重作線性歸一化處理，計(jì)算得到c_i,c_j和c_k的概率分別為和這實(shí)則是一種歸一化處理，因此這樣分配能保證中的元素的概率和為1，上述例子中，顯然，我們知道后續(xù)仿真試驗(yàn)中，以降序順序排列為例來(lái)驗(yàn)證此信道分配接入選擇概率的有效性。

方案②、終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配接入選擇概率基于類(lèi)指數(shù)分布計(jì)算方法為：設(shè)終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合

e^j-1 (6)；

公式(6)表示中第j個(gè)信道元素分配權(quán)重,

公式(7)表示中第j個(gè)信道元素被選擇的概率，

其中，e是歐拉數(shù)。

需要說(shuō)明的是，之所以稱(chēng)之為“類(lèi)指數(shù)分布”的原因，是因?yàn)橹械脑貍€(gè)數(shù)是有限的，而通常意義下的指數(shù)分布考慮無(wú)窮大的隨機(jī)變量取值范圍。

具體來(lái)說(shuō)，基于類(lèi)指數(shù)分布為A的可接入信道分配隨機(jī)選擇接入的概率，先為中第j個(gè)元素(信道)分配權(quán)重e^j-1,其中，e是歐拉數(shù)；分配完權(quán)重后通過(guò)歸一化處理計(jì)算各信道的隨機(jī)選擇概率，則第j個(gè)元素對(duì)應(yīng)的被選擇概率為這種方式能保證中元素的概率和等于1，進(jìn)而保證選擇的信道屬于后續(xù)仿真試驗(yàn)中將驗(yàn)證此信道分配接入選擇概率的有效性。

方案③、終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配接入選擇概率基于類(lèi)幾何分布計(jì)算方法為：設(shè)終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合

λ(1-λ)^j-1 (8)；

公式(8)表示中第j個(gè)信道元素的分配權(quán)重，其中,λ∈(0,1)為標(biāo)準(zhǔn)幾何分布的常數(shù)參數(shù)；

公式(9)表示中第j個(gè)信道元素對(duì)應(yīng)的被選擇概率，

同樣，之所以稱(chēng)之為“類(lèi)幾何分布”的原因，是因?yàn)橹械脑貍€(gè)數(shù)是有限的，而通常意義下的幾何分布考慮無(wú)窮大的隨機(jī)變量取值范圍。

此種接入選擇概率分配方法是基于類(lèi)幾何分布為A的可接入信道分配隨機(jī)選擇接入的概率，具體來(lái)說(shuō)，先為中第j個(gè)元素(信道)的分配權(quán)重λ(1-λ)^j-1,其中，λ∈(0,1)為標(biāo)準(zhǔn)幾何分布的常數(shù)參數(shù)；分配完權(quán)重后，通過(guò)歸一化處理計(jì)算各信道的隨機(jī)選擇概率，保證中元素的概率和等于1，第j個(gè)元素對(duì)應(yīng)的概率為這種方式能保證中元素的概率和等于1，進(jìn)而保證該方案的有效性。后續(xù)仿真試驗(yàn)中將驗(yàn)證此信道分配接入選擇概率的有效性。

S400、根據(jù)接入選擇概率選擇所述終端設(shè)備可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道嘗試握手，直到握手成功，否則返回步驟S100、且使t＝t+1。

具體實(shí)施時(shí)，比如，按照所述終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配的接入選擇概率分布按順序逐個(gè)選擇中的信道，一般情況下，按照接入選擇概率從大到小來(lái)嘗試，并在所選擇的信道上嘗試握手。如果終端設(shè)備A和終端設(shè)備B能夠同時(shí)接入同一個(gè)信道建立通信連接，則終端設(shè)備A和終端設(shè)備B握手成功，否則，如果終端設(shè)備A和終端設(shè)備B的可接入信道順序排列集合中每個(gè)信道都無(wú)法使終端設(shè)備A和終端設(shè)備B同時(shí)接入同一個(gè)信道，則沒(méi)有握手成功，表明在同一第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，終端設(shè)備A和終端設(shè)備B沒(méi)有可接入的相同信道，則返回步驟S100，使t＝t+1進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)繼續(xù)嘗試，直到終端設(shè)備A和終端設(shè)備B嘗試握手成功建立通信連接。

為了更清楚的理解此技術(shù)方案和驗(yàn)證無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)握手方法的可行性和有效性，現(xiàn)利用MATLAB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言模擬真實(shí)無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中的握手情境，對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，并可以比較為每個(gè)信道分配接入選擇概率三種方法的優(yōu)劣，具體過(guò)程如下：

(1).問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述：數(shù)學(xué)問(wèn)題描述如上所述，在此不再贅述。需要說(shuō)明的是，本仿真實(shí)驗(yàn)選擇握手時(shí)間T作為一個(gè)握手方法的評(píng)價(jià)參數(shù)。這里，定義T為從終端設(shè)備A和B第一次同時(shí)嘗試握手到最終握手所需要的時(shí)間片的數(shù)量。具體地，考慮握手時(shí)間的期望值E(T)和最大值M(T)作為一個(gè)握手方法的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(2).本發(fā)明技術(shù)方案基本描述：下面以嵌入式終端設(shè)備A為例，給出具體的算法描述：

符號(hào)描述：

n：無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中的可接入信道總數(shù)；

C：可接入無(wú)線信道集合C＝{c₁,c₂,...,c_n}中，其中，表示第i個(gè)信道；

c_i：第i個(gè)信道(這里我們給信道賦予相應(yīng)的標(biāo)號(hào))；

t：第t個(gè)時(shí)間片，t＝1,2,...,∞；

一個(gè)布爾向量，表示在第t個(gè)時(shí)間片，A的可接入信道的情況；例如，表示終端設(shè)備A可以在第t個(gè)時(shí)間片接入信道c₁，則表示終端設(shè)備A不能在第t個(gè)時(shí)間片接入信道c₁。

在第t個(gè)時(shí)間片，A的可接入信道集合，

表示終端設(shè)備A在t時(shí)間片的可接入信道數(shù)，也即

在第t個(gè)時(shí)間片，終端設(shè)備A的信道可利用率，

在第t個(gè)時(shí)間片，信道c_i對(duì)于終端設(shè)備A的歷史可利用率，也即

信道的歷史可利用率集合，

算法過(guò)程：

第1步：輸入n和C，初始化t＝0,

第2步：更新時(shí)間片數(shù)t＝t+1,

第3步：感知信道可接入情況，計(jì)算得到A^t；

第4步：計(jì)算這里，用一個(gè)內(nèi)存變量存儲(chǔ)從而降低空間復(fù)雜度；

//若則

//若則

第5步：根據(jù)A^t，計(jì)算得到

第6步：將中的信道元素，根據(jù)各自的信道歷史可利用率降序排列，得到排列(這里，)；

第7步：為中的元素分配隨機(jī)選擇接入的概率，采用上述步驟S300中為每個(gè)信道分配接入選擇概率的三種方法作為三種概率分配方案；

第8步：按第7步中的概率分布按順序逐一選擇中的信道，此仿真實(shí)驗(yàn)中按概率從大到小，并在所選擇的信道上嘗試握手；

第9步：如果沒(méi)有實(shí)現(xiàn)握手，則執(zhí)行第2步；否則，結(jié)束算法。

(3).仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析：設(shè)信道總數(shù)為n，不失一般性，假設(shè)對(duì)任意t，即在任意一個(gè)時(shí)間片內(nèi)，A和B的可接入信道數(shù)目相同且恒定(但可接入信道集合不一定相同)，也即信道可利用率為了模擬真實(shí)環(huán)境下無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中不同握手情境可接入信道集合動(dòng)態(tài)變化的特性，我們引入信道動(dòng)態(tài)變化率η這個(gè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，從而在大量的實(shí)驗(yàn)中模擬出不同實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的不同信道集合，分別驗(yàn)證不同信道集合下本發(fā)明技術(shù)方案的有效性，從而驗(yàn)證本發(fā)明技術(shù)方案針對(duì)實(shí)際通信中信道環(huán)境動(dòng)態(tài)變化導(dǎo)致不同握手情境下的有效性，。

我們把每個(gè)時(shí)間片變化了的可接入信道(與上一時(shí)間片相比)比上可接入信道總數(shù)，定義為信道動(dòng)態(tài)變化率η，不失一般性，我們假設(shè)η恒定。仿真實(shí)驗(yàn)中，在第t個(gè)時(shí)間片(以A為例)，我們等概率地從中選擇個(gè)信道，令其在第t+1個(gè)時(shí)間片仍然可利用；同時(shí)等概率地從集合中選擇個(gè)信道，在第t-1個(gè)時(shí)間片可利用。這些選擇的信道都會(huì)出現(xiàn)在中。在每個(gè)時(shí)間片伊始(以第t個(gè)時(shí)間片為例)，我們比較和如果為了保證A和B有機(jī)會(huì)在該時(shí)間片握手成功，我們替換或中的某個(gè)元素(信道)使得其中，需要說(shuō)明的是，的情況在現(xiàn)實(shí)中極少出現(xiàn)；再者，若那么本發(fā)明的算法將失去基本的可行前提，將不予考慮這種情形。

根據(jù)信道可利用情況，我們可以將嵌入式終端設(shè)備分為對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)兩種情況。對(duì)于對(duì)稱(chēng)的嵌入式終端設(shè)備，他們?cè)诿總€(gè)時(shí)間片的信道可利用情況相同，也即對(duì)于非對(duì)稱(chēng)的嵌入式終端設(shè)備而言，在同一個(gè)時(shí)間片，和可能不同。因?yàn)閷?duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)這兩種情況在實(shí)際場(chǎng)景中都有可能發(fā)生，因此仿真實(shí)驗(yàn)中有必要對(duì)它們情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析。

如上所述，算法表現(xiàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)是握手時(shí)間的期望值E(T)和最大值M(T)。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)定和算法存在隨機(jī)性，為了得到更客觀的結(jié)果，本發(fā)明通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，即重復(fù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)500次來(lái)計(jì)算E(T)和M(T)，驗(yàn)證本發(fā)明中所提出的三種概率分配方案的有效性。

在對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)終端設(shè)備下，測(cè)試了本發(fā)明所提出的三種概率分配方案，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表1～6所示：

表1.無(wú)線嵌入式對(duì)稱(chēng)終端設(shè)備執(zhí)行方案①的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2.無(wú)線嵌入式非對(duì)稱(chēng)終端設(shè)備執(zhí)行方案①的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3.無(wú)線嵌入式對(duì)稱(chēng)終端設(shè)備執(zhí)行方案②的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表4.無(wú)線嵌入式非對(duì)稱(chēng)終端設(shè)備執(zhí)行方案②的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表5.無(wú)線嵌入式對(duì)稱(chēng)終端設(shè)備執(zhí)行方案③的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表6.無(wú)線嵌入式非對(duì)稱(chēng)終端設(shè)備執(zhí)行方案③的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可觀察到，所有實(shí)驗(yàn)都最終成功實(shí)現(xiàn)握手，說(shuō)明本發(fā)明所提出的無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)的三種概率分配方案是針對(duì)信道環(huán)境動(dòng)態(tài)變化情境下的有效方法。

請(qǐng)參見(jiàn)圖2，圖2是本發(fā)明提供的無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手系統(tǒng)的系統(tǒng)較佳實(shí)施例功能模塊圖，包括：

檢測(cè)模塊10，用于在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，檢測(cè)終端設(shè)備所有可接入信道形成所述終端設(shè)備可接入信道集合，具體如上述方法所述；

排序模塊20，用于根據(jù)所述終端設(shè)備可接入信道集合中每個(gè)信道的歷史可利用率、順序排列每個(gè)信道形成終端設(shè)備可接入信道順序排列集合，具體如上述方法所述；

選擇概率分配模塊30，用于為所述終端設(shè)備可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配接入選擇概率，具體如上述方法所述；

握手模塊40，用于根據(jù)接入選擇概率選擇所述終端設(shè)備可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道嘗試握手，直到握手成功，否則返回檢測(cè)模塊、且使t＝t+1，具體如上述方法所述。

所述的無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手系統(tǒng)，其中，所述的檢測(cè)模塊10包括：

統(tǒng)計(jì)單元，用于統(tǒng)計(jì)無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中的可接入信道總數(shù)，具體如上述方法所述；

檢測(cè)單元，用于在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，檢測(cè)無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中終端設(shè)備所有可接入信道、形成所述終端設(shè)備可接入信道集合,用下列公式表示：

公式(1)是一個(gè)布爾向量，表示在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，終端設(shè)備A的可接入信道情況，其中，n表示無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中的可接入信道總數(shù)，t表示第t個(gè)時(shí)隙，t＝1,2,...,∞，c_i表示第i個(gè)信道，表示終端設(shè)備A可以在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)接入信道c_i，表示終端設(shè)備A不能在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)接入信道c_i；

公式(2)中表示在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，終端設(shè)備A的可接入信道集合，c_i表示第i個(gè)信道，表示終端設(shè)備A可以在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)接入信道c_i，具體如上述方法所述。

所述的無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手系統(tǒng)，其中，所述的排序模塊20包括：

計(jì)算單元，用于計(jì)算在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，第i個(gè)信道c_i對(duì)于終端設(shè)備A的歷史可利用率計(jì)算公式為:

公式(3)中，其中，t'為(1，t)的整數(shù)，即表示第t'個(gè)時(shí)隙，具體如上述方法所述；

信道歷史可利用率集合單元，用于形成在第t個(gè)時(shí)隙內(nèi)，信道c_i對(duì)于終端設(shè)備A的歷史可利用率集合具體如上述方法所述；

排序單元，用于將所述的中的信道元素，根據(jù)每個(gè)信道c_i的歷史可利用率降序或升序排列，得到終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合即其中，信道…,c_i,c_j,c_k,…,對(duì)應(yīng)的信道歷史可利用率關(guān)系為或具體如上述方法所述。

所述的選擇概率分配模塊30包括：

選擇概率第一計(jì)算單元，用于終端設(shè)備可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配接入選擇概率計(jì)算方法為：設(shè)終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合按照中可接入信道對(duì)應(yīng)的歷史可利用率作為權(quán)重分配概率，計(jì)算得到...,c_i,c_j和c_k...,的概率分別為和且

具體如上述方法所述；

選擇概率第二計(jì)算單元，用于終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配接入選擇概率基于類(lèi)指數(shù)分布計(jì)算方法為：設(shè)終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合

e^j-1 (6)；

公式(6)表示中第j個(gè)信道元素分配權(quán)重,

公式(7)表示中第j個(gè)信道元素被選擇的概率，其中，e是歐拉數(shù)，具體如上述方法所述；

選擇概率第三計(jì)算單元，用于終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合中的每個(gè)信道分配接入選擇概率基于類(lèi)幾何分布計(jì)算方法為：設(shè)終端設(shè)備A可接入信道順序排列集合

λ(1-λ)^j-1 (8)；

公式(8)表示中第j個(gè)信道元素的分配權(quán)重，其中,λ∈(0,1)為標(biāo)準(zhǔn)幾何分布的常數(shù)參數(shù)；

公式(9)表示中第j個(gè)信道元素對(duì)應(yīng)的被選擇概率，

綜上所述，本發(fā)明所提供的無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式隨機(jī)握手方法及其系統(tǒng)，針對(duì)無(wú)線嵌入式網(wǎng)絡(luò)中分布式無(wú)線可接入信道動(dòng)態(tài)環(huán)境下的嵌入式終端設(shè)備分布式握手自適應(yīng)隨機(jī)握手方法，通過(guò)統(tǒng)計(jì)信道狀態(tài)，提出的基于啟發(fā)式的嵌入式終端設(shè)備的分布式握手方法，能有效地使擬通信終端設(shè)備在可接入信道動(dòng)態(tài)變化的情況下實(shí)現(xiàn)設(shè)備間握手進(jìn)而實(shí)現(xiàn)順暢有效通信。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)指令相關(guān)硬件(如處理器，控制器等)來(lái)完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)可包括如上述各方法實(shí)施例的流程。其中所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可為存儲(chǔ)器、磁碟、光盤(pán)等。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。