一種時隙和信道的分配方法及無線傳感器網絡的製作方法

2023-05-17 13:09:56 1

專利名稱：一種時隙和信道的分配方法及無線傳感器網絡的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種時隙和信道的分配方法及無線傳感器網絡。
背景技術：
無線傳感器網絡由於網絡節點數量巨大，且布設後很少更換電池，存在能量約束問題，基於這方面的考慮，近年來面向無線傳感器網絡而設計的信道調度和分配方法中引入了兩個關鍵技術多信道機制和時隙預約機制。根據多信道機制，網絡中的節點在不同時間可以在多個信道上進行通信。根據時隙預約機制，節點通過預約通信時隙，避免頻繁發送RTS/CTS信號，從而達到節能的目的。因此，在時分多信道模式下，如何儘可能滿足所有節點的通信需求，最優化的分配信道和時隙資源是當前無線傳感器網絡亟待解決的問題。現有技術中在無線網狀網中信道和時隙的聯合調度與分配方法，是基於分布式架構的，其負責分配信道和時隙的節點主要考慮周圍一跳通信範圍內的節點的通信需求，且網絡中存在多個負責分配的節點，而在集中式架構中，負責分配信道和時隙的節點只有一個，它需要收集網絡中所有節點的通信需求，並予以分配，所以分布式架構下的信道和時隙分配方法不能適用於集中式時分多信道模式下信道和時隙的分配。

發明內容
本發明實施例提供一種時隙和信道的分配方法及無線傳感器網絡，能夠在集中式時分多信道模式下更優化的分配信道和時隙資源。為了解決上述技術問題，本發明實施例的技術方案如下一種時隙和信道的分配方法，包括簇頭確定簇內未進行信道和時隙分配的各通信節點所需要的時隙長度及可用時隙；在所述未進行信道和時隙分配的各通信節點中選取第一通信節點，所述第一通信節點所需要的時隙與可用時隙之間的較小值滿足預置條件；根據可用信道和時隙，為所述第一通信節點與第二通信節點間的通信分配信道和時隙，其中，所述第二通信節點至少為一個；分配完成後，判斷簇內是否還存在未進行信道和時隙分配的通信節點，若是，則重複上述步驟，直至滿足分配終止條件。進一步，所述第一通信節點所需要的時隙與可用時隙之間的較小值滿足預置條件，具體為在所述未進行信道和時隙分配的各通信節點中，所述第一通信節點所需要的時隙和可用時隙之間的較小值最大。進一步，所述根據可用信道和時隙，為所述第一通信節點與第二通信節點間的通、信分配信道和時隙，包括若所述第二通信節點至少為兩個，則分別確定各所述第二通信節點與所述第一通信節點之外的通信節點間的通信所需要的時隙長度；根據確定出的時隙長度，由短到長依次為各所述第二通信節點與所述第一通信節點間的通信分配信道和時隙。進一步，為各所述第二通信節點與所述第一通信節點間的通信所分配的信道為同一信道，且所分配的時隙相互連續。進一步，所述根據可用信道和時隙，為所述第一通信節點與第二通信節點間的通信分配信道和時隙，具體為將為所述第一通信節點與第二通信節點間的通信所分配的時隙，向由信道數和時隙數組成的信道時隙資源表上映射。 進一步，所述分配終止條件為所述可用信道和時隙已全部分配，或者簇內各通信節點均已分配信道和時隙。一種無線傳感器網絡，包括時隙確定單元，用於簇頭確定簇內未進行信道和時隙分配的各通信節點所需要的時隙長度及可用時隙；節點選擇單元，用於在所述未進行信道和時隙分配的各通信節點中選取第一通信節點，所述第一通信節點所需要的時隙與可用時隙之間的較小值滿足預置條件；資源分配單元，用於根據可用信道和時隙，為所述第一通信節點與第二通信節點間的通信分配信道和時隙，其中，所述第二通信節點至少為一個；判斷單元，用於在所述資源分配單元分配完成後，判斷簇內是否還存在未進行信道和時隙分配的通信節點，若是，則由所述時隙確定單元、節點選擇單元和資源分配單元進行信道和時隙分配，直至滿足分配終止條件。進一步，所述資源分配單元包括確定子單元，用於當所述第二通信節點至少為兩個時，分別確定各所述第二通信節點與所述第一通信節點之外的通信節點間的通信所需要的時隙長度；分配子單元，用於根據確定出的時隙長度，由短到長依次為各所述第二通信節點與所述第一通信節點間的通信分配信道和時隙。進一步，所述分配子單元為各所述第二通信節點與所述第一通信節點間的通信所分配的信道為同一信道，且所分配的時隙相互連續。進一步，所述資源分配單元，具體用於將為所述第一通信節點與第二通信節點間的通信所分配的時隙，向由信道數和時隙數組成的信道時隙資源表上映射。進一步，所述分配終止條件為所述可用信道和時隙已全部分配，或者簇內各通信節點均已分配信道和時隙。本發明實施例方法實現了多信道單射頻模式下集中式簇頭決策的信道時隙聯合調度和分配，提高了簇內通信吞吐量。該方法可以適用於簇內節點通信請求動態變化情形，且對節點數目沒有限制，具有普適性。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本發明實施例一種時隙和信道的分配方法流程圖；圖2是本發明實施例另一種時隙和信道的分配方法流程圖；圖3是圖2所示實施例中簇頭網絡結構示意圖；圖4是本發明實施例一種無線傳感器網絡的結構示意圖；圖5是本發明實施例另一種無線傳感器網絡的結構示意圖。
具體實施方式
為了使本領域技術人員能進一步了解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，附圖僅提供參考與說明，並非用來限制本發明。下面結合附圖和實施例，對本發明的技術方案進行描述。參見圖1，為本發明實施例一種時隙和信道的分配方法流程圖。在本實施例中，該無線傳感器網絡具有多信道單射頻半雙工特性，即網絡內的節點可以在多個信道下工作，但同一時刻只能佔用一個信道，且不能同時收發數據。該無線傳感器網絡的時隙和信道分配方法可以包括步驟101，簇頭確定簇內未進行信道和時隙分配的各通信節點所需要的時隙長度及可用時隙。在進行信道和時隙分配之前，首先由該無線傳感器網絡的簇頭對簇內未分配信道和時隙的各通信節點的通信需求進行收集，確定各通信節點需要的時隙長度，及其可用的時隙。步驟102，在未進行信道和時隙分配的各通信節點中選取第一通信節點。根據上一步驟中確定的各通信節點所需的時隙長度及可用時隙，在各通信節點中選取第一通信節點，該第一通信節點所需要的時隙與其可用時隙之間的較小值滿足一定的預置條件，其中，預置條件可以是該第一通信節點所需要的時隙和可用時隙之間的較小值與其它未分配信道和時隙的通信節點相比最大，當然還可以針對該較小值設置其它的條件，此處不再贅述。步驟103，根據可用信道和時隙，為第一通信節點與第二通信節點間的通信分配信道和時隙。在確定出第一通信節點後，即可為該第一通信節點與簇內其它通信節點之間的通信分配信道和時隙，其中，與該第一通信節點具有通信需求的節點記為第二通信節點，該第二通信節點至少為一個。具體的，可以根據第一通信節點和第二通信節點各自的可用的信道和時隙，為該第一通信節點與第二通信節點之間的通信分配信道和時隙。若第二通信節點為多個，則在具體分配時可以針對第一通信節點與各第二通信節點之間的通信依次進行分配，也可以根據一定的順序原則進行分配，例如，分別確定各第二通信節點與第一通信節點之外的通信節點間的通信所需要的時隙長度；根據確定出的時隙長度，由短到長依次為各第二通信節點與第一通信節點間的通信分配信道和時隙。在分配信道和時隙時，可以先分配信道，然後再根據所需求的時隙長度進行時隙分配。步驟104，分配完成後，判斷簇內是否還存在未進行信道和時隙分配的通信節點，若是，則重複上述步驟，直至滿足分配終止條件。在為第一通信節點與簇內其他通信節點之間的通信分配完成，進一步判斷簇內是否還存在未分配的通信節點，若否，則資源(信道和時隙)分配結束，若是，則重複執行步驟101 104，直至滿足分配終止條件。本實施例中，該分配終止條件可以是可用信道和時隙已全部分配，或不足夠支持餘下的通信需求，或者簇內各通信節點均已分配信道和時隙。本發明實施例方法實現了多信道單射頻模式下集中式簇頭決策的信道時隙聯合調度和分配，提高了簇內通信吞吐量。該方法可以適用於簇內節點通信請求動態變化情形， 且對節點數目沒有限制，具有普適性。參見圖2，為本發明實施例另一種時隙和信道的分配方法流程圖。在本實施例中，假定簇頭網絡結構如圖3所示，節點A為該網絡中的簇頭，節點B、C、D、E、F為該網絡中的簇內節點，其中，簇頭為負責統一為簇內節點分配時隙和信道的節點。該網絡結構中各節點的可用信道的個數均為2,分別為channel 1> channel 2,各節點在每個信道的可用時隙為9個，分別為slot I slot 9，即上述節點同一時刻可以在channel I或channel 2中任意一個信道工作,一個調度周期分為9個時隙可供分配。 本實施例中，時隙和信道的分配方法可以包括步驟201，在一個調度周期內，簇頭A確定簇內各節點的通信需求。簇頭A根據接收到的通信請求確定各節點的通信需求，該通信請求中包含一個節點向另一節點發送數據所請求的時隙長度。例如，在一個調度周期內簇頭A收集到的簇內節點通信請求如下節點A請求5個時隙向節點B發送數據，節點A請求4個時隙向節點C發送數據，節點C請求4個時隙向節點D發送數據，節點D請求4個時隙向節點E發送數據。則可確定具有通信需求的節點的集合為{A、B、C、D、E}，各節點所需求的時隙總長依次為{9，5，8，8，4}。步驟202，選取第一通信節點。基於步驟201中確定的通信需求，節點A需求9個時隙，其可用時隙也為9個，取所需時隙長度與可用時隙的較小值即min (所需時隙長度，可用時隙長度)，可得節點A對應的較小值為9，節點A的較小值相對於其它節點的較小值都大，因此在本步驟中，節點A即為
第一通信節點。在另一實施例中，若節點A所需要的時隙長度為11個，但節點A可用的時隙長度為7，則min(所需時隙長度，可用時隙)=7;同時，節點B所需的時隙長度為8個，但節點B可用的時隙長度為9，則min (所需時隙長度，可用時隙)=8，由於節點A對應的較小值小於節點B對應的較小值，因此，應該首先選擇節點B作為第一通信節點。步驟203，分別確定各第二通信節點與第一通信節點之外的通信節點間的通信所需要的時隙長度。
與第一通信節點具有通信需求的節點即為第二通信節點，在本步驟中，若節點A為第一通信節點，則與該第一通信節點A具有通信需求的節點為節點B、C，節點B、C記為第二通信節點，其中，節點B與節點A之外的其它節點沒有通信需求，而節點C與節點A之外的節點D具有通信需求，且請求4個時隙。步驟204，根據確定出的時隙長度，由短到長依次為各第二通信節點與第一通信節點間的通信分配信道和時隙。 比較而言，首先為第一通信節點A與第二通信節點B之間的通信分配信道和時隙。在本步驟中，第一通信節點A和第二通信節點B當前可用信道均為channel Uchannel 2,可用時隙均為slot I slot 9，第一通信節點A與第二通信節點B之間通信所需的時隙長為5個。在本步驟中可以任選一個信道,如channel I,作為第一通信節點和第二通信節點使用的信道，然後在可用時隙中任意選取5個時隙,如slot I slot 5,分配給第一通信節點A和第二通信節點B。在具體操作過程中，分配信道和時隙的過程即將每個通信任務所需的時隙數向由信道數M和時隙數N組成的信道時隙資源表上映射。其中，TF_Table_Tr_Node為節點信道和時隙發送記錄表格，TF_Table_Re_Node為節點信道和時隙接收記錄表格，則映射後，兩記錄表格為TF—Tab I e—Tr_Node I
Slotl Slot2 Slot3 Slot4 Slot5 I Slot6 I Slot7 I Slot8 I Slot9Channell AAAAAChannel2TF—Table—Re—Node I
I~Slotl~I~Slot2~^~Slot3 I Slot4 I Slot5 I Slot6 I Slot7 I Slot8 I Slot9Channel I BBBBB
Channe12其次，為第一通信節點A與第二通信節點C之間的通信分配信道和時隙。第一通信節點A當前可用信道為channel I和channel 2,可用時隙為slot 6 slot 9,第二通信節點C當前可用信道為channel I和channel 2,可用時隙為slot I slot 9。第一通信節點A與第二通信節點C之間所需時隙為4個，所以可以選取channel I作為第一通信節點A和第二通信節點C使用的信道，將時隙slot 6 slot 9分配給第一通信節點A和第二通信節點C。映射到信道時隙資源表後，兩記錄表格更新為TF_Table_Tr_Node 權利要求
1.一種時隙和信道的分配方法,其特徵在於,包括 簇頭確定簇內未進行信道和時隙分配的各通信節點所需要的時隙長度及可用時隙； 在所述未進行信道和時隙分配的各通信節點中選取第一通信節點，所述第一通信節點所需要的時隙與可用時隙之間的較小值滿足預置條件； 根據可用信道和時隙，為所述第一通信節點與第二通信節點間的通信分配信道和時隙，其中，所述第二通信節點至少為一個； 分配完成後，判斷簇內是否還存在未進行信道和時隙分配的通信節點，若是，則重複上述步驟，直至滿足分配終止條件。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述第一通信節點所需要的時隙與可用時隙之間的較小值滿足預置條件，具體為 在所述未進行信道和時隙分配的各通信節點中，所述第一通信節點所需要的時隙和可用時隙之間的較小值最大。
3.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述根據可用信道和時隙，為所述第一通信節點與第二通信節點間的通信分配信道和時隙，包括 若所述第二通信節點至少為兩個，則分別確定各所述第二通信節點與所述第一通信節點之外的通信節點間的通信所需要的時隙長度； 根據確定出的時隙長度，由短到長依次為各所述第二通信節點與所述第一通信節點間的通信分配信道和時隙。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，為各所述第二通信節點與所述第一通信節點間的通信所分配的信道為同一信道，且所分配的時隙相互連續。
5.根據權利要求I至4中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述根據可用信道和時隙，為所述第一通信節點與第二通信節點間的通信分配信道和時隙，具體為 將為所述第一通信節點與第二通信節點間的通信所分配的時隙，向由信道數和時隙數組成的信道時隙資源表上映射。
6.根據權利要求I至4中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述分配終止條件為所述可用信道和時隙已全部分配，或者簇內各通信節點均已分配信道和時隙。
7.一種無線傳感器網絡，其特徵在於，包括 時隙確定單元，用於簇頭確定簇內未進行信道和時隙分配的各通信節點所需要的時隙長度及可用時隙； 節點選擇單元，用於在所述未進行信道和時隙分配的各通信節點中選取第一通信節點，所述第一通信節點所需要的時隙與可用時隙之間的較小值滿足預置條件； 資源分配單元，用於根據可用信道和時隙，為所述第一通信節點與第二通信節點間的通信分配信道和時隙，其中，所述第二通信節點至少為一個； 判斷單元，用於在所述資源分配單元分配完成後，判斷簇內是否還存在未進行信道和時隙分配的通信節點，若是，則由所述時隙確定單元、節點選擇單元和資源分配單元進行信道和時隙分配，直至滿足分配終止條件。
8.根據權利要求7所述的無線傳感器網絡，其特徵在於，所述資源分配單元包括 確定子單元，用於當所述第二通信節點至少為兩個時，分別確定各所述第二通信節點與所述第一通信節點之外的通信節點間的通信所需要的時隙長度；分配子單元，用於根據確定出的時隙長度，由短到長依次為各所述第二通信節點與所述第一通信節點間的通信分配信道和時隙。
9.根據權利要求8所述的無線傳感器網絡，其特徵在於，所述分配子單元為各所述第二通信節點與所述第一通信節點間的通信所分配的信道為同一信道，且所分配的時隙相互連續。
10.根據權利要求7至9中任意一項所述的無線傳感器網絡，其特徵在於， 所述資源分配單元，具體用於將為所述第一通信節點與第二通信節點間的通信所分配的時隙，向由信道數和時隙數組成的信道時隙資源表上映射。
11.根據權利要求7至9中任意一項所述的無線傳感器網絡，其特徵在於，所述分配終止條件為所述可用信道和時隙已全部分配，或者簇內各通信節點均已分配信道和時隙。
全文摘要
本發明提供一種時隙和信道的分配方法及無線傳感器網絡。分配方法包括簇頭確定簇內未進行信道和時隙分配的各通信節點所需要的時隙長度及可用時隙；在所述未進行信道和時隙分配的各通信節點中選取第一通信節點，所述第一通信節點所需要的時隙與可用時隙之間的較小值滿足預置條件；根據可用信道和時隙，為所述第一通信節點與第二通信節點間的通信分配信道和時隙，其中，所述第二通信節點至少為一個；分配完成後，判斷簇內是否還存在未進行信道和時隙分配的通信節點，若是，則重複上述步驟，直至滿足分配終止條件。本發明實施例方法實現了多信道單射頻模式下集中式簇頭決策的信道時隙聯合調度和分配，提高了簇內通信吞吐量。
文檔編號H04W84/18GK102740474SQ20111009138
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月12日 優先權日2011年4月12日
發明者嚴凱 申請人:無錫物聯網產業研究院