在使用多信道的无线传感器网络中高效分配信道的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103582136103582136A(43)申请公布日2014.02.12(21)申请号201210265105.0(22)申请日2012.07.27(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号申请人富士通株式会社(72)发明人庄炜旭施琦黄新王新兵田军(74)专利代理机构上海汉声知识产权代理有限公司31236代理人郭国中(51)Int.Cl.H04W72/04(2009.01)H04W84/18(2009.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书7页说明书7页附图2页附图2页(54)发明名称在使用多信道的无线传感器网络中高效分配信道的方法(57)摘要本发明提供了一种在使用多信道的无线传感器网络中高效分配信道的方法步骤如下：首先节点先计算出自己的传输能力，这个传输能力决定了节点的传输优先级。接下来节点根据自己的传输能力和周围节点的传输能力做出信道占用的初始化决策，然后节点开始一个个顺序做出决策。它们的决策依据是传输能力和周围节点在上一轮决策中的决策。直到每个节点的决策都不再改变之后，决策结束，然后节点根据自己的决策进行信道选择和数据传输。本发明是一个分布式方法，不需要设立控制者，可以大大的减少由于设立总控制者所需要的费用，同时也是高效的，能保证在节点开始传输的时候，信道上不会有冲突，并能最大化地利用空闲信道，从而提高网络输出。CN103582136ACN1035826ACN103582136A权利要求书1/2页1.一种在使用多信道的无线传感器网络中高效分配信道的方法，其特征在于其基于博弈论为基础，这样的信道分配算法能提高信道分配效率，包括以下步骤：第一步，分别给无线传感器网络中的每个节点编号并设置每个节点相应的传输速率、初始节点状态信息、节点传输时间、以及节点数据生成速率；第二步，每个节点计算出自己的传输能力并广播，并获取自己周围节点的传输能力；第三步，每个节点根据自己的传输能力，周围节点的传输能力做出初始决策，即每个节点同时做出初始决策；第四步，每个节点按顺序做决策，选择信道进行传输或者放弃在本时隙传输；第五步，经过多轮决策以后，如果到达一个状态，这个状态是本轮所有节点的决策都与上轮所有节点的决策相同，那么认为网络达到均衡，或者说是纳什均衡，也就是每个节点都没有动力再去改变自己的决策，其中，所述状态是本轮所有节点的决策都与上轮所有节点的决策相同；第六步，到达均衡之后，每个节点都根据自己的决策选择信道以及传输数据。2.根据权利要求1所述的在使用多信道的无线传感器网络中高效分配信道的方法，其特征在于，在所述第二步中，节点的传输能力计算方法为：其中xik就是该节点i对于信道k的传输能力，/是该节点数据拥塞量或者是一个关于数据拥塞的函数，用来防止数据在网络中的拥塞，让数据积累多的节点有更高的优先级传输数据，B是信道带宽，S/N是节点i在信道K上的信噪比，m为任意实数。3.根据权利要求2所述的在使用多信道的无线传感器网络中高效分配信道的方法，其特征在于，m的取值为2。4.根据权利要求1所述的在使用多信道的无线传感器网络中高效分配信道的方法，其特征在于，在所述第二步中，所述周围节点指的是与该节点有干扰的节点。5.根据权利要求1所述的在使用多信道的无线传感器网络中高效分配信道的方法，其特征在于，在所述第三步中，关于初始决策制定的方法为：对于节点i，如果那么该节点就会选择信道k，否则放弃信道k，如果对于该节点来说，有多条信道满足以上这个关系，那么该节点就会选择它有最大能力的信道去占用；其中Ti是节点i周围与节点i有干扰的节点集合，n表示Ti中节点的个数，xik和xjk分别表示节点i和j在信道k上的传输能力，公式右边表述的就是与自己有干扰的节点在每个信道上的传输能力的平均值；即为与自己有干扰的节点在信道k的传输能力的和。6.根据权利要求1所述的在使用多信道的无线传感器网络中高效分配信道的方法，其特征在于，所述第四步中，关于做决策的依据，即每个节点的效用函数定义如下：其中Ti是节点i周围与节点i有干扰的节点集合，每个节点根据自己的环境选择自己2CN103582136A权利要求书2/2页受益最大的信道进行传输，上式的第二项为该节点选择这条信道对其它节点的伤害，即惩罚因子，xik为该节点自己在该信道上的传输收益；每个节点的策略定义如下：其中πi是节点i的决策，且πi=1,2,3…或者0，其中，0表示不占用信道，如果一共有N条信道，就一共有N+1个选择；而θjk是节点j在信道k上的决策，取值为1或者0，其中，1表示占用该信道，Uik表示节点i在信道k上的效用函数，即收益；xik和xjk分别表示节点i和j在信道k上的传输能力；表示