[发明专利]一种应用于无线传感器网络的分布式时频二维信道分配方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，涉及一种应用于无线传感器网络的分布式时频二维信道分配方法，适用于无线传感器网络的自组织、自修复。

背景技术

无线传感器网络是指有大量无线传感器节点籍由无线通信的方式组成的信息传播网络，在军事、工业、交通、安全、医疗、家庭和办公环境等众多场合有着非常广泛的应用。

无线通信中，在同一时间，同一频率下、干扰范围之内的两个链路传输会存在干扰。为了避免这种干扰，无线通信系统中常采用时分复用、频分复用或码分复用来共享无线信道。在无线传感器网络中利用多个频率进行无线通信，可以减少干扰、提高网络吞吐量并节约能量，因而受到越来越多关注。

当前现有的无线传感器网络信道分配方法可分为两种：常见的是集中式的信道分配方法，另一种是分布式的信道分配方法。集中式的信道分配方法即网络中某一个节点为其他所有节点分配信道资源，我国发明专利CN200910042861.5，CN200810059951.0就属于此种方法；这种分配方法的缺点是不能灵活应对网络拓扑变换，即网络一旦组建，不能灵活应对新节点的加入；无线链路中断时，也无法快速实现自修复。分布式信道分配方法即网络中的节点为其邻居节点分配信道资源，可以克服集中式信道分配的缺点，但一般运算复杂度相对较高。在此领域，我国发明专利尚属空缺。

为了在无线传感器网络中合理利用时频信道资源，克服现有的分布式信道分配方法只能分配时域信道、运算复杂度过高的缺点，本发明提出了一种应用于无线传感器网络的分布式时频二维信道分配方法。采用此方法可以有效提高通信可靠性和网络吞吐量，并节约能量。

发明内容

技术问题：针对传统的分布式信道分配方法只能分配时域信道、运算复杂度过高以至难以实现的缺点，本发明提出一种适应用于无线传感器网络的分布式时频二维信道分配方法，可以减少无线传感器网络中的传输冲突，减少空闲监听和串音现象，进而可以有效提高无线传感器网络通信的可靠性和吞吐量，并节约能量。

技术方案：一种应用于无线传感器网络的分布式时频二维信道分配方法，适用于无线传感器网络的自组织、自修复，其特征在于：节点根据其邻居节点对时频信道资源使用情况的记录，优先为自己分配干扰范围内未被使用的工作频率，为其他节点分配干扰范围内未被使用的时频信道资源，从而充分利用无线信道资源。节点和SINK节点都只在广播阶段、开放的时隙和已经建立双向链路的时隙(开放的时隙和已经建立双向链路的时隙统称为活跃时隙)打开收发机，以节省能量。

所有已经加入网络的节点，都会广播信标信息。信标信息中包含有当前的网络时间、节点的自身工作频率、节点其所有邻居节点的工作频率、节点自身的活跃时隙、节点其所有邻居节点的活跃时隙以及节点的开放时隙。在无线传感器网络自组织之初，网络中只有一个SINK节点，普通节点根据其邻居节点对时频信道资源使用情况的记录，优先为自己分配干扰范围内未被使用的工作频率，为其他节点分配干扰范围内未被使用的时频信道资源。

节点参与自组织和实现自修复的过程中，采用的分布式时频二维信道分配方法技术方案如下：

节点尝试为自己分配两跳之内未被使用的工作频率：

如果成功为自己分配了未被两跳之内节点使用的工作频率，则按时延最小原则依次开放信道，以供其他节点接入；

如果未能找到未被两跳之内节点使用的工作频率，节点尝试为自己分配未被邻居节点使用的工作频率：

如果成功为自己分配了未被邻居节点使用的工作频率，则按照时延最小原则，依次开放未被两跳之内工作频率相同的节点使用的时隙，如果两跳之内工作频率相同的节点使用了所有时隙，则按时延最小原则开放时隙，供其他节点接入；

如果未能找到未被邻居节点使用的工作频率，节点随机选择自身工作频率，则按时延最小原则，依次开放未被工作频率相同的邻居节点使用的时隙，此时如果工作频率相同的邻居节点已经使用了所有时隙，则依次按时延最小原则开放时隙，供其他节点接入。

有益效果：节点根据其邻居节点对时频信道资源使用情况的记录，优先为自己分配干扰范围内未被使用的工作频率，为其他节点分配干扰范围内未被使用的时频信道资源。从而充分利用无线信道资源。通过节点之间定时同步通信，可以减少空闲监听，缩短了节点射频模块的开启时间，从而降低能量损耗；另一方面，保证多对节点可以在干扰范围内不同频率同时通信，并且互不干扰，从而减少了传输冲突，进一步减少了重传所带来的能量消耗，提高了可靠性和吞吐量。因此，采用此方法可以提高无线传感器网络通信的可靠性和吞吐量，并达到节约能量的有益效果。