[发明专利]一种用于多信道无线传感器网络的信道分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信和信息传播技术领域，尤其涉及一种用于多信道无线传感器网络的信道分配方法。

背景技术

随着无线射频技术的发展，给无线传感器网络的节点配备多个射频接口的设备成本大大降低，在无线传感器网络中应用多信道技术变得可行。单信道环境下，相互冲突的链路无法同时传输数据，在节点较为密集的无线传感器网络中，冲突范围内的链路数目较多，互相冲突的链路同时竞争一个信道资源，导致网络吞吐量降低。

使用多信道技术，节点可以根据路由的需求，协调多个射频收发器在不同的信道上同时传输数据，提高网络吞吐量。由于节点可使用信道数和射频收发器的数目有限，所以存在如何给节点间的链路分配信道，以降低链路间的冲突，提高吞吐量的问题。

多信道无线传感器网络中，节点间建立建立链路完成后，需要解决给链路分配信道的问题，冲突范围内的链路尽量使用不同的信道，以使这些链路能够并行地在不同的信道上通信，提高无线传感器网络的容量。目前，已有的给链路分配信道的方法分为两种：

1、在媒体接入控制层进行信道分配

在媒体接入控制层进行信道分配，只需要对媒体接入控制层协议进行修改，媒体接入控制层协议和网络层路由协议独立运行。信道分配在媒体接入控制层进行，详细的给链路分配信道的方法与可使用的信道数目、射频收发器个数及其使用规则有关。

如动态信道分配方法中，存在一个控制信道和若干个数据信道，节点配备多个网卡，且网卡数目小于可使用的信道数目，一个网卡工作于控制信道用于交换控制信息协商信道，其余网卡在数据信道间切换用于传送数据包和应答包，该方法在媒体接入控制层的RTS、CTS消息中附带信道使用情况，来对链路进行信道分配。该方法需要额外占用RTS、CTS消息资源，网络中控制消息包的数量多。

如时分方式实现信道分配的方法，节点配备一个无线网卡，将时间划分为信道协商阶段和数据交换阶段，在信道协商阶段所有节点必须在同一个信道上进行侦听和信道协商，在数据交换阶段跳转至协商好的信道进行数据传递，该方法需要进行全网同步，复杂度高。

2、在路由层进行信道分配

在路由层进行信道分配的方法中，信道分配在路由层进行，在路由建立过程中，确定相关链路所使用的信道，不需要修改媒体接入控制层协议。如果使用发送节点的信道取决于接收节点的方法，则路径建立完成后，路径上每一个节点根据其下一跳节点所使用的信道，选择信道与接收节点进行通信；如果使用信道同时取决于发送节点和接收节点的协调方法，则节点尽可能考虑其通信范围内其他节点信道使用情况，来选择相应的信道进行通信。

如Kyasanur等人提出的信道分配方法中，节点的射频收发器数目小于其可使用信道数目，由链路相关参数计算出其通信质量，根据链路通信质量进行路径选择和对应的链路信道选择。

在路由层进行链路信道分配属于跨层设计，需要进行较为复杂的层间交互设计。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种用于多信道无线传感器网络的信道分配方法，将信道分配给多信道无线传感器网络的各条链路，使得网络中的链路可以工作在不同的信道上。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种用于多信道无线传感器网络的信道分配方法，该方法包括如下步骤：

（1）根据多信道无线传感器网络拓扑图（简称“网络拓扑图”）G，获得网络链路冲突图CG；

（2）根据步骤（1）中获得的网络链路冲突图CG，获得上述网络的极大独立集序列I；

（3）根据上述网络拓扑图G，获得上述极大独立集序列I中各个极大独立集的权重；

（4）根据各个极大独立集的权重，依次给每个极大独立集对应的链路分配信道。

进一步的，所述步骤（1）中，多信道无线传感器网络拓扑图G为无向图，其对应的网络链路冲突图CG通过以下方式得到：

在多信道无线传感器网络拓扑图G中的无线传感器节点用顶点表示，链路用边表示；在无线网络链路冲突图CG中，多信道无线传感器网络拓扑图中的链路用顶点表示，如果在单信道情况下，两条链路间存在冲突关系，则相应的顶点间存在一条边。所述步骤（1）中，只需要将多信道无线传感器网络拓扑图G中的边转换为网络链路冲突图CG中的顶点，然后将有冲突关系的顶点用边连接，就可以得到网络链路冲突图CG。

所述步骤（2）中，网络的极大独立集序列I中的每个独立集，对应于网络链路冲突图CG中互不相邻的顶点的集合，并且每个网络链路冲突图CG的顶点只存在于一个极大独立集中。