[发明专利]一种基于可满足性问题规约的无线频率分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息通信领域如无线传感网，尤其是一种基于可满足性问题规约的无线频率分配方法。

背景技术

随着无线电技术的广泛应用，无线传感器网络的快速发展，频谱需求急速增长，频谱资源日渐紧缺，无线传感器网络频率的高效分配已成为一个亟需解决的难题。对于大规模无线通信网的组织可能会涉及到成百上千或更多的无线子网的规划和维护，如何高效合理地利用有效的频率资源，减少各子网之间的频率干扰，提高无线通信网络的服务质量，便于组织和运营将非常重要。那么如何提高频谱的利用效率和应对无线传感网络中多节点频率信息动态配置问题是其中的核心问题。

频率分配问题作为资源优化问题急待人们的研究与解决，在国际上，人们提出了不少对频率分配问题的算法，其主要思想是将其建立成图的顶点着色模型和图的L(2，1)标号问题。其中图L(p，q)标号在通信网络频道设计方面有广泛的应用，得到了国内外同行的高度重视和广泛研究。频率分配问题最早是由W.K.Hale于1980年提出的，即对每个无线电发射台分配一个频率使得相互干扰的无线电发射台的频率间隔在允许的范围之内。Hale将此问题归结为T-染色问题。T-染色问题在近二十年来得到广泛的研究。为了解决无线电频率分配问题，J.R.Griggs和R.K.Yeh于1992年提出了L(p，q)标号的概念.他们证明了对于一般图的L(p，q)-标号问题是NP-完全问题。

目前频率分配算法主要启发式的搜索算法、贪心算法、回溯法、图形理论算法、遗传算法和神经网络算法等，有些算法在固定的网络结构如移动通信的蜂窝通信系统中得到了成功应用，但是不适合无线自组织的频率规划需求。现有的无线频率分配技术有采用穷举搜索的方法或多项式时间内求得频率分配的最优解或基于图着色模型的无线频率分配方法，这些方法或无法保证得到没有频率冲突的最优解或求解周期长等。随着无线传感器网络的快速发展，频谱需求急速增长，频谱资源日渐紧缺，无线传感器网络频率的高效分配已成为一个亟需解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于可满足性问题规约的无线频率分配方法，该方法提出一种新的求解无线传感器网络频率的分配方法，并通过仿真实验和理论分析来评价所设计系统的各项性能，其指标效果和性能均取得较大进展。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于可满足性问题规约的无线频率分配方法，包括以下步骤：

A)在给定的频率使用范围内，检测或筛选出所有可用的频率，设定K个可用频率为1，2，3，4，…，k，用颜色集{1，…，k}表示；

B)将无线子网抽象为无向网格图的顶点，每一个子网对应一个顶点V_i(i＝1…n)，该无向网格图的顶点集为{1，2，…，n}，无线子网之间的关联被抽象为无向网格图的边E_j(j＝1…m)，将构成一个无向网格图为G＝(V，E)；

C)在给定网格图上，建立一种算法给每一个顶点分配一种颜色，要求满足：距离是2的两个顶点的颜色差至少为1，距离是1的两个顶点的颜色差至少为2；所述颜色号代表频率，意味着无线传感器网络中距离近的结点频率差要大于给定的值，且距离越近频率差越大，从而避免网络中因频率较近产生的频率干扰问题。

进一步的，所述步骤C)的算法包括以下步骤：

D)设一组布尔变量x_i，j，其中1≤i≤n，1≤j≤k；x_i，j＝1，当且仅当顶点i着颜色j；

E)构建可满足性规约问题模型

构造如下可满足性规约问题的字句：

1≤v≤n            (1)

1≤v≤n，1≤i＜j≤k            (2)

当|i＝j|＜1且d(u，v)＝2或者|i-j|＜2且d(u，v)＝1时  (3)

字句(1)保证每个顶点至少着一种颜色，字句(2)保证每个顶点不能着两种或两种以上的颜色，字句(3)保证距离是2的两个顶点的颜色差至少为1，距离是1的两个顶点的颜色差至少为2；

F)当所有的字句都满足时，就得到了一种可满足的解，从而通过解码得到了图的顶点的颜色分配方案。

更进一步的，还包括以下步骤：

G)在可满足性规约问题模型的基础上加上新的约束，通过求解图的独立集问题可以得到每一种颜色最多的顶点个数；设颜色i的顶点数至多为c_i，加入下列约束：