[发明专利]一种水下传感器网络中获得最大通信容量的信道分配方法

权利要求书

1.一种水下传感器网络中获得最大通信容量的信道分配方法，包括：

(1)在水下传感器网络设置两类节点，第一类为数据收发节点，在收发节点之间会传输数据， 设网络中共有M对收发节点；第二类为中心控制节点，网络中只有一个中心控制节点，该节点收集 各对收发节点的信道概率向量，并计算最终的信道分配结果；

(2)将水下传感器网络的信道分为两类，第一类为收发节点对进行数据传输的普通信道，设 网络中共有N条普通信道，各条信道的带宽分别为B_i，各对收发节点使用频分复用的方式进行数据 传输，即一对收发节点使用一条独立的信道；第二类为控制信道，控制信道只用于传输信道概率向 量和信道分配结果，不传输收发节点间的数据；

(3)各对收发节点在开始通信前需协商各自使用的信道，协商过程采用时分复用的通信方 式，每对收发节点中的发送节点依次向中心控制节点发送信道概率向量，中心控制节点在接收信道 概率向量后，进行信道分配，并广播发送信道分配结果，信道分配结果需保证每对收发节点可接入 一条信道，且每条信道上只有一对收发节点，同时该结果需使网络获得最大的通信容量，中心控制 节点使用匈牙利算法实现这一目标；

(4)所有发送节点和接收节点须有相同的时钟，他们保持全网同步。

2.根据权利要求1所述的信道分配方法，其特征在于，(3)的具体步骤如下：

1)设第i对收发节点的发送节点向中心控制节点发送的信道概率向量为W_i，W_i为行向量，共有N 个元素，每个元素是节点感知到对应信道可能空闲的概率，如式(1)所示：

W_i＝[p_i1,p_i2,p_i3,…p_iN](1)

其中，p_ij是第i个收发节点对认为第j条信道可能空闲的概率，p_ij≤1；

2)中心控制节点将M个行向量W_i排列成矩阵W，其中每对收发节点的行向量W_i为矩阵的一行,如式 (2)所示：

W=W1W2...WM=p11p12...p1Np21p22...p2N............pM1pM2...pMN---(2)]]>

3)将W的每一列元素与相应信道的带宽相乘，得到信道分配矩阵S,如式(3)所示，S中的每个元 素为s_ij：

S=p11B1p12B2...p1NBNp21B1p22B2...p2NBN............pM1B1pM2B2...pMNBN---(3)]]>

4)若首发节点对的数目M与信道数N不等，则信道分配矩阵S不是方阵，需要进行矩阵变换，具 体操作为增加虚节点或虚信道。在信道分配矩阵S中，虚节点和虚信道对应位置的元素均为0；

5)获得经过变化的信道分配矩阵S后，中心控制节点进行信道分配，信道分配结果要保证每对收发 节点可接入一条信道，且每条信道上只有一对收发节点，信道分配结果用矩阵X表示，X为M×N的矩 阵，其中每个元素x_ij的取值只有0和1两种情况，表示第i对收发节点是否接入信道j，具体为：

6)定义网络通信容量C由各对收发节点所使用信道的带宽B_i和该信道空闲概率p_ij的乘积之和表示，信 道分配的结果需使网络获得最大的通信容量C，信道分配的目标函数为采用 匈牙利算法求解信道分配结果。