[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

说明书

技术领域

本发明属于水下声通信技术领域，涉及一种信道分配方法。

背景技术

水下传感器网络网络是近些年来的研究热点。为了避免可用频谱有限，信道条件复杂多 变等因素对水声通信产生的不利影响，认知水下声通信的概念应运而生。认知技术最先来源 于陆地无线通信，认知无线电CR已在移动通信等领域得到了实际应用。具体来说认知技术 是指网络中的设备可以根据周围的信号情况合理调整自身的工作参数，以更好地适应环境， 获得更佳的通信性能。设备的工作频率，发送功率，调制方式等参数均可随周围环境进行调 整。认知技术是提高无线网络性能的有效方法。

引入认知技术的水声网络构成了认知水下声系统。在认知水下声系统中，存在着主用户 和认知用户。其中主用户主要为使用声信号进行通信的水下生物。主用户有优先使用声谱的 特权；认知用户指水声网络中的传感器节点，包括发送节点和接收节点。只有当主用户不使 用频谱时，认知用户中的收发节点才能利用这些频谱资源进行通信。但如何将频谱资源对应 的多条信道分配给各对节点是水下认知声通信的难题。本发明设计一种新的信道分配方法。

发明内容

本发明以网络整体的通信容量最大为信道分配的目标，提供一种水下传感器网络中信道 分配方法。技术方案如下：

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。

其中的(3)的具体步骤可以如下：

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：