[發明專利]一種工業無線網絡中基于最大匹配的時隙信道分配方法

有效

• 申請號: 201410286957.7
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104093208B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 王恒;王平;夏樞洋;劉鋒
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司50102
• 代理人: 劉小紅

技術領域

本發明屬于工業無線通信領域，具體涉及工業無線網絡中一種基于最大匹配的時隙信道分配的實現方法。

背景技術

近年來，工業無線通信領域相關技術的研究得到了學術界和工業界的廣泛關注，并取得了迅猛的發展。工業無線通信網絡與傳統有線網絡相比，由于其特殊的應用場景，存在很多現實的約束條件，如傳感器節點能量限制、通信能力限制以及計算和儲存能力限制等，如何在諸多限制之下實現對工業無線通信網絡中的通信資源進行合理調度分配成為該領域的一個重要研究內容。

在工業無線通信網絡中，通信資源是指數據源點到目的點之間有向通信路徑及其所使用的一系列點到點之間通信所占用的時間和頻率。其中時間以時隙的形式體現，時隙通信機制通過時分復用將時間分割成連續的時間片，保障不同節點之間在不同時間片內進行數據通信，網絡中不同的節點在不同時隙進行合理的收發配置能夠有效的避免節點之間的數據沖突。頻率以信道的形式體現，跳信道機制通過頻分復用在不同的頻率傳送數據，不僅可以增加網絡吞吐量，還能有效的降低干擾和多徑衰落的影響。

為了實現對網絡中通信資源的有效分配，工業無線通信網絡通過合理利用時隙通信機制與跳信道機制制定調度表，調度表通過合理分配時隙和信道等通信資源安排節點在網絡中的行為，網絡中的節點根據已經制定好的調度表來執行相應行為，比如節點在某一時隙和某一信道上發送或者接收數據，在某些時隙進入休眠狀態。這種基于時隙通信和跳信道機制建立調度表的時隙信道分配方式能夠保證網絡中相互競爭的節點獲得合理的通信資源，能夠有效避免沖突，提高吞吐量和帶寬利用率，解決現場設備間數據通信的確定性、可靠性問題。

在工業無線通信領域中，傳統基于時隙的調度方法在研究的過程中往往只考慮在單一的信道上面進行基于時隙的調度，直接對信道資源調度的問題避而不談，或者將信道資源調度過程理想化，這在一定程度上造成信道資源的浪費，限制了網絡中通信資源調度分配的合理性。

本發明針對以上工業無線通信領域傳統調度方法的缺陷，創新性地提出了一種基于最大匹配的時隙信道分配的實現方法，該調度方法可以直接應用在基于時隙通信和跳信道機制的工業無線通信網絡中，保障網絡運行的實時性，可靠性以及較高的網絡吞吐量。

發明內容

針對以上現有技術中的不足，本發明的目的在于提供一種增加了網絡的可達吞吐率、減少延時、節約大量的能量、確定性加強的工業無線網絡中基于最大匹配的時隙信道分配方法，本發明的技術方案如下：一種工業無線網絡中基于最大匹配的時隙信道分配方法，其包括以下步驟：

101、工業無線網絡進行初始化，設定初始時隙k_初始＝0，將此時初始時隙k＝0對應的調度表part進行初始化，即part＝0；

102、統計工業無線網絡時隙幀slotframe中初始時隙k_初始＝0到k時隙為止從葉子節點匯聚到主節點PAN協調器總的流量數q₀(k)及工業無線網絡中總的流量數Q，當q₀(k)＝Q時，則表明調度表part已經生成，根據調度表進行時隙信道分配，結束；當q₀(k)≠Q時，則表明調度表還沒有完全生成，跳轉至步驟103；

103、獲取k時隙時的網絡拓撲圖及k時隙時的物理連通圖，并采用最大匹配算法匈牙利算法求得k時隙時的網絡拓撲圖的免多沖突鏈路集合VMCL(k)；

104、將步驟103求得的免多沖突鏈路集合VMCL(k)與k時隙時的物理連通圖進行對比，以k時隙物理連通圖作為參考，對VMCL(k)鏈路集合進行修正，剔除VMCL(k)鏈路集合中存在而k時隙物理連通圖中不存在的鏈路，將k時隙物理連通圖中存在而VMCL(k)鏈路集合中不存在且與現有VMCL(k)鏈路集合不產生沖突的鏈路填補進VMCL(k)鏈路集合中，由此形成沖突干擾圖IC(k)＝{V_I(k),E_I(k)}，其中V_I(k)表示沖突干擾圖IC(k)中節點的集合，E_I(k)表示沖突干擾圖IC(k)中鏈路的集合。

105、將步驟104中得到的沖突干擾圖IC(k)＝{V_I(k),E_I(k)}采用順序點著色算法著色，選取質量較好的信道制作成抗干擾信道序列對著色的點進行信道的分配，將上述過程中分配得到的時隙和信道信息的填入調度表part，將所述調度表part進行升級更新，網絡根據調度表中的時隙信道分配信息進行調度運行。