[發明專利]水下傳感器網絡中避免節點長期占用信道的頻譜分配方法

有效

• 申請號: 201610026975.0
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105657841B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 李雅婧;金志剛;蘇毅珊
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W72/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及水下傳感器網絡中避免節點長期占用信道的頻譜分配方法，用于存在中心節點的水下傳感器網絡，網絡中的中心節點保存每對節點接入各條信道的次數，此外，中心節點為每個節點對均設置公平向量，公平向量中的元素值為節點對接入信道次數的函數。本發明能有效減小虛假信息對頻譜分配的干擾，避免惡意節點長期占用信道。本發明的技術方案如下。

技術領域

本發明屬于水下聲通信技術領域，涉及一種頻譜分配方法。

背景技術

水下傳感器網絡是對海洋進行開發利用的有利工具。為了充分利用稀缺的水下頻譜資源，認知水下聲通信的概念應運而生。在采用認知技術的水聲網絡中，節點可以感知周圍環境，從而動態地改變自身的工作參數，以實現與周圍環境的最佳匹配。認知水下網絡中存在著主節點和次級節點。主節點主要為水下生物，他們有著優先使用頻譜的特權。次級節點為各種人工傳感器節點，當認知網絡中的主用戶未使用頻譜資源時，傳感器節點可以接入信道，實現自己的通信需求。

頻譜分配方法解決了如何將空閑的頻譜分配給多對認知節點。現有的頻譜分配方法以節點發送的信道信息作為分配依據，但未考慮到節點可能發送的虛假信息的情況。部分節點為了滿足自身的通信需求，試圖長期占用某個性能較好的信道。這些節點被稱為網絡中的惡意節點。惡意節點故意發送虛假的信道信息，以獲得有利于自己通信的頻譜分配結果，從而對正常的頻譜分配產生干擾。在這一情況下，其他節點將無法接入這一信道，失去了接入信道的公平性。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種新的頻譜分配方法，該方法能有效減小虛假信息對頻譜分配的干擾，避免惡意節點長期占用信道。本發明的技術方案如下：

一種水下傳感器網絡中避免節點長期占用信道的頻譜分配方法，用于存在中心節點的水下傳感器網絡，水下傳感器網絡中的頻譜資源被分成了多條信道，設存在N條普通信道，該網絡中有M對普通的收發節點，每對收發節點將選擇一條信道進行數據傳輸；此外網絡中還有控制信道，控制信道不用做數據傳輸，只傳輸各對節點的信道信息和頻譜分配結果，在進行分配前需要各個收發節點對向中心節點發送信道空閑概率向量，信道空閑概率向量的發送采用時分復用的方式，各對收發節點依次發送各自的信道空閑概率向量；其特征在于，

(1)為避免個別節點對長期占用某些信道，網絡中的中心節點保存每對節點接入各條信道的次數，此外，中心節點為每個節點對均設置公平向量，公平向量中的元素值為節點對接入信道次數的函數，設c_ij為第i對收發節點接入第j條信道的次數，對于所有的收發節點對，c_ij的初始值均為0，中心節點在接收到M個發送節點的信道空閑概率向量W_i后，更新各個收發節點對的公平向量，第i對收發節點的公平向量Q_i由N個元素組成，Q_i為行向量，每個元素為該收發節點對接入某一信道次數c_ij的函數，當c_ij＝0時，公平向量的取值為1，且隨著c_ij的增大，公平向量中的元素取值將減小；

(2)頻譜分配結果需保證每對收發節點可接入一條信道，且每條信道上只有一對收發節點，使用匈牙利算法計算頻譜分配結果。

其中，可取

該方法在水聲網絡中設立了一個中心節點和一條控制信道。中心節點在控制信道上接收普通收發節點的發送的信道空閑概率向量，進行頻譜分配，并廣播分配結果。為避免某些節點長期占用某條信道，中心節點保存了各對收發節點接入各條信道的次數，并設立了相應的公平向量。本發明提出的頻譜分配方法采用了匈牙利算法計算分配結果，以保證節點對之間不發生沖突。

附圖說明

圖1.中心節點進行頻譜分配的流程圖

圖2.未引入公平向量時，1000次頻譜分配后節點對接入各條信道的分布情況