专利名称：一种时隙和信道的分配方法及无线传感器网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种时隙和信道的分配方法及无线传感器网络。
背景技术：
无线传感器网络由于网络节点数量巨大，且布设后很少更换电池，存在能量约束问题，基于这方面的考虑，近年来面向无线传感器网络而设计的信道调度和分配方法中引入了两个关键技术多信道机制和时隙预约机制。根据多信道机制，网络中的节点在不同时间可以在多个信道上进行通信。根据时隙预约机制，节点通过预约通信时隙，避免频繁发送RTS/CTS信号，从而达到节能的目的。因此，在时分多信道模式下，如何尽可能满足所有节点的通信需求，最优化的分配信道和时隙资源是当前无线传感器网络亟待解决的问题。现有技术中在无线网状网中信道和时隙的联合调度与分配方法，是基于分布式架构的，其负责分配信道和时隙的节点主要考虑周围一跳通信范围内的节点的通信需求，且网络中存在多个负责分配的节点，而在集中式架构中，负责分配信道和时隙的节点只有一个，它需要收集网络中所有节点的通信需求，并予以分配，所以分布式架构下的信道和时隙分配方法不能适用于集中式时分多信道模式下信道和时隙的分配。
发明内容
本发明实施例提供一种时隙和信道的分配方法及无线传感器网络，能够在集中式时分多信道模式下更优化的分配信道和时隙资源。为了解决上述技术问题，本发明实施例的技术方案如下一种时隙和信道的分配方法，包括簇头确定簇内未进行信道和时隙分配的各通信节点所需要的时隙长度及可用时隙；在所述未进行信道和时隙分配的各通信节点中选取第一通信节点，所述第一通信节点所需要的时隙与可用时隙之间的较小值满足预置条件；根据可用信道和时隙，为所述第一通信节点与第二通信节点间的通信分配信道和时隙，其中，所述第二通信节点至少为一个；分配完成后，判断簇内是否还存在未进行信道和时隙分配的通信节点，若是，则重复上述步骤，直至满足分配终止条件。进一步，所述第一通信节点所需要的时隙与可用时隙之间的较小值满足预置条件，具体为在所述未进行信道和时隙分配的各通信节点中，所述第一通信节点所需要的时隙和可用时隙之间的较小值最大。进一步，所述根据可用信道和时隙，为所述第一通信节点与第二通信节点间的通、信分配信道和时隙，包括若所述第二通信节点至少为两个，则分别确定各所述第二通信节点与所述第一通信节点之外的通信节点间的通信所需要的时隙长度；根据确定出的时隙长度，由短到长依次为各所述第二通信节点与所述第一通信节点间的通信分配信道和时隙。进一步，为各所述第二通信节点与所述第一通信节点间的通信所分配的信道为同一信道，且所分配的时隙相互连续。进一步，所述根据可用信道和时隙，为所述第一通信节点与第二通信节点间的通信分配信道和时隙，具体为将为所述第一通信节点与第二通信节点间的通信所分配的时隙，向由信道数和时隙数组成的信道时隙资源表上映射。 进一步，所述分配终止条件为所述可用信道和时隙已全部分配，或者簇内各通信节点均已分配信道和时隙。一种无线传感器网络，包括时隙确定单元，用于簇头确定簇内未进行信道和时隙分配的各通信节点所需要的时隙长度及可用时隙；节点选择单元，用于在所述未进行信道和时隙分配的各通信节点中选取第一通信节点，所述第一通信节点所需要的时隙与可用时隙之间的较小值满足预置条件；资源分配单元，用于根据可用信道和时隙，为所述第一通信节点与第二通信节点间的通信分配信道和时隙，其中，所述第二通信节点至少为一个；判断单元，用于在所述资源分配单元分配完成后，判断簇内是否还存在未进行信道和时隙分配的通信节点，若是，则由所述时隙确定单元、节点选择单元和资源分配单元进行信道和时隙分配，直至满足分配终止条件。进一步，所述资源分配单元包括确定子单元，用于当所述第二通信节点至少为两个时，分别确定各所述第二通信节点与所述第一通信节点之外的通信节点间的通信所需要的时隙长度；分配子单元，用于根据确定出的时隙长度，由短到长依次为各所述第二通信节点与所述第一通信节点间的通信分配信道和时隙。进一步，所述分配子单元为各所述第二通信节点与所述第一通信节点间的通信所分配的信道为同一信道，且所分配的时隙相互连续。进一步，所述资源分配单元，具体用于将为所述第一通信节点与第二通信节点间的通信所分配的时隙，向由信道数和时隙数组成的信道时隙资源表上映射。进一步，所述分配终止条件为所述可用信道和时隙已全部分配，或者簇内各通信节点均已分配信道和时隙。本发明实施例方法实现了多信道单射频模式下集中式簇头决策的信道时隙联合调度和分配，提高了簇内通信吞吐量。该方法可以适用于簇内节点通信请求动态变化情形，且对节点数目没有限制，具有普适性。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是本发明实施例一种时隙和信道的分配方法流程图；图2是本发明实施例另一种时隙和信道的分配方法流程图；图3是图2所示实施例中簇头网络结构示意图；图4是本发明实施例一种无线传感器网络的结构示意图；图5是本发明实施例另一种无线传感器网络的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，附图仅提供参考与说明，并非用来限制本发明。下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行描述。参见图1，为本发明实施例一种时隙和信道的分配方法流程图。在本实施例中，该无线传感器网络具有多信道单射频半双工特性，即网络内的节点可以在多个信道下工作，但同一时刻只能占用一个信道，且不能同时收发数据。该无线传感器网络的时隙和信道分配方法可以包括步骤101，簇头确定簇内未进行信道和时隙分配的各通信节点所需要的时隙长度及可用时隙。在进行信道和时隙分配之前，首先由该无线传感器网络的簇头对簇内未分配信道和时隙的各通信节点的通信需求进行收集，确定各通信节点需要的时隙长度，及其可用的时隙。步骤102，在未进行信道和时隙分配的各通信节点中选取第一通信节点。根据上一步骤中确定的各通信节点所需的时隙长度及可用时隙，在各通信节点中选取第一通信节点，该第一通信节点所需要的时隙与其可用时隙之间的较小值满足一定的预置条件，其中，预置条件可以是该第一通信节点所需要的时隙和可用时隙之间的较小值与其它未分配信道和时隙的通信节点相比最大，当然还可以针对该较小值设置其它的条件，此处不再赘述。步骤103，根据可用信道和时隙，为第一通信节点与第二通信节点间的通信分配信道和时隙。在确定出第一通信节点后，即可为该第一通信节点与簇内其它通信节点之间的通信分配信道和时隙，其中，与该第一通信节点具有通信需求的节点记为第二通信节点，该第二通信节点至少为一个。具体的，可以根据第一通信节点和第二通信节点各自的可用的信道和时隙，为该第一通信节点与第二通信节点之间的通信分配信道和时隙。若第二通信节点为多个，则在具体分配时可以针对第一通信节点与各第二通信节点之间的通信依次进行分配，也可以根据一定的顺序原则进行分配，例如，分别确定各第二通信节点与第一通信节点之外的通信节点间的通信所需要的时隙长度；根据确定出的时隙长度，由短到长依次为各第二通信节点与第一通信节点间的通信分配信道和时隙。在分配信道和时隙时，可以先分配信道，然后再根据所需求的时隙长度进行时隙分配。步骤104，分配完成后，判断簇内是否还存在未进行信道和时隙分配的通信节点，若是，则重复上述步骤，直至满足分配终止条件。在为第一通信节点与簇内其他通信节点之间的通信分配完成，进一步判断簇内是否还存在未分配的通信节点，若否，则资源(信道和时隙)分配结束，若是，则重复执行步骤101 104，直至满足分配终止条件。本实施例中，该分配终止条件可以是可用信道和时隙已全部分配，或不足够支持余下的通信需求，或者簇内各通信节点均已分配信道和时隙。本发明实施例方法实现了多信道单射频模式下集中式簇头决策的信道时隙联合调度和分配，提高了簇内通信吞吐量。该方法可以适用于簇内节点通信请求动态变化情形， 且对节点数目没有限制，具有普适性。参见图2，为本发明实施例另一种时隙和信道的分配方法流程图。在本实施例中，假定簇头网络结构如图3所示，节点A为该网络中的簇头，节点B、C、D、E、F为该网络中的簇内节点，其中，簇头为负责统一为簇内节点分配时隙和信道的节点。该网络结构中各节点的可用信道的个数均为2,分别为channel 1> channel 2,各节点在每个信道的可用时隙为9个，分别为slot I slot 9，即上述节点同一时刻可以在channel I或channel 2中任意一个信道工作,一个调度周期分为9个时隙可供分配。 本实施例中，时隙和信道的分配方法可以包括步骤201，在一个调度周期内，簇头A确定簇内各节点的通信需求。簇头A根据接收到的通信请求确定各节点的通信需求，该通信请求中包含一个节点向另一节点发送数据所请求的时隙长度。例如，在一个调度周期内簇头A收集到的簇内节点通信请求如下节点A请求5个时隙向节点B发送数据，节点A请求4个时隙向节点C发送数据，节点C请求4个时隙向节点D发送数据，节点D请求4个时隙向节点E发送数据。则可确定具有通信需求的节点的集合为{A、B、C、D、E}，各节点所需求的时隙总长依次为{9，5，8，8，4}。步骤202，选取第一通信节点。基于步骤201中确定的通信需求，节点A需求9个时隙，其可用时隙也为9个，取所需时隙长度与可用时隙的较小值即min (所需时隙长度，可用时隙长度)，可得节点A对应的较小值为9，节点A的较小值相对于其它节点的较小值都大，因此在本步骤中，节点A即为
第一通信节点。在另一实施例中，若节点A所需要的时隙长度为11个，但节点A可用的时隙长度为7，则min(所需时隙长度，可用时隙)=7;同时，节点B所需的时隙长度为8个，但节点B可用的时隙长度为9，则min (所需时隙长度，可用时隙)=8，由于节点A对应的较小值小于节点B对应的较小值，因此，应该首先选择节点B作为第一通信节点。步骤203，分别确定各第二通信节点与第一通信节点之外的通信节点间的通信所需要的时隙长度。
与第一通信节点具有通信需求的节点即为第二通信节点，在本步骤中，若节点A为第一通信节点，则与该第一通信节点A具有通信需求的节点为节点B、C，节点B、C记为第二通信节点，其中，节点B与节点A之外的其它节点没有通信需求，而节点C与节点A之外的节点D具有通信需求，且请求4个时隙。步骤204，根据确定出的时隙长度，由短到长依次为各第二通信节点与第一通信节点间的通信分配信道和时隙。 比较而言，首先为第一通信节点A与第二通信节点B之间的通信分配信道和时隙。在本步骤中，第一通信节点A和第二通信节点B当前可用信道均为channel Uchannel 2,可用时隙均为slot I slot 9，第一通信节点A与第二通信节点B之间通信所需的时隙长为5个。在本步骤中可以任选一个信道,如channel I,作为第一通信节点和第二通信节点使用的信道，然后在可用时隙中任意选取5个时隙,如slot I slot 5,分配给第一通信节点A和第二通信节点B。在具体操作过程中，分配信道和时隙的过程即将每个通信任务所需的时隙数向由信道数M和时隙数N组成的信道时隙资源表上映射。其中，TF_Table_Tr_Node为节点信道和时隙发送记录表格，TF_Table_Re_Node为节点信道和时隙接收记录表格，则映射后，两记录表格为TF—Tab I e—Tr_Node I
Slotl Slot2 Slot3 Slot4 Slot5 I Slot6 I Slot7 I Slot8 I Slot9Channell AAAAAChannel2TF—Table—Re—Node I
I~Slotl~I~Slot2~^~Slot3 I Slot4 I Slot5 I Slot6 I Slot7 I Slot8 I Slot9Channel I BBBBB
Channe12其次，为第一通信节点A与第二通信节点C之间的通信分配信道和时隙。第一通信节点A当前可用信道为channel I和channel 2,可用时隙为slot 6 slot 9,第二通信节点C当前可用信道为channel I和channel 2,可用时隙为slot I slot 9。第一通信节点A与第二通信节点C之间所需时隙为4个，所以可以选取channel I作为第一通信节点A和第二通信节点C使用的信道，将时隙slot 6 slot 9分配给第一通信节点A和第二通信节点C。映射到信道时隙资源表后，两记录表格更新为TF_Table_Tr_Node 权利要求
1.一种时隙和信道的分配方法,其特征在于,包括 簇头确定簇内未进行信道和时隙分配的各通信节点所需要的时隙长度及可用时隙； 在所述未进行信道和时隙分配的各通信节点中选取第一通信节点，所述第一通信节点所需要的时隙与可用时隙之间的较小值满足预置条件； 根据可用信道和时隙，为所述第一通信节点与第二通信节点间的通信分配信道和时隙，其中，所述第二通信节点至少为一个； 分配完成后，判断簇内是否还存在未进行信道和时隙分配的通信节点，若是，则重复上述步骤，直至满足分配终止条件。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一通信节点所需要的时隙与可用时隙之间的较小值满足预置条件，具体为 在所述未进行信道和时隙分配的各通信节点中，所述第一通信节点所需要的时隙和可用时隙之间的较小值最大。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述根据可用信道和时隙，为所述第一通信节点与第二通信节点间的通信分配信道和时隙，包括 若所述第二通信节点至少为两个，则分别确定各所述第二通信节点与所述第一通信节点之外的通信节点间的通信所需要的时隙长度； 根据确定出的时隙长度，由短到长依次为各所述第二通信节点与所述第一通信节点间的通信分配信道和时隙。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，为各所述第二通信节点与所述第一通信节点间的通信所分配的信道为同一信道，且所分配的时隙相互连续。
5.根据权利要求I至4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据可用信道和时隙，为所述第一通信节点与第二通信节点间的通信分配信道和时隙，具体为 将为所述第一通信节点与第二通信节点间的通信所分配的时隙，向由信道数和时隙数组成的信道时隙资源表上映射。
6.根据权利要求I至4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述分配终止条件为所述可用信道和时隙已全部分配，或者簇内各通信节点均已分配信道和时隙。
7.一种无线传感器网络，其特征在于，包括 时隙确定单元，用于簇头确定簇内未进行信道和时隙分配的各通信节点所需要的时隙长度及可用时隙； 节点选择单元，用于在所述未进行信道和时隙分配的各通信节点中选取第一通信节点，所述第一通信节点所需要的时隙与可用时隙之间的较小值满足预置条件； 资源分配单元，用于根据可用信道和时隙，为所述第一通信节点与第二通信节点间的通信分配信道和时隙，其中，所述第二通信节点至少为一个； 判断单元，用于在所述资源分配单元分配完成后，判断簇内是否还存在未进行信道和时隙分配的通信节点，若是，则由所述时隙确定单元、节点选择单元和资源分配单元进行信道和时隙分配，直至满足分配终止条件。
8.根据权利要求7所述的无线传感器网络，其特征在于，所述资源分配单元包括 确定子单元，用于当所述第二通信节点至少为两个时，分别确定各所述第二通信节点与所述第一通信节点之外的通信节点间的通信所需要的时隙长度；分配子单元，用于根据确定出的时隙长度，由短到长依次为各所述第二通信节点与所述第一通信节点间的通信分配信道和时隙。
9.根据权利要求8所述的无线传感器网络，其特征在于，所述分配子单元为各所述第二通信节点与所述第一通信节点间的通信所分配的信道为同一信道，且所分配的时隙相互连续。
10.根据权利要求7至9中任意一项所述的无线传感器网络，其特征在于， 所述资源分配单元，具体用于将为所述第一通信节点与第二通信节点间的通信所分配的时隙，向由信道数和时隙数组成的信道时隙资源表上映射。
11.根据权利要求7至9中任意一项所述的无线传感器网络，其特征在于，所述分配终止条件为所述可用信道和时隙已全部分配，或者簇内各通信节点均已分配信道和时隙。
全文摘要
本发明提供一种时隙和信道的分配方法及无线传感器网络。分配方法包括簇头确定簇内未进行信道和时隙分配的各通信节点所需要的时隙长度及可用时隙；在所述未进行信道和时隙分配的各通信节点中选取第一通信节点，所述第一通信节点所需要的时隙与可用时隙之间的较小值满足预置条件；根据可用信道和时隙，为所述第一通信节点与第二通信节点间的通信分配信道和时隙，其中，所述第二通信节点至少为一个；分配完成后，判断簇内是否还存在未进行信道和时隙分配的通信节点，若是，则重复上述步骤，直至满足分配终止条件。本发明实施例方法实现了多信道单射频模式下集中式簇头决策的信道时隙联合调度和分配，提高了簇内通信吞吐量。
文档编号H04W84/18GK102740474SQ20111009138
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月12日 优先权日2011年4月12日
发明者严凯 申请人:无锡物联网产业研究院