如式(3)所示。S中的每個元素為sij。
[0034]
(3)
[0035] 9)若收發節點對的數目Μ與信道數N不等，則信道分配矩陣S不是方陣，因此需要進 行矩陣變換。具體操作為增加虛節點或虛信道。在信道分配矩陣S中，虛節點和虛信道對應 位置的元素均為0。
[0036] 10)獲得經過變化的信道分配矩陣S后，中屯、控制節點即可進行信道分配。信道分 配結果要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，因此分配 結果可用矩陣X表示。X為ΜΧΝ的矩陣，其中每個元素 W的取值只有0和1兩種情況，表示第i 對收發節點是否接入信道j。具體為：
[0037]
(4)
[0038] 11)本發明中的網絡通信容量C可由各對收發節點所使用信道的帶寬Bi和該信道 空閑概率PU的乘積之和表示。信道分配的結果需使網絡獲得最大的通信容量C，因此信道分 配的目標函數關
匈牙利算法是求解運一問題的標準解法，采用匈牙利 算法可獲得理論上最大的通信容量。因此本發明采用匈牙利算法求解信道分配結果。
[0039] 12)中屯、控制節點求得信道分配結果后，需向網絡中的所有節點廣播發送信道分 配結果，之后各個節點即可在分配的信道上進行通信。
[0040] 現W4對收發節點接入4條信道為例進行說明。設四條信道的帶寬均為1。四對收發 節點分別為S1-D1，S2-D2，S3-D3和S4-D4，其中S表示發送節點，D表示接收節點。四對節點的 信道概率向量分別為：
[0041 ] Wi= [pii ,pi2 ,pi3 ,ρμ] = [0.2599,0.8001,0.4314,0.9106]
[0042] W2=[P21,P22,P23,P24] = [0.1818,0.2638,0.1455,0.1461]
[0043] W3 = [P31，P32，P33，P34] = [ 0.8693，0.5797，0.5499，0.1450 ]
[0044] W4=[P41,P42,P43,P44] = [0.8530,0.6221,0.3510,0.5132]
[0045] 將Wi組合成矩陣并與帶寬相乘，組合成信道分配矩陣S，如下式所示
[0046]
[0047] 中屯、控制節點使用匈牙利算法，計算信道分配結果，結果如矩陣X所示：
[004引
[0049]矩陣X表明將信道4分配給收發節點對1，信道2分配給收發節點對2,信道3分配給 收發節點對3,信道1分配給收發節點對4,從而實現頻分復用的通信。信道分配結果可W獲 得2.5773的通信容量，運是所有可能的分配結果中通信容量的最大值。
【主權項】
1. 一種水下傳感器網絡中獲得最大通信容量的信道分配方法，包括： (1) 在水下傳感器網絡設置兩類節點，第一類為數據收發節點，在收發節點之間會傳輸 數據，設網絡中共有M對收發節點;第二類為中屯、控制節點，網絡中只有一個中屯、控制節點， 該節點收集各對收發節點的信道概率向量，并計算最終的信道分配結果； (2) 將水下傳感器網絡的信道分為兩類，第一類為收發節點對進行數據傳輸的普通信 道，設網絡中共有N條普通信道，各條信道的帶寬分別為Bi,各對收發節點使用頻分復用的 方式進行數據傳輸，即一對收發節點使用一條獨立的信道;第二類為控制信道，控制信道只 用于傳輸信道概率向量和信道分配結果，不傳輸收發節點間的數據； (3) 各對收發節點在開始通信前需協商各自使用的信道，協商過程采用時分復用的通 信方式，每對收發節點中的發送節點依次向中屯、控制節點發送信道概率向量，中屯、控制節 點在接收信道概率向量后，進行信道分配，并廣播發送信道分配結果，信道分配結果需保證 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，同時該結果需使網絡獲 得最大的通信容量，中屯、控制節點使用匈牙利算法實現運一目標； (4) 所有發送節點和接收節點須有相同的時鐘，他們保持全網同步。2. 根據權利要求1所述的信道分配方法，其特征在于，（3)的具體步驟如下： 1) 設第i對收發節點的發送節點向中屯、控制節點發送的信道概率向量為Wi, Wi為行向 量，共有N個元素，每個元素是節點感知到對應信道可能空閑的概率，如式(1)所示： Wi=[Pil，Pi2，Pi3，...PiN] (1) 其中，PU是第i個收發節點對認為第j條信道可能空閑的概率，PU < 1 ; 2) 中屯、控制節點將M個行向量Wi排列成矩陣W，其中每對收發節點的行向量Wi為矩陣的 一行，如式(2)所示：(2) 3) 將W的每一列元素與相應信道的帶寬相乘，得到信道分配矩陣S，如式(3)所示，S中的 每個元素為SiJ:餅 4) 若首發節點對的數目M與信道數N不等，則信道分配矩陣S不是方陣，需要進行矩陣變 換，具體操作為增加虛節點或虛信道。在信道分配矩陣S中，虛節點和虛信道對應位置的元 素均為0; 5) 獲得經過變化的信道分配矩陣S后，中屯、控制節點進行信道分配，信道分配結果要保 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，信道分配結果用矩陣X 表示，X為MXN的矩陣，其中每個元素 Xij的取值只有0和1兩種情況，表示第i對收發節點是否 接入信道j，具體為： _ r〇節點對i不接入信道j , 節點對i接入信道j 4 6)定義網絡通信容量C由各對收發節點所使用信道的帶寬Bi和該信道空閑概率PU的乘 積之和表示，信道分配的結果需使網絡獲得最大的通信容量C，信道分配的目標函數為，采用匈牙利算法求解信道分配結果。
【專利摘要】本發明提供一種水下傳感器網絡中獲得最大通信容量的信道分配方法，包括：在水下傳感器網絡設置兩類節點：數據收發節點和中心控制節點；將水下傳感器網絡的信道分為兩類，第一類為收發節點對進行數據傳輸的普通信道；第二類為控制信道，控制信道只用于傳輸信道概率向量和信道分配結果，不傳輸收發節點間的數據；各對收發節點在開始通信前需協商各自使用的信道，協商過程采用時分復用的通信方式，每對收發節點中的發送節點依次向中心控制節點發送信道概率向量，中心控制節點在接收信道概率向量后，進行信道分配，并廣播發送信道分配結果。本發明的信道分配方法可以獲得最大通信容量。
【IPC分類】H04W72/08, H04W72/04
【公開號】CN105657840
【申請號】
【發明人】李雅婧, 金志剛
【申請人】天津大學
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年1月5日