本发明专利技术公开了一种工业无线网络中基于最大匹配的时隙信道分配方法，该方法利用最大匹配算法对网络中的时隙资源进行分配，提升了网络中单位时隙内的数据流量，保障节点的休眠时间；通过点着色算法对网络中的信道资源进行分配，解决网络中的干扰问题。综合两种分配方法为通信网络建立调度表，实现对网络中节点行为的调度管理，增加节点的休眠时间，在保障时隙通信确定性、可靠性的同时节约节点能量，延长网络的生存周期。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业无线通信领域，具体涉及工业无线网络中一种基于最大匹配的时 隙信道分配的实现方法。
技术介绍
近年来，工业无线通信领域相关技术的研究得到了学术界和工业界的广泛关注， 并取得了迅猛的发展。工业无线通信网络与传统有线网络相比，由于其特殊的应用场景，存 在很多现实的约束条件，如传感器节点能量限制、通信能力限制以及计算和储存能力限制 等，如何在诸多限制之下实现对工业无线通信网络中的通信资源进行合理调度分配成为该 领域的一个重要研究内容。 在工业无线通信网络中，通信资源是指数据源点到目的点之间有向通信路径及其 所使用的一系列点到点之间通信所占用的时间和频率。其中时间以时隙的形式体现，时隙 通信机制通过时分复用将时间分割成连续的时间片，保障不同节点之间在不同时间片内进 行数据通信，网络中不同的节点在不同时隙进行合理的收发配置能够有效的避免节点之间 的数据冲突。频率以信道的形式体现，跳信道机制通过频分复用在不同的频率传送数据，不 仅可以增加网络吞吐量，还能有效的降低干扰和多径衰落的影响。 为了实现对网络中通信资源的有效分配，工业无线通信网络通过合理利用时隙通 信机制与跳信道机制制定调度表，调度表通过合理分配时隙和信道等通信资源安排节点在 网络中的行为，网络中的节点根据已经制定好的调度表来执行相应行为，比如节点在某一 时隙和某一信道上发送或者接收数据，在某些时隙进入休眠状态。这种基于时隙通信和跳 信道机制建立调度表的时隙信道分配方式能够保证网络中相互竞争的节点获得合理的通 信资源，能够有效避免冲突，提高吞吐量和带宽利用率，解决现场设备间数据通信的确定 性、可靠性问题。 在工业无线通信领域中，传统基于时隙的调度方法在研究的过程中往往只考虑在 单一的信道上面进行基于时隙的调度，直接对信道资源调度的问题避而不谈，或者将信道 资源调度过程理想化，这在一定程度上造成信道资源的浪费，限制了网络中通信资源调度 分配的合理性。 本专利技术针对以上工业无线通信领域传统调度方法的缺陷，创新性地提出了一种基 于最大匹配的时隙信道分配的实现方法，该调度方法可以直接应用在基于时隙通信和跳信 道机制的工业无线通信网络中，保障网络运行的实时性，可靠性以及较高的网络吞吐量。
技术实现思路
针对以上现有技术中的不足，本专利技术的目的在于提供一种增加了网络的可达吞吐 率、减少延时、节约大量的能量、确定性加强的工业无线网络中基于最大匹配的时隙信道分 配方法，本专利技术的技术方案如下：， 其包括以下步骤： 101、工业无线网络进行初始化，设定初始时隙k = 0，将此时初始时隙k = 0对 应的调度表part进行初始化，即part = 0 ; 102、统计工业无线网络时隙巾贞slotframe中初始时隙k初始=0到k时隙为止 从叶子节点汇聚到主节点PAN协调器总的流量数 qtl(k)及工业无线网络中总的流量数Q， 当qtl(k) = Q时，则表明调度表part已经生成，根据调度表进行时隙信道分配，结束；当 q〇(k)关Q时，贝丨J表明调度表还没有完全生成，跳转至步骤103 ; 103、获取k时隙时的网络拓扑图及k时隙时的物理连通图，并采用最大匹配算法 匈牙利算法求得k时隙时的网络拓扑图的免多冲突链路集合VMCL(k); 104、将步骤103求得的免多冲突链路集合VMCL(k)与k时隙时的物理连通图进行 对比，以k时隙物理连通图作为参考，对VMCL(k)链路集合进行修正，剔除VMCL(k)链路集 合中存在而k时隙物理连通图中不存在的链路，将k时隙物理连通图中存在而VMCL(k)链 路集合中不存在且与现有VMCL(k)链路集合不产生冲突的链路填补进VMCL(k)链路集合 中，由此形成冲突干扰图IC(k) = {^ 〇〇，&〇〇}，其中Vjk)表示冲突干扰图IC(k)中节点 的集合，氏(1〇表示冲突干扰图IC(k)中链路的集合。 105、将步骤104中得到的冲突干扰图IC(k) = {VdkhEjk)}采用顺序点着色算 法着色，选取质量较好的信道制作成抗干扰信道序列对着色的点进行信道的分配，将上述 过程中分配得到的时隙和信道信息的填入调度表part，将所述调度表part进行升级更新， 网络根据调度表中的时隙信道分配信息进行调度运行。 进一步的，步骤104中的最大匹配算法匈牙利算法步骤如下： 201、将k时隙时的网络拓扑图顶点划分为两个互不相交子集X，Y,且拓扑图中的 每条边的所关联的两个顶点分别属于这两个不同的顶点集，由此形成该网络拓扑具有二部 划分（Χ，Υ)的二分图，在二分图中任意选定一初始匹配集合Μ ; 202、若顶点集X或Υ中每一个顶点都在匹配集合Μ中，则称匹配集合Μ饱和，若匹 配集合Μ饱和，则跳至步骤207,若匹配集合Μ不饱和，则跳至步骤203 ; 203、若图中一顶点不在匹配集合Μ中，则称该顶点为非Μ饱和点，在集合X中任 意选定初始匹配集合Μ的一个非Μ饱和点X，将X存入集合X对应的非饱和点集合S中，即 S = {χ}，集合Υ对应的非饱和点集合Τ为空集，即Τ = Φ ; 204、获取非饱和点集合S中所有与X相邻的点的集合N(S)，若N(S) = Τ，则跳转 至步骤207 ;否则任选一点y e N(S)-T ; 205、若y为匹配集合Μ的一个顶点，即y为Μ饱和点，则转到步骤206,否则选取一 条从X到y的Μ可增广路Ρ，将集合Μ与集合Ρ的并集去除集合Μ与集合Ρ的交集后的集合 作为新的匹配集合Μ，即Μ = Μ θ Ρ，转到步骤202 ; 206、由于y是匹配集合Μ中的Μ饱和点，则匹配集合Μ中必然存在一条边{y，u}， 将这条边的另一个顶点u加入到X对应的非饱和点集合S中，即S = S U {u}，将y加入到 Y对应的非饱和点集合T中，S卩T = T U {y}，最后从顶点u的相邻的点的集合中选出非Μ 饱和点加入到N(S)中，转到步骤/204 ; 207、结束寻找，得到最大匹配集合M'。 进一步的，所述步骤105中的顺序点着色算法步骤中，还包括采用选择函数仏〇〇 =max{Qj(k) In』e chbi) Λ qj(k)关0},对节点i的流量Qi(k)进行逆序排列的步骤，其中 ch (Pi)表示节点Pi的所有子节点。 本专利技术的优点及有益效果如下： 本专利技术提出的时隙信道分配方法通过利用最大匹配算法以及点着色算法对网络 中的时隙资源以及信道资源进行合理的分配，并且通过匹配问题解决了网络中的隐蔽端问 题，最大匹配提升了网络中的对流量发送最大的要求，增加了网络的可达吞吐率，通过点着 色问题解决了网络中干扰问题，使网络更加稳定。两种方法的结合使网络中的延时减少，确 定性加强，由于调度表在每个时隙都安排最多的数据发送，可以使节点有更多的时间休眠， 因此可以节约大量的能量，使节点的生存期更长。因此本专利技术提出的算法满足资源受限无 线传感网对实时性、确定性以及低功耗的设计要求。 本专利技术提出的分配方法有效的实现了时隙和信道资源的合理分配，根据该分配方 法制定的调度表，可以直接应用在基于时隙通信和跳信道机制的工业无线通信网络中，满 足了工业无本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种工业无线网络中基于最大匹配的时隙信道分配方法，其特征在于包括以下步骤：101、工业无线网络进行初始化，设定初始时隙k初始＝0，将此时初始时隙k＝0对应的调度表part进行初始化，即part＝0；102、统计工业无线网络时隙帧slotframe中初始时隙k初始＝0到k时隙为止从叶子节点汇聚到主节点PAN协调器总的流量数q0(k)及工业无线网络中总的流量数Q，当q0(k)＝Q时，则表明调度表part已经生成，根据调度表进行时隙信道分配，结束；当q0(k)≠Q时，则表明调度表还没有完全生成，跳转至步骤103；103、获取k时隙时的网络拓扑图及k时隙时的物理连通图，并采用最大匹配算法匈牙利算法求得k时隙时的网络拓扑图的免多冲突链路集合VMCL(k)；104、将步骤103求得的免多冲突链路集合VMCL(k)与k时隙时的物理连通图进行对比，以k时隙物理连通图作为参考，对VMCL(k)链路集合进行修正，剔除VMCL(k)链路集合中存在而k时隙物理连通图中不存在的链路，将k时隙物理连通图中存在而VMCL(k)链路集合中不存在且与现有VMCL(k)链路集合不产生冲突的链路填补进VMCL(k)链路集合中，由此形成冲突干扰图IC(k)＝{VI(k),EI(k)}，其中VI(k)表示冲突干扰图IC(k)中节点的集合，EI(k)表示冲突干扰图IC(k)中链路的集合。105、将步骤104中得到的冲突干扰图IC(k)＝{VI(k),EI(k)}采用顺序点着色算法着色，选取质量较好的信道制作成抗干扰信道序列对着色的点进行信道的分配，将上述过程中分配得到的时隙和信道信息的填入调度表part，将所述调度表part进行升级更新，网络根据调度表中的时隙信道分配信息进行调度运行。...
【技术特征摘要】
1. 一种工业无线网络中基于最大匹配的时隙信道分配方法，其特征在于包括以下步 骤： 101、 工业无线网络进行初始化，设定初始时隙kWiJ = 0,将此时初始时隙k = 0对应的 调度表part进行初始化，即part = 0 ; 102、 统计工业无线网络时隙巾贞slotframe中初始时隙kWiJ= 0到k时隙为止从叶子节 点汇聚到主节点PAN协调器总的流量数qtl(k)及工业无线网络中总的流量数Q，当 qtl(k)= Q时，则表明调度表part已经生成，根据调度表进行时隙信道分配，结束；当qtl(k)尹Q时， 则表明调度表还没有完全生成，跳转至步骤103 ; 103、 获取k时隙时的网络拓扑图及k时隙时的物理连通图，并采用最大匹配算法匈牙 利算法求得k时隙时的网络拓扑图的免多冲突链路集合VMCL (k); 104、 将步骤103求得的免多冲突链路集合VMCL(k)与k时隙时的物理连通图进行对 t匕，以k时隙物理连通图作为参考，对VMCL(k)链路集合进行修正，剔除VMCL(k)链路集合 中存在而k时隙物理连通图中不存在的链路，将k时隙物理连通图中存在而VMCL(k)链路 集合中不存在且与现有VMCL(k)链路集合不产生冲突的链路填补进VMCL(k)链路集合中， 由此形成冲突干扰图IC(k) = {VjkhEjk)}，其中Vjk)表示冲突干扰图IC(k)中节点的 集合，Ejk)表示冲突干扰图IC(k)中链路的集合。 105、 将步骤104中得到的冲突干扰图IC(k) = {'(khEdk)}采用顺序点着色算法着 色，选取质量较好的信道制作成抗干扰信道序列对着色的点进行信道的分配，将上述过程 中分配得到的时隙和信道信息的填入调度表part，将所述调度表part进行升级更新，网络 根据调度表中的时隙信道分配信息进行调度运行。2. 根据权利要求1所述的工业无线网络中基于最大匹配的时隙信道分配方法，其特征 在于：步骤104中的最大匹配算法...
【专利技术属性】
技术研发人员：王恒，王平，夏枢洋，刘锋，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85
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