一种基于边着色的无线传感器网络传输调度方法技术

本发明专利技术公开了一种边着色的传输调度方法，该方法包括以下步骤：步骤1，将无线传感器网络转化为图结构；步骤2，跟新边并选取满足条件的边作为侯选边放入集合S；步骤3，初始化队列Q，并将S中的边放入到Q中，然后从Q中取出一条边e并重新分配颜色；步骤4，根据边的颜色给两个传感器之间的通信分配一个时隙。本发明专利技术提供了一种基于边着色的动态无线传感器网络的传输调度，与传统方法相比，无需重新计算，准确率高且计算速度快。计算速度快。计算速度快。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边着色的无线传感器网络传输调度方法


[0001]本专利技术属于无线传感网技术，是一种基于边着色的无线传感器网络传输调度方法。

技术介绍

[0002]近年来，无线传感器网络的部署与设计受到了越来越多的关注。无线传感器在数据的收集和监测方向都有很广泛的应用。这些应用包括环境气候监测、交通状况监测以及搜索救援等。传感器网络就是由许多在空间内分布的传感器构成的计算机网络。
[0003]无线传感网络的传输调度对提高数据传播和数据收集的及时性以及能源效率起着重要的作用，这些都是传感器网络的重要性能指标。在过去，传感器网络通常采用CSMA/CA算法来避免传输的冲突。然而，CSMA/CA只能尽量避免冲突，效果并不是很明显。并且如果使用CSMA/CA，它可能会浪费能量，因为接收器一直在监听信道。相比之下，TDMA可以更容易地确定何时监听信道，何时传输，因此它可以完全避免碰撞，提供一个有界的访问延迟，并实现较高的能源效率。
[0004]TDMA把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙(无论帧或时隙都是互不重叠的)，每个时隙就是一个通信信道，分配给一个传感器。根据一定的时隙分配原则，使各个传感器在每帧内只能按指定的时隙向其他发射信号，在满足定时和同步的条件下，传感器可以在各时隙中接收到其他传感器的信号而互不干扰。同时，传感器发向其他传感器的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输.各传感器只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号(TDM信号)中把发给它的信号区分出来。TDMA系统发射数据是用缓存
‑
突发法，因此对任何一个传感器而言发射都是不连续的。
[0005]在传感器网络中采用TDMA协议的主要挑战是为每对相邻节点分配时间隙。这个问题被称为链路调度。为了避免冲突，可行的时隙分配应该是这样的，即接收节点的一个邻居应该在时隙中进行传输；其他邻居可能会在时隙期间接收。可行时隙分配的一种简单方法是为网络中的每一对邻居分配一个唯一的时隙。虽然这消除了冲突的可能性，但所需的大量时间段增加了通信的延迟。因此，需要一个可行的传输调度方案，使用最少的时间段数量。
[0006]传输调度包括为节点或链路分配时隙。为每个节点分配一个唯一时隙的当然可以避免碰撞，但它消耗太多的时隙；为每一个链路分配一个唯一的时隙也可以避免碰撞，但它有同样的缺点，消耗太多的时隙。为了有效地利用时隙，可以采用了节点调度的节点着色或链路调度的边着色。通过图着色来计算时间表来减少所使用的时隙的数量
[0007]链路时隙分配问题与图的边着色问题密切相关。在有效的边着色中，在同一节点上的两条边不会被分配相同的颜色。Vizing定理指出，一个图的有效边着色最多可以通过使用(δ+1)颜色来获得，其中δ是图中一个节点的最大度。给定传感器网络的图的有效边着色，通过将每个时隙映射到一种颜色，可以获得传感器节点的时隙分配。
[0008]现有的关于边着色的解决方案主要集中在静态图上。然而，现实世界中的许多图
都是高度动态的。同时，传感器网络也是动态变化的。比如，某个传感器被毁坏了，那么与该传感器的通信都是无效的。重新计算又比较浪费时间。所以对于动态图的研究就很有价值。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是设计一个有效的动态边着色算法来对传感器网络的传输进行调度，并能有效地解决传输的冲突问题。
[0010]实现本专利技术目的的技术方案为：一种基于边着色的动态无线传感器网络的传输调度方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：将一个已分配时隙的无线传感器网络转化为无向的无加权图G(V,E)，其中，传感器作为图节点V，传感器与传感器之间的关系作为图的边E，并将传感器之间所分配的时隙转化为对应的颜色；
[0012]步骤2：在G中插入或删除一条边e，将e放入集合S中，并从e的邻居边中选择满足条件的边放入S中；
[0013]步骤3：初始化一个队列Q，并将S中的边放入Q中，从Q中取出一条边并按照动态算法重新分配颜色，并将需要重新着色的边放入Q中，重复运行动态算法直到Q为空；
[0014]步骤4：根据边的颜色给两个传感器之间的通信分配一个时隙。
[0015]优选地，步骤2具体包括如下步骤：
[0016]步骤201，插入或删除一条边e，并更新存储的结构，新插入的边先不分配颜色；
[0017]步骤202，将e放入集合S中，遍历e的邻居边，将优先级大于e且其颜色小于e的边放入S中。
[0018]优选地，优先级的判断方法为：给定两条边(u，v)和(u
′
，v
′
)，假设u的度大于v,u
′
的度大于v
′
，如果满足以下其中一个条件：
[0019]·
deg(u)＞deg(u
′
)
[0020]·
deg(u)＝deg(u
′
)，deg(v)＞deg(v
′
)
[0021]则(u，v)优先于(u
′
，v
′
)，其中deg表示节点的度；
[0022]当deg(u)＝deg(u
′
)并且deg(v)＝deg(v
′
)，id更小的边优先。
[0023]步骤3具体包括如下步骤：
[0024]步骤301，初始化一个队列Q，并将S中的边放入到Q中，从Q中取出一条边e；
[0025]步骤302，收集优先级比e高的边的颜色，并将这些颜色放入集合C中；
[0026]步骤303，重新计算边e的颜色，具体计算公式为：
[0027][0028]其中，e.color表示e的颜色，N表示自然数，C表示步骤302中收集颜色的集合。
[0029]步骤304，如果重新分配给e的颜色与颜色与原先e的颜色不相同，将优先级比e小的边放入队列Q之中，重复步骤302，303和304直至队列为空集。
[0030]本专利技术与与现有技术相比，其显著优点为：一方面可以保证着色使用的颜色数量少，即使用的时隙少，另一方面避免了一些不必要的计算，优化了计算的时间。
[0031]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
[0032]图1是一个边着色的实例图。
[0033]图2是跟新图后算法一的实例图。
[0034]图3是动态着色算法流程图。
具体实施方式
[0035]一种基于边着色的无线传感器网络传输调度方法，具体步骤为：
[0036]步骤1，将一个无线传感器网络转化成一个无向的无加权图G(V,E)，其中V(G)表示节点集合，E(G)表示G中的边集合。将节点数表示为n，边数表示为m。每个节点都有一个唯一的id，用id(u,G)来表示节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于边着色的动态无线传感器网络的传输调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将一个已分配时隙的无线传感器网络转化为无向的无加权图G(V,E)，其中，传感器作为图节点V，传感器与传感器之间的关系作为图的边E，并将传感器之间所分配的时隙转化为对应的颜色；步骤2：在G中插入或删除一条边e，将e放入集合S中，并从e的邻居边中选择满足条件的边放入S中；步骤3：初始化一个队列Q，并将S中的边放入Q中，从Q中取出一条边并按照动态算法重新分配颜色，并将需要重新着色的边放入Q中，重复运行动态算法直到Q为空；步骤4：根据边的颜色给两个传感器之间的通信分配一个时隙。2.根据权利要求1所述的基于边着色的动态无线传感器网络的传输调度方法，其特征在于，步骤2具体包括如下步骤：步骤201，插入或删除一条边e，并更新存储的结构，新插入的边先不分配颜色；步骤202，将e放入集合S中，遍历e的邻居边，将优先级大于e且其颜色小于e的边放入S中。3.根据权利要求2所述的基于边着色的动态无线传感器网络的传输调度方法，其特征在于，优先级的判断方法为：给定两条边(u，v)和(u
′
，v
′
)，假设u的度大于v,u
′
的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄哲鹏，袁龙，陈紫，俞唯仁，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：