【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工业无线传感网领域，特别涉及一种基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度方法及系统。
技术介绍
1、随着工业自动化和物联网技术的迅猛发展，数据密集型网络的关键性日益显著。在这一发展背景下，有效分配网络资源变得尤为紧迫。在过去的无线传感网中，单射频接口是主流选择，它通过单一射频接口进行数据传输。然而，随着网络数据量的不断增加，单射频接口的局限逐渐凸显。在单射频接口网络中，整个通信系统仅能利用有限的射频接口资源，尤其是在密度和流量较高的应用场景下，会导致网络拥塞和性能瓶颈。同时，由于在多对一的单射频接口无线传感网中，多个设备共享同一射频接口，在它们需要同时传输数据时，需要进行网络资源分配，不适当的分配会导致数据传输高时延，甚至网络丢包。
2、为了解决单射频接口所带来的问题，并考虑到射频器件价格的降低，研究者们逐渐将目光转向多射频接口技术，期望在提高网络性能、减少干扰、增强数据实时性等方面取得更为优越的结果。然而，目前主要的调度方法集中在单射频接口上，若将这些方法直接应用于多射频接口场景，无法直接应用。目前多射频接口的调度方法主要应用在随机网络，调度目标主要是提高网络吞吐量，很少考虑确定性网络的传输时延问题。因此，如何进行多射频接口的工业无线传感网的无冲突调度成为本专利技术的核心问题。
技术实现思路
1、为了降低网络数据传输延迟，本专利技术提出一种基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度方法，包括以下步骤：
2、s1、构建全局多维冲突图，并将采集
3、s2、从所有源节点开始，从全局冲突图中提取当前时隙t的剩余数据流的当前跳数q的多维冲突图子图；
4、s3、在多维冲突图子图中寻找独立集，得到当前时隙t的调度集合mq，从全局冲突图中删除与mq中所有元组相冲突的元组集合，并更新网络全局冲突图；
5、s4、记录当前多维冲突图子图中每个数据接收端接口使用情况以及数据包量；
6、s5、如果数据发送端数据未被调度完，且所有数据接收端已被充分调度，则t＝t+1，并从当前数据流集合中删除mq对应的数据流，更新当前剩余数据流集合，返回s1；
7、s6、如果数据发送端数据被调度完，从所有数据接收端中找到接口未使用完且存在数据包的最小时隙t'，更新t＝t'，跳数q＝q+1，返回s1。
8、进一步的，在多维冲突图子图中寻找独立集，得到当前时隙t的调度集合mq的过程包括：
9、s31、在保证节点时隙t使用接口数量小于等于节点总接口数的前提下，按照传感器节点的优先级顺序依次对数据流从多维冲突图子图中选择一个链路数量最少的信道所对应的元组τ，并将元组放在mq；
10、s32、从多维冲突图子图中删除与τ相冲突的元组集合，并从数据流集合中删除元组τ对应的数据流，更新当前多维冲突图子图与剩余数据流；
11、s34、若节点接口未使用完，返回s31；
12、s35、若父节点接口使用完或者所有子节点数据包调度完，返回当前多维冲突图子图的调度集合mq。
13、进一步的，全局多维冲突图中的点由数据流、链路、接口、信道、时隙组成的元组构成，全局多维冲突图中一个元组τ表示为：
14、τ＝(f,(a,b),(ra,rb),c,t)
15、其中，f表示一条数据流；(a,b)表示一条链路，a、b分别为链路两端的节点；(ra,rb)表示链路的接口，ra、rb分别表示节点a、节点b选用的一个接口编号；c表示选用的信道编号；t表示时隙编号。
16、进一步的，全局多维冲突图中若两个元组之间存在冲突则不能同时进行调度，全局多维冲突图中链路由两个元组之间的冲突关系构成，两个元组之间的冲突关系包括：
17、当两个元组的链路在彼此的干扰范围内且两个元组在同时隙、同信道下传输，则发生同信道冲突；
18、当两个元组的在同一时隙具有公共节点且公共节点使用相同射频接口进行传输，则发生射频接口冲突；
19、当两个元组的链路和数据流相同，则发生数据流冲突；
20、若一个数据流的第i跳的链路时隙大于或等于第i+1跳的链路时隙，则发生时隙冲突。
21、进一步的，全局多维冲突图表示为gg＝(vg,εg)，其中：
22、
23、其中，vg表示全局多维冲突图中所有的顶点，τ表示全局多维冲突图中一个元组；f表示所有数据流的集合；表示数据流f从源节点到目的节点的最短路径包括的所有链路集合；ra、rb分别表示节点a、节点b所有可选用的接口集合；c表示一个调度任务的所有可选用的信道集合；t表示表示一个调度任务的所有时隙的集合；εg表示全局冲突图中元组之间的链接，即元组之间存在冲突关系；为全局多维冲突图中顶点的数量，|·|表示求集合中元素的个数。
24、进一步的，从全局冲突图中提取当前时隙t的剩余数据流的当前跳数q的多维冲突图子图，即从全局多维冲突图中获取声誉流量数据当前跳数q在时隙t上对应的链路的所有元组，这些元组构成多维冲突图子图，多维冲突图子图表示为：
25、
26、其中，表示当前跳数q在时隙t上对应的多维冲突图子图；为多维冲突图子图中所有的顶点，表示为vg为全局多维冲突图中所有的顶点，τ表示全局多维冲突图中一个元组；为多维冲突图子图中元组之间的链接，即元组之间存在冲突关系，表示为
27、本专利技术还提出一种基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度系统，在由采集数据的传感器节点、路由器和网关构成的工业无线网络中，其中传感器节点为单接口节点、路由器和网关为多接口节点，将传感器节点作为源节点、网关作为目的节点、路由器作为中继节点进行路由，并通过前述的基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度方法完成调度。
28、本专利技术将数据传输时延设计成最小化数据流到达根节点的时隙号累加和；并通过采用多维冲突图，综合考虑网络调度中的所有冲突关系，确保调度过程中的相互冲突链路不会同时被调度，实现了无冲突的调度过程；在多维冲突图子图中寻找独立集，最终获得整个调度集合，本专利技术方法有效降低了数据传输的延迟，提高了数据的实时性，提高了数据包交付率，以及数据包传输成功率。
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1.基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度方法，其特征在于，在多维冲突图子图中寻找独立集，得到当前时隙t的调度集合Mq的过程包括：
3.根据权利要求1所述的基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度方法，其特征在于，全局多维冲突图中的点由数据流、链路、接口、信道、时隙组成的元组构成，全局多维冲突图中一个元组τ表示为：
4.根据权利要求3所述的基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度方法，其特征在于，全局多维冲突图中若两个元组之间存在冲突则不能同时进行调度，全局多维冲突图中链路由两个元组之间的冲突关系构成，两个元组之间的冲突关系包括：
5.根据权利要求3或4所述的基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度方法，其特征在于，全局多维冲突图表示为Gg＝(Vg,εg)，其中：
6.根据权利要求1所述的基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度方法，其特征在于，从全局冲突图中提取当前时隙t的剩余数据流的当前跳数q的多维冲突图子
7.基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度系统，其特征在于，在由采集数据的传感器节点、路由器和网关构成的工业无线网络中，其中传感器节点为单接口节点、路由器和网关为多接口节点，将传感器节点作为源节点、网关作为目的节点、路由器作为中继节点进行路由，并通过权利要求1所述的基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度方法完成调度。
8.根据权利要求7基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度系统，其特征在于，在路由过程中构建全局多维冲突图，全局多维冲突图的节点由数据流、链路、接口、信道、时隙组成的元组构成，全局多维冲突图的链路由元组之间的冲突关系构成。
9.根据权利要求8基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度系统，其特征在于，从全局多维冲突图中提取网络中剩余数据流当前跳数q在时隙t上所对应的链路集合的所有元组，所述的所有元组构成剩余数据流的多维冲突图子图，从多维冲突图子图中搜索当前时隙的无冲突解作为当前时刻的调度集合。
...【技术特征摘要】
1.基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度方法，其特征在于，在多维冲突图子图中寻找独立集，得到当前时隙t的调度集合mq的过程包括：
3.根据权利要求1所述的基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度方法，其特征在于，全局多维冲突图中的点由数据流、链路、接口、信道、时隙组成的元组构成，全局多维冲突图中一个元组τ表示为：
4.根据权利要求3所述的基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度方法，其特征在于，全局多维冲突图中若两个元组之间存在冲突则不能同时进行调度，全局多维冲突图中链路由两个元组之间的冲突关系构成，两个元组之间的冲突关系包括：
5.根据权利要求3或4所述的基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度方法，其特征在于，全局多维冲突图表示为gg＝(vg,εg)，其中：
6.根据权利要求1所述的基于多维冲突图的多射频接口工业无线网络调度方法，其特征在于，从全局冲突图中提取当前时隙t的剩余数据流的当前跳数q的多维冲突图子图...
【专利技术属性】
技术研发人员：王平，彭硕，蒲宬亘，
申请(专利权)人：重庆邮电大学工业互联网研究院，
类型：发明
国别省市：
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