[发明专利]水下传感器网络中避免节点长期占用信道的频谱分配方法

说明书

本发明涉及水下传感器网络中避免节点长期占用信道的频谱分配方法，用于存在中心节点的水下传感器网络，网络中的中心节点保存每对节点接入各条信道的次数，此外，中心节点为每个节点对均设置公平向量，公平向量中的元素值为节点对接入信道次数的函数。本发明能有效减小虚假信息对频谱分配的干扰，避免恶意节点长期占用信道。本发明的技术方案如下。

技术领域

本发明属于水下声通信技术领域，涉及一种频谱分配方法。

背景技术

水下传感器网络是对海洋进行开发利用的有利工具。为了充分利用稀缺的水下频谱资源，认知水下声通信的概念应运而生。在采用认知技术的水声网络中，节点可以感知周围环境，从而动态地改变自身的工作参数，以实现与周围环境的最佳匹配。认知水下网络中存在着主节点和次级节点。主节点主要为水下生物，他们有着优先使用频谱的特权。次级节点为各种人工传感器节点，当认知网络中的主用户未使用频谱资源时，传感器节点可以接入信道，实现自己的通信需求。

频谱分配方法解决了如何将空闲的频谱分配给多对认知节点。现有的频谱分配方法以节点发送的信道信息作为分配依据，但未考虑到节点可能发送的虚假信息的情况。部分节点为了满足自身的通信需求，试图长期占用某个性能较好的信道。这些节点被称为网络中的恶意节点。恶意节点故意发送虚假的信道信息，以获得有利于自己通信的频谱分配结果，从而对正常的频谱分配产生干扰。在这一情况下，其他节点将无法接入这一信道，失去了接入信道的公平性。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种新的频谱分配方法，该方法能有效减小虚假信息对频谱分配的干扰，避免恶意节点长期占用信道。本发明的技术方案如下：

一种水下传感器网络中避免节点长期占用信道的频谱分配方法，用于存在中心节点的水下传感器网络，水下传感器网络中的频谱资源被分成了多条信道，设存在N条普通信道，该网络中有M对普通的收发节点，每对收发节点将选择一条信道进行数据传输；此外网络中还有控制信道，控制信道不用做数据传输，只传输各对节点的信道信息和频谱分配结果，在进行分配前需要各个收发节点对向中心节点发送信道空闲概率向量，信道空闲概率向量的发送采用时分复用的方式，各对收发节点依次发送各自的信道空闲概率向量；其特征在于，

(1)为避免个别节点对长期占用某些信道，网络中的中心节点保存每对节点接入各条信道的次数，此外，中心节点为每个节点对均设置公平向量，公平向量中的元素值为节点对接入信道次数的函数，设c_ij为第i对收发节点接入第j条信道的次数，对于所有的收发节点对，c_ij的初始值均为0，中心节点在接收到M个发送节点的信道空闲概率向量W_i后，更新各个收发节点对的公平向量，第i对收发节点的公平向量Q_i由N个元素组成，Q_i为行向量，每个元素为该收发节点对接入某一信道次数c_ij的函数，当c_ij＝0时，公平向量的取值为1，且随着c_ij的增大，公平向量中的元素取值将减小；

(2)频谱分配结果需保证每对收发节点可接入一条信道，且每条信道上只有一对收发节点，使用匈牙利算法计算频谱分配结果。

其中，可取

该方法在水声网络中设立了一个中心节点和一条控制信道。中心节点在控制信道上接收普通收发节点的发送的信道空闲概率向量，进行频谱分配，并广播分配结果。为避免某些节点长期占用某条信道，中心节点保存了各对收发节点接入各条信道的次数，并设立了相应的公平向量。本发明提出的频谱分配方法采用了匈牙利算法计算分配结果，以保证节点对之间不发生冲突。

附图说明

图1.中心节点进行频谱分配的流程图

图2.未引入公平向量时，1000次频谱分配后节点对接入各条信道的分布情况