[发明专利]一种基于染色理论信道分配的方法

说明书

本公开公开了种基于染色理论信道分配的MAC协议，包括：引入无向图表示水声通信网络中的节点和链路，同时引入双向图，表示节点间的双向链路，解决了双向链路的表示问题。通过改进染色算法，提高染色算法的稳定性。通过使用染色算法，提出一种为水声通信网络中的各节点分配独立信道的水声通信MAC协议解决水声信道资源有限以及信道竞争问题。

技术领域

本公开涉及通信技术领域，特别是涉及一种一种基于染色理论信道分配的MAC协议。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

为了更加全面的认识、开发、保护海洋，人们不断研制出许多先进的海洋设备，不断挑战探索海洋的极限。由于海洋环境的特殊性和复杂性，这些设备通常需要组成范围较大的网络。传统的有线式链路在移动性、铺设成本和难度上的种种限制以及水下环境对信息传播载体的影响，促成了水声通信网络的崛起。水声通信网络作为收集海洋数据、研究海洋科学的重要工具，具有重要的研究价值和应用前景。

随着海洋探索的加深和传感器技术的提高，传感器采集数据的传输性能对水声通信网络实时性和高效性的要求也在不断提高。水声信道的传播特性以及恶劣的水下环境对水声通信系统的效率和可靠性等都造成了严重的影响，从而影响了水声无线传感器网络的通信性能。而且水声通信网络由于海水对声波能量的吸收损耗，导致其可用于通信的信道带宽相较于普通空中无线信道带宽窄很多。

水声MAC并不存在一种单一的协议适用全部的场景和网络规模。为了最大限度的利用水声信道资源，尝试设计一种水声通信MAC协议，通过为水声网络中的每个仿生机器鱼节点分配不同的信道，优化水声信道可用频带窄、信道竞争激烈的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提出了一种基于染色理论信道分配的MAC协议，通过建立水声环境的水声信道模型，设计一种为水声通信网络中的各节点分配独立信道的水声通信MAC协议解决水声信道资源有限以及信道竞争问题。利用图染色理论一方面，将水声信道中的可用部分分成若干个子信道，将其中一些子信道分配给同一通信节点，使其可以在不收其他信道干扰的情况下完成信息的发送与接收。另一方面，使得信息可以在这两节点的通信链路上进行全双工数据传输。

本公开提出了一种基于染色理论信道分配的MAC协议，包括：

水声通信网络无向图模型：对无中心、多跳式的水声通信网络拓扑结构进行无向图的建模，将水声网络中的节点和通信链路对应无向图的顶点和边；使得水声通信网络 W=G( V,E)，其中 V= {v₁,v₂,…,v_p}为无向图顶点集合， E={e₁,e₂,…,e_q}为无向图边集合。

改进了一种无向图染色算法：引入了无向图的邻接矩阵、关联矩阵、顶点矩阵、控制矩阵，并通过建立新的初始颜色集合和颜色可变集合，使初始颜色集合完全不同于算法中的关联矩阵，达到初始颜色集合与关联矩阵中的元素不出现重合，避免了在算法运行时出现死循环的情况。

一种基于图染色理论信道分配的MAC协议模型：通过算法进行节点信道分配，根据该协议模型，实现对水声通信节点发送机和接收机的控制，实现数据包的高效传输。