[发明专利]基于串行干扰消除和功率控制的无线网络调度方法

摘要

本发明公开了一种基于串行干扰消除和功率控制的无线网络调度方法，主要解决传统基于串行干扰消除调度算法整体频谱利用率低的问题，其技术方案是：1.网络中的中心节点接收所有节点的第一数据包Pkt‑1，建立网络拓扑和与之对应的冲突图；2.中心节点调整发送节点传输功率，使得接收端能够使用串行干扰消除技术对多个有用信号同时进行接收；3.中心节点更新冲突图，以满意度最小的链路优先调度为原则，遍历更新后的冲突图，找到能够与该链路在相同时隙进行传输的链路集合，并通知相应节点在相应链路上进行数据传输。本发明在提高频谱利用率的同时保证了网络资源的公平分配，可用于无线网络的资源分配。

主权项

1.一种基于串行干扰消除和功率控制的无线网络调度方法，包括：(1)，初始化L个链路及其序列号为数列(1,2，...，L)，初始化N个节点坐标位置为((x1，y1)，(x2，y2)，...，(xL，yL))、节点序列号为数列(1,2，...，N)，初始化调度长度为T个等长的时隙,初始化时隙序列号为数列(1,2，...，T)，初始化时隙数计数器为0，初始化所有链路上数据传输所需求的时隙数分别为D1，D2，...，DL个时隙，初始化所有发送节点的传输功率为最大传输功率pmax；(2)，网络中每个节点向中心节点发送自己的第一数据包Pkt‑1,该数据包Pkt‑1中包括自己所关联的链路序列号，该链路数据传输所需求的时隙数，本节点的序列号和坐标位置信息以及本节点在链路中所处的位置；(3)，网络中的中心节点提取出所有第一数据包Pkt‑1的信息，确定当前网络中的链路、节点信息以及各个节点间的信道增益，并根据所有获取的信息建立当前网络拓扑及其对应的冲突图G＝(V，E)，其中V为冲突图G中所有顶点的集合，每个顶点与网络中的链路一一对应，E为冲突图G中所有边的集合，所有边均为无向边；(4)，中心节点判断冲突图G中任意两个顶点间是否存在一条无向边：若任意两个顶点对应的两个链路间存在以下三种情况中的任意一种时，则这两个顶点间存在一条无向边，否则，这两个顶点间不存在无向边：第一种是：一条链路的发送节点是另外一条链路的接收节点；第二种是：两条链路拥有同一个发送节点；第三种是：两条链路拥有同一个接收节点；(5)，对于属于第三种情况而出现两个顶点间存在的一条无向边，中心节点根据当前网络拓扑找到该两个顶点对应的拥有同一接收节点的两条链路，并对这两条链路发送节点的传输功率进行调整，如果调整后这两个链路上的传输信号能够在接收端满足串行干扰消除条件，则去掉这两个链路在冲突图G中对应的顶点间的边，否则，保留这两个链路在冲突图G中对应的顶点间的边；所述对这两条链路发送节点的传输功率进行调整，其实现如下：(5a)，初始化功率调整集合X为网络中所有拥有同一接收节点的链路，中心节点从功率调整集合X中任意挑选出拥有同一接收节点j的两个链路，其中i和k分别为这两条链路的两个发送节点的节点序列号，j为这两条链路的接收节点的节点序列号；(5b)，初始化第i个节点在第t个时隙的传输功率值为：初始化第k个节点在第t个时隙的传输功率值为：其中gij为第i个节点到第j个节点的信道增益，g_kj为第k个节点到第j个节点的信道增益，β为系统给定的信干噪比门限值，σ²为系统给定的背景噪声功率；(5c)，分别判断第i个节点在第t个时隙的初始传输功率值pti和第k个节点在第t个时隙的初始传输功率值ptk是否都不大于系统给定的最大传输功率pmax，若是，执行步骤(5e)，若否，则将pti和ptk的值都设置为系统给定的最大传输功率pmax，执行步骤(5d)；(5d)，中心节点将步骤5(a)中所述的拥有同一接收节点j的两个链路从功率调整集合X中删除，保留这两个链路在冲突图G中所对应的两个顶点间的无向边，执行步骤(5i)；(5e)，初始化第j个节点的干扰容忍集合Ij为空集，中心节点计算出网络中所有发射节点到达第j个节点的接收功率值并放入第j个节点的接收功率集合Rj中；(5f)，中心节点将第j个节点的接收功率集合R_j中的所有接收功率值进行大小排序，并取出最小的接收功率值放入到第j个节点的干扰容忍集合I_j中，并分别计算第i个节点在第t个时隙的新的传输功率值和第k个节点在第t个时隙的新的传输功率值(5g)，判断(5f)中计算的和值是否都不大于系统给定的最大传输功率p_max，若是，分别将第i个节点和第k个节点在第t个时隙的初始传输功率值p^t_i和p^t_k用(5f)中的和的值代替，返回步骤(5f)，若否，则分别设置第i个节点在第t个时隙的传输功率值和第k个节点在第t个时隙的传输功率值为其初始传输功率值p^t_i和p^t_k，执行步骤(5h)；(5h)，中心节点将步骤5(a)中所述的拥有同一接收节点j的两个链路从功率调整集合X中删除，并同时删除这两个链路在冲突图G中所对应的两个顶点间的无向边；(5i)，判断功率调整集合X中是否为空，若是，结束功率调整；若否，则返回步骤(5a)；(6)，中心节点根据功率调整的结果，向调整了传输功率的发送节点u发送第二数据包Pkt‑2，该数据包Pkt‑2中包括发送节点的序列号及其调整后的传输功率，发送节点u接收到第二数据包Pkt‑2后，核对节点序列号后调整发射功率，同时，中心节点更新所有的节点信息、链路信息以及信道信息，得到一个新的冲突图G*＝(V*，E*)，其中V*为新的冲突图G*中所有顶点的集合，每个顶点与网络中的链路一一对应，E*为新的冲突图G中所有边的集合，所有边均为无向边；(7)，中心节点统计新的冲突图G*中所有顶点的权重值(ω1，ω2，...，ωL)，并找出权重值最小的顶点，每个顶点的权重值为对应的链路l已分配到的时隙数与该链路数据传输所需求的时隙数Dl的比值；(8)，中心节点找出权重值最小的顶点所对应的链路z，遍历新的冲突图G*中所有顶点所对应的链路，找出所有能够与链路z在相同时隙内传输数据的链路，将这些链路和权重值最小的顶点所对应的链路z放入调度集合St中，其中上标t为当前时隙的时隙序列号；(9)，中心节点向调度集合St中所有链路的发送节点发送第三数据包Pkt‑3，该数据包Pkt‑3中包括允许传输的链路的序列号；发送节点在接收到第三数据包Pkt‑3后，核对链路序列号并进行数据传输；(10)，数据传输结束后，中心节点将时隙数计数器加1，判断当前时隙数计数器是否等于总时隙数T，若等于，则结束对网络资源的分配，否则，执行步骤(11)；(11)，将调度集合St中所有链路在新的冲突图G*中对应的顶点的权重值的分子项加1，其中顶点权重值的分子项为对应链路已分配到的时隙数，判断是否有顶点的权重值为1，若有顶点的权重值为1，则中心节点从新的冲突图G*中移除该顶点以及和该顶点相关联的无向边，返回步骤(5)，若无顶点的权重值为1，返回步骤(7)。