CN103313206B - 用于单接口多信道无线网络的集中式广播调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于单接口多信道无线网络的集中式广播调度方法，该方法包括如下步骤：网络节点分层：对无线网络拓扑图从广播源节点开始运行宽度优先遍历算法，将节点按照宽度优先树分层；确定广播树结构：根据步骤1中得到的宽度优先树，得到广播的父节点-子节点结构；多信道无冲突广播调度：根据步骤2确定的父节点-子节点结构，确定多信道无冲突广播调度。本发明将单接口多信道无线网络的链路分配到各信道中，使得网络可以在多个信道上快速完成全网广播。

Description

用于单接口多信道无线网络的集中式广播调度方法

技术领域

本发明涉及无线网络和信息传播技术领域，尤其涉及一种用于单接口多信道无线自组织网络的集中式广播调度方法。

背景技术

无线网络因其无线连接便利的特性得到广泛的应用，无线自组织网络因其自组织、自维护特性受到人们的关注。在无线自组织网络中，节点独立的运行，与邻居节点合作形成一个多跳的网络。在无线自组织网络中，广播服务是一项基本服务，源节点将广播信息传输给网络中的其他节点。

无线网络数据传输遇到的一个主要问题是，无线信道是广播信道，多个网络节点同时有数据传输时，彼此间的链路冲突会造成网络容量降低。为了提高网络容量，很多技术提出需要避免同一时隙调度冲突链路，即通过有效的链路调度最小化冲突，最大化网络并行传输。大部分方法都是考虑无线自组织网络中链路调度，最大化链路传输个数以提高整个网络的容量，没有考虑到广播服务的特殊性，即信息从源节点开始慢慢扩散到全网，只有收到广播数据的节点才具备发送能力，而不是在每个时刻，任何节点都可以发送广播数据。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种用于单接口多信道无线网络的广播调度方法，将单接口多信道无线网络的链路分配到各信道中，使得网络可以在多个信道上快速完成全网广播。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种用于单接口多信道无线网络的集中式广播调度方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：网络节点分层：对无线网络拓扑图从广播源节点开始运行宽度优先遍历算法，将节点按照宽度优先树分层；

步骤2：确定广播树结构：根据步骤1中得到的宽度优先树，得到广播的父节点-子节点结构；

步骤3：多信道无冲突广播调度：根据步骤2确定的父节点-子节点结构，确定多信道无冲突广播调度。

进一步的，所述步骤2中广播树结构，按照如下步骤得到：对网络节点按照逐层逐信道的方式运行如下步骤：

步骤2.1：针对每一层各个信道上的节点集合，确定一个极大独立集，所述极大独立集中的节点负责这一层这个信道上其他节点的广播；

步骤2.2：在上一层寻找这些极大独立集合中的节点的父节点。

进一步的，所述步骤3中无冲突广播调度，按照如下步骤得到：对网络节点按照逐层逐信道的方式运行如下步骤：

步骤3.1：针对每一层各个信道上的极大独立集中的节点，调度它们的父节点在相应信道上广播，确保网络链路传输不冲突及父节点单点多信道传输不冲突；

步骤3.2：针对每一层各个信道上的其他节点，调度它们的父节点在相应信道上广播，确保网络链路传输不冲突及父节点单点多信道传输不冲突。

有益效果：本发明提出了一种适用于单接口多信道无线网络的集中式广播调度方法。与现有的基于单信道广播调度相比，本发明基于多信道传输的优势，合理安排调度策略避免链路冲突与节点调度冲突，达到快速广播的效果，提高了单接口多信道无线网络的广播效率与网络性能。

附图说明

图1为本发明的工作流程图；

图2是本发明实施例中得到广播树结构的工作流程图；

图3是本发明实施例中实施广播调度的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明提供了一种用于单接口多信道无线网络的集中式广播调度方法（BroadcastTransmissionScheduling，以下简称BTS）。在BTS中，广播信息从源节点一层一层的发送出去，每一个节点都存在父节点在特定信道上给它发数据。在每一层，广播信息首先到达这一层的支配节点；然后通过支配节点到达这一层的其他节点。在每一层的广播调度时，允许多信道同时进行；在跨层的广播调度时，也多信道同时进行。在调度时，需要避免两类冲突：(1)网络链路冲突，即网络中冲突的链路不能同时调度；（2）节点多信道调度冲突，即某个节点可能成为多个节点的广播父节点而且是在不同信道上广播，不能同时调度这个节点在多个信道上广播。

为了实现上述目的，如图1所示，本发明的技术方案是：

（1）网络节点分层：我们首先在网络中从广播源节点运行宽度优先算法确定一个树的分层结构，将同一层的节点归为一个集合；然后根据节点的运行信道，进一步将节点细分成多个集合。

（2）确定广播树结构：对每一层每一个信道的节点集合，我们首先构造一个极大独立集。利用该极大独立集完成这一层广播操作，即为这一层这一个信道上剩下的节点在这个极大独立集中寻找父节点。为了能广播到每一层的极大独立集，我们需要为这个极大独立集中的节点在上一层寻找父节点。

（3）利用广播树结构进行广播调度：根据步骤2确定的父节点-子节点的广播结构确定广播调度。这个广播调度是在多个信道上同时进行而且不会冲突，这里冲突包含两层意思，其一网络链路传输不冲突，其二节点多信道传输不冲突。

下面以一个具体实施例来阐述技术方案。

本发明可分为三个阶段：网络节点分层、确定广播树结构和利用广播树结构进行广播调度。为了下面叙述的方便，首先给出一些符号的意义，如表1所示。

具体实施例包括如下步骤：

阶段1：网络节点分层

这一阶段的主要目的是将网络中的所有节点分层。对网络拓扑图G(V,E)从源节点开始运行宽度优先算法，构造一个宽度优先树（Breadth-FirstTree），深度为l。这样就可以把网络中的所有节点按照树的深度分层，比如第i层的节点用来表示。

阶段2：确定父节点-子节点广播结构

这一阶段的主要目的是确定广播结构，确定网络中每个节点的广播父节点。如图2所示，具体步骤如下：

步骤1：对第i层使用信道c的节点集合运行顺序添加节点，使得新添加的节点与已有集合中的节点不相邻，确定一个极大独立集。

步骤2：考虑从第i层到第i+1层极大独立集的广播

步骤2.1：在第i层中寻找点u，使得u在中没有父节点的邻居节点最多。这些邻居是第i+1层在某个信道c上接收节点集合的极大独立集；

步骤2.2：将找到的节点u标识为这些在中没有父节点的父节点；

步骤2.3：如果存在节点u在第i+1层的极大独立集中没有父节点，运行步骤2.1，这里c为任意的信道。否则运行步骤3。

步骤3：考虑第i+1层极大独立集到第i+1层所有节点的广播

步骤3.1：在中寻找点u，使得u在中没有父节点的邻居节点最多；

步骤3.2：将找到的节点u标识为这些在中没有父节点的父节点；

步骤3.3：如果存在节点属于中而且没有父节点，运行步骤3.1，这里c为任意的信道。否则运行步骤4。

步骤4：如果运行到第l层，则算法停止。否则考虑下一层，运行步骤2。

阶段3：利用确定的父节点-子节点关系进行广播

这一阶段的主要目的是根据阶段1产生的广播父节点-子节点关系在多信道上面调度无冲突广播。如图3所示，可以细分为如下步骤：

步骤1：考虑第i层到第i+1层极大独立集的广播；

步骤1.1：考虑第i层到第i+1层信道c上极大独立集的广播；

步骤1.1.1：对于Parent()上的第m个点u，找出u邻居节点集合N(u)的接收时隙集合，找出u可能的发送时隙集合；

步骤1.1.2：确定u在信道c上的发送时隙为t，t大于节点u的接收时隙，而且t不与及中的时隙冲突的最小值；

步骤1.1.3：对于u节点的所有子节点，比如节点v，标识它们的接收时间为

步骤2：考虑第i+1层极大独立集到第i+1层所有节点的广播

步骤2.1：考虑第i+1层信道c上极大独立集到第i+1层信道c上所有节点的广播；

步骤2.1.1：对于上第m个点u，找出u邻居节点集合N(u)的接收时隙集合；

步骤2.1.2：确定u在信道c上的发送时隙为t，t大于节点u的接收时隙，而且t不与中的时隙冲突的最小值。

步骤2.1.3：对于u节点的所有子节点，比如节点v，标识它们的接收时间为

步骤3：如果运行到第l层，运行步骤4；否则考虑下一层，运行步骤1；

步骤4：求出网络的广播时延t，t为所有节点在所有信道上的最大发送时间。

Claims (7)

1.一种用于单接口多信道无线网络的集中式广播调度方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤1：网络节点分层；

步骤2：确定网络广播树结构；

步骤3：网络多信道无冲突广播调度；

所述步骤2中的网络广播树结构，是对网络节点按照逐层逐信道的方式运行如下步骤获得：

步骤3.1：针对每一层各个信道上的节点集合运行寻找极大独立集算法，确定一个极大独立集，所述极大独立集中的节点负责这一层这个信道上非极大独立集中的节点的广播，为极大独立集中的节点与非极大独立集中的节点确定父节点-子节点关系；

步骤3.2：在上一层寻找这一层这个信道上极大独立集中的节点的邻居节点，确定上一层邻居节点集合，所述上一层邻居节点集合中的节点负责这一层这个信道上极大独立集中节点的广播，为上一层邻居节点集合中的节点与这一层这个信道上极大独立集中的节点确定父节点-子节点关系。

2.根据权利要求1所述的用于单接口多信道无线网络的集中式广播调度方法，其特征在于：所述步骤1中的网络节点分层，按照如下步骤得到：对无线网络拓扑图从广播源节点开始运行宽度优先遍历算法，将节点按照宽度优先树分层。

3.根据权利要求1所述的用于单接口多信道无线网络的集中式广播调度方法，其特征在于：所述寻找极大独立集算法运行步骤为：在节点集合中，任选一个未被选中的节点直到不存在可以选择的节点；如果被选择的这个节点与极大独立集中的其他节点不相连，则添加该节点到极大独立集。

4.根据权利要求1所述的用于单接口多信道无线网络的集中式广播调度方法，其特征在于：所述为极大独立集中的节点与非极大独立集中的节点确定父节点-子节点关系的方法为：在极大独立集中，依次选择一个未被选择过的节点直到不存在可以选择的节点，且与被选择的节点相连的未确定父节点的非极大独立集中的节点个数是最多的；被选择的节点就是相连的未确定父节点的非极大独立集中的节点的父节点。

5.根据权利要求1所述的用于单接口多信道无线网络的集中式广播调度方法，其特征在于：所述为上一层邻居节点集合中的节点与这一层这个信道上极大独立集中的节点确定父节点-子节点关系的方法为：在上一层邻居节点集合，依次选择一个未被选择过的节点直到不存在可以选择的节点，且与被选择的节点相连的未确定父节点的这一层这个信道上极大独立集中的节点个数是最多的；被选择的节点就是相连的未确定父节点的这一层这个信道上极大独立集中的节点的父节点。

6.根据权利要求1所述的用于单接口多信道无线网络的集中式广播调度方法，其特征在于：所述步骤3中的网络多信道无冲突广播调度，是对网络节点按照逐层逐信道的方式运行如下步骤获得：

步骤7.1：针对每一层各个信道上的极大独立集中的父节点集合，运行无冲突调度算法，确定广播的时隙与信道；

步骤7.2：针对每一层各个信道上的非极大独立集中的父节点集合，运行无冲突调度算法，确定广播的时隙与信道。

7.根据权利要求6所述的用于单接口多信道无线网络的集中式广播调度方法，其特征在于：所述的无冲突调度算法运行步骤为：在所述父节点集合中，按照顺序选取节点直到不存在可以选择的节点；根据选中的节点确定广播信道，找到一个时隙确保不与已调度的链路传输冲突。