[发明专利]一种基于遗传算法的时分多址时隙分配方法

权利要求书

1.一种基于遗传算法的时分多址时隙分配方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

S1、将时间划分为周期性的超帧，再将各个超帧划分为相互独立的时隙；

S2、无线接入点获取节点的待发送队列长度，并根据待发送队列长度信息计算出节点所需的时隙数目表示为：

其中：n是节点所需的时隙数目；Q是节点的待发送队列长度，l是单个时隙的长度，v是数据传输速率；

S3、无线接入点根据超帧中的时隙总数和节点所需的时隙数目，计算出该节点的理想时隙分配间隔；

S4、根据超帧中的空闲时隙列出时隙分配序列，通过时隙分配序列和理想时隙分配间隔建立时隙抖动模型表示为：

其中：var为时隙抖动大小，i＝1,2,...,n；D为相邻时隙最大的间隔，通过求出时隙抖动的最小值得出最优时隙分配序列；S表示超帧中的时隙总数；d_i表示在第i个时隙的时隙间隔；1≤d_i≤D；A＝{A₁,A₂,...,A_n}为分配给节点的时隙序列；

S5、使用遗传算法求解时隙抖动模型，从时隙分配序列中选出时隙抖动最小的时隙分配序列，并将该时隙分配序列发送给相应的节点；

1)采用遗传算法求解时隙抖动模型，对每个时隙分配序列的适应度值进行计算和比较，当适应度值取最大值时，时隙抖动var即取得最小值；该适应度值最高的时隙分配序列即为最优时隙分配序列；

2)通过计算选出最优的时隙分配序列之后，无线接入点通过信标帧将该时隙分配序列发送给相应的节点；

其中，时隙分配序列的适应度值通过以下公式进行计算：

其中：fitness为时隙分配序列的适应度值，g(x)为惩罚函数，其表示为：

在进行时隙分配的时候，无线接入点和节点之间通过定时器保持时间同步，所述定时器是基于IEEE 802.11中的定时同步功能TSF，每个节点都维护着一个本地TSF定时器，无线接入点是定时主时钟且执行TSF；具体时间同步步骤如下：

1)无线接入点首先初始化自身的TSF定时器，将时间信息写入到信标帧中的时间戳字段内；

2)无线接入点将信标帧广播给网络中的所有节点；

3)当节点接收到信标帧后，会从时间戳字段中读取时间信息，再加上相应的接收时延，计算出准确的时间；

4)节点将自身的本地TSF定时器修改成所计算出来的时间，从而实现与无线接入点中的主时钟的准确时间同步。

2.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的时分多址时隙分配方法，其特征在于，超帧的时隙长度的计算公式如下所示：

T_TimeSlot≥T_{GuardInterval}+T_Data+T_SIFS+T_ACK

其中，T_timeslot表示超帧的时隙长度，也即超帧的周期；T_{GuardInterval}是保护时间间隔，T_Data是传输时间，T_SIFS是短帧帧间间隔，T_ACK是确认响应消息花费的时间。

3.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的时分多址时隙分配方法，其特征在于，步骤S2具体包括如下步骤：

1)节点在接入网络时，向无线接入点发送至少包括待发送队列长度的自身相关信息；

2)无线接入点在获取了节点的待发送队列长度后，计算出节点所需的时隙数目，从空闲时隙中选择时隙分配给该节点；

3)节点在分配时隙之后进行数据传输，数据传输结束后，实时向无线接入点发送最新的待发送队列长度信息；

4)无线接入点根据节点队列长度的变化重新计算节点所需的时隙数目，并重新进行时隙分配。