[发明专利]一种基于遗传算法的时分多址时隙分配方法

说明书

本发明提出一种基于遗传算法的时分多址时隙分配方法，属于无线WiFi通信技术领域，本发明包括将时间划分为周期性的超帧，再将超帧划分为相互独立的时隙；无线接入点根据节点的待发送队列长度计算出节点所需的时隙数目；AP根据时隙总数和节点所需的时隙数目计算出理想的时隙间隔；根据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；使用遗传算法求解数学问题，在时隙分配序列中选出时隙抖动最小的时隙分配序列，并将时隙分配序列发送给相应的节点。本发明旨在解决已有的时隙分配方法中隙利用率低和时延抖动大的问题，能够提高网络的整体性能。

技术领域

本发明涉及无线WiFi通信技术领域，具体涉及一种基于遗传算法的时分多址(Time division multiple access，简称TDMA)时隙分配方法。

背景技术

随着无线技术的发展，在工业自动化中引入无线技术已经成为了一种趋势。由于TDMA机制可以将时间分割成若干时隙，在满足定时和同步的条件下，每一个用户可以使用自己的时隙进行传输而不相互产生干扰，因此TDMA机制可以很好的避免冲突，也因此在大规模高实时要求的无线技术研究中得到了广泛的关注。但在工业自动化无线通信领域中，现有的TDMA技术还不能很好的满足通信的需求，因此设计一种适用于高实时工业自动化无线通信技术的TDMA技术，具有很大的研究价值。

如何将TDMA系统中的时隙分配给网络中的各个用户是无线通信网络中的关键问题，TDMA的时隙分配方法决定了网络的时延和吞吐量等性能指标。因此TDMA中的时隙分配方法一直是研究的热点。

针对TDMA中的时隙分配问题，研究者们展开了大量的研究工作。目前主要的时隙分配方法有：

1.固定时隙分配方法，即时隙固定分配给某个节点，每个节点的时隙号和时隙数目都是固定的，不会变化。

2.优先级时隙分配方法，通过设置节点在各个时隙内的优先级，在进行时隙分配的时候，优先级高的节点对时隙有优先使用权。

3.二叉树块内均分法，将时隙通过二叉树的形式进行分解和表示，每个非根节点都代表一个时隙块，并且每个非根节点有相应的编码，通过将时隙块的编码发送节点来进行时隙分配。

然而，现有的时隙分配方法主要存在以下问题：

1.固定时隙分配不能根据节点需求的变化来实时调整时隙分配方案，导致其信道利用率低，资源浪费十分严重。

2.现有时隙分配方法没有考虑时隙分配间隔的均匀性，分配给节点的时隙距离时大时小，导致时延抖动增大。

发明内容

本发明为改善现有的时隙分配方法的时隙利用率低和时延抖动大的问题，提出一种基于遗传算法的时分多址时隙分配方法。

本发明包括以下步骤：

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；

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；

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。

进一步的，划分时隙的长度需要通过相应的公式进行计算，时隙长度的计算公式如下所示：