基于人工蜂群算法的wlan信道分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說是一種基于人工蜂群算法的WLAN信 道分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在無線通信領(lǐng)域，隨著無線技術(shù)的發(fā)展和無線終端設(shè)備的普及，基于IEEE802. 11 標準的WLAN越來越受歡迎。通常為了增大WLAN通信覆蓋區(qū)域，需要部署大量的AP。然而 無論2. 4G頻段還是5G頻段，可提供的正交信道往往是有限的，在密集部署的AP環(huán)境中，許 多AP工作在同一信道是不可避免的。工作在同一信道的AP，它們之間在數(shù)據(jù)傳輸過程中會 產(chǎn)生干擾，從而影響整個WLAN系統(tǒng)的吞吐量，使得WLAN系統(tǒng)性能降低。目前，許多信道分 配方法只是單純地考慮了如何降低接入點之間干擾。但很少從WLAN的MAC層使用CSMA/CA 協(xié)議競爭信道特性及WLAN整個網(wǎng)絡(luò)的運行機制上，考慮如何提高WLAN的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
[0003] 而人工蜂群算法是通過模擬蜜蜂尋蜜行為而提出的一種群智能優(yōu)化方法。算法中 種群的各個個體尋找的蜜源代表一個可行解，蜜源的蜂蜜含量及遠近程度代表解的質(zhì)量。 該算法具有低復雜度等特點，目前在許多優(yōu)化問題中都取得了成功應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出了一種基于人工蜂群算法的WLAN 信道分配方法，以期能為會產(chǎn)生干擾的接入點分配不同的信道，從而提高整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的 吞吐量以及系統(tǒng)的整體性能。
[0005] 本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明一種基于人工蜂群算法的WLAN信道分配方法，是應用于由N個接入點AP ={APi，AP 2，…，APi，…，APN}和一個控制中心AC所組成的WLAN網(wǎng)絡(luò)中，APi表示第i個接 入點，1彡i彡N ;其特點是按如下步驟進行：
[0007] 步驟1、數(shù)據(jù)采集：
[0008] 所述N個接入點AP采集自身工作信道構(gòu)成信道集合f =出，f2，…，匕，…，fN}及 其他接入點的接收信號強度指示構(gòu)成信號強度指示集合R = {氏，R2，…，民，…，RN}，并發(fā)送 給所述控制中心AC A表示第i個接入點AP i自身的工作信道；R i表示第i個接入點AP #斤 掃描到的其他接入點的接收信號強度指示；并有尺…，表示第 i個接入點AP^掃描到的其他接入點中第j個接入點AP ,的接收信號強度指示i表示第 i個接入點APi所掃描到的其他接入點的個數(shù)；i辛j，1 < m N ;
[0009] 步驟2、建立鄰接關(guān)系矩陣Ad和干擾關(guān)系矩陣Id :
[0010] 步驟2. 1、設(shè)定接收信號強度指示閾值0 ;
[0011] 步驟2. 2、所述控制中心AC根據(jù)所接收的信號強度指示集合R，將第i個接入點 APi所掃描到的第j個接入點接收信號強度指示 <"與所述接收信號強度指示閾值0 進行比較，若< >/?，則令所述鄰接關(guān)系矩陣Ad中第i行第j列的元素Adif 1，表示第i 個接入點APi與第j個接入點AP j是相鄰的；否則，令Ad l j= 0 ;從而構(gòu)建所述鄰接關(guān)系矩陣 Ad ； 1 ^ j ^ N ；
[0012] 步驟2. 3、所述控制中心AC根據(jù)所接收的信道集合f和所述鄰接關(guān)系矩陣Ad，判 斷第i個接入點APi的工作信道f i與第k個接入點AP k的工作信道f ,是否相同：
[0013] 若相同，則判斷第i行第k列的元素Adlk= 1是否成立，若成立，則令所述干擾關(guān) 系矩陣Id中第i行第k列的元素Idlk= 1，表示第i個接入點AP i與第k個接入點AP ,是 干擾關(guān)系；否則Idik= 0;
[0014] 若不相同，則令I(lǐng)dlk= 0;從而構(gòu)建所述干擾關(guān)系矩陣Id ;1彡k彡N;
[0015] 步驟3、信道分配的判定：
[0016] 步驟3. 1、設(shè)定吞吐量效用閾值巾'；
[0017] 步驟3. 2、所述控制中心AC根據(jù)所述干擾關(guān)系矩陣Id和信道集合f，由理想CSMA 網(wǎng)絡(luò)模型計算所述WLAN網(wǎng)絡(luò)中第i個接入點吞吐量th i，從而獲得所有接入點AP的 吞吐量{thi, th2,…，thi,…，thN};
[0018] 步驟3. 3、利用式（1)計算所述WLAN網(wǎng)絡(luò)的歸一化吞吐量效用傘：
[0019]
(!;
[0020] 式（1)中，y表示凸函數(shù)，且二階可導；
[0021] 步驟3. 4、將所述WLAN網(wǎng)絡(luò)的歸一化吞吐量效用巾與所述吞吐量效用閾值傘' 進行比較，若巾 < 巾'，表示所述WLAN網(wǎng)絡(luò)需要重新給所述N個接入點AP進行信道分配， 并執(zhí)行步驟4;否則，表示不需要重新進行信道分配；
[0022] 步驟4、基于人工蜂群算法的信道分配：
[0023] 步驟4.1、參數(shù)定義：
[0024] 定義迭代次數(shù)表示為Len、跟蹤解連續(xù)變化次數(shù)的閾值表示為Limit、種群規(guī)模表 示為M、二次鄰域搜索循環(huán)次數(shù)表示為U、正交信道集合表示為C、定義全局循環(huán)次數(shù)表示為 V，并初始化v = 1 ;
[0025] 步驟4. 2、初始化M個解W x2,…，xp,…，xM}:
[0026] 隨機生成M個解{Xl，x2，…，xp，…，x M}中的第p個解Vxp表示第p種信道分配方 案，并有~= >，…，/⑷表示在第P個解xP中給第i個接入點AP j 配的工作信道，并從所述正交信道集合C中，隨機選擇一個正交信道獲得，即e C , p = 1，2,…，M ;從而獲得M個解{x1; x2,…，xp,…，xM};
[0027] 步驟4. 3、利用式⑵計算所述第p個解\的適應度函數(shù)值 ;從而得到所述 M個解所對應的適應度函數(shù)值)，爐(4?，爐)j;
[0028]
a)
[0029] 式⑵中，表示在第p個解xp中第i個接入點AP i的吞吐量；
[0030] 步驟4. 4、定義跟蹤所述M個解{Xl，x2，…，xp，…，xM}變化的變量參數(shù)為隊，1 2，… ，lp，…，，lp為第P個解X p變化的變量參數(shù)，并初始化第P個變量參數(shù)1 p= 〇 ;
[0031] 步驟4. 5、定義所述M個解，…，xp,的鄰域解集合為，…，Gp,… ，GM}，Gp為第p個解x p的鄰域解集合，并初始化第p個鄰域解集合值巧=0 ;
[0032] 步驟4. 6、定義局部變量最優(yōu)解為max f，并初始化所述局部變量最優(yōu)解max f的 適應度函數(shù)值爐(max /) _= 0 ;
[0033] 步驟4. 7、對所述第p個解xp進行第v次迭代的鄰域操作，獲得所述第p個解x。的 第v次迭代的鄰域解;從而得到所述M個解{Xl，x2，…，xp，…，xM}所對應的第v次迭代 的鄰域解(.礦1,才 >,…4?，私^卜
[0034] 步驟4. 8、根據(jù)式（2)計算所述第p個解xp的第v次迭代的鄰域解i；：1的適應度 函數(shù)值Mif);從而得到所述M個解{ Xl，x2，…，xp，…，xM}所對應的第v次迭代的鄰域解 {才 1，if，…，? ?，-則的適應度函數(shù)值卜(才))，供(# )，…，供試…^
[0035] 判斷機^) >供(.\)是否成立，若成立，則將#賦值給xp，將_；',)賦值給<#}， 令lp= 0 ;否則，將1 P+1賦值給lp;
[0036] 步驟4.9、定義局部循環(huán)次數(shù)為11，較優(yōu)解記為.^：);并初始化^ = 1;
[0037] 步驟4. 10、從所述M個解{Xl，x2，…，xp，…，xM}中隨機選擇兩個解，分別記為 和;并判斷是否成立，若成立，則將賦值給m否則將 .f1賦值給;從而獲得較優(yōu)解#^ ;
[0038] 步驟4. 11、對所述較優(yōu)解進行鄰域操作，獲得所述較優(yōu)解的鄰域解 史1"，并將賦值給所述較優(yōu)解xilt1的鄰域解集合，從而更新所述較 優(yōu)解所對應的鄰域解集合;
[0039] 步驟4. 12、將u+1的值賦給u，并判斷u < U是否成立，若成立，則返回步驟4. 10 順序執(zhí)行；否則執(zhí)行步驟4. 13 ;
[0040] 步驟4. 13、在第v次迭代中更新所述M個解{xdx2,…，xp,…，xM}的鄰域解集合 叫，G 2,…，Gp，…，GJ :
[0041] 步驟a、初始化p = 1 ;
[0042] 步驟b、對所述M個解{xdx2，…，xp,…，xM}的鄰域解集合叫，G 2，…，Gp,…，GM}中 第P個解xp的鄰域解集合G p進行判斷，若0成立，則利用式⑶獲得所述第p個解Xp 的鄰域解％的最大適應度函數(shù)K.Vmax :
[0043]
(3)
[0044] 式⑶表示從所述第p個解xp的鄰域解集合G p中選擇一個最大的適應度函數(shù)；
[0045] 判斷此^)順> )是否成立，若成立，則將\ J武值給Xp，將列七)"^賦值給 爐(\)，令lp= 0, = 0:;否則將lp+l的值賦給lp，并令<^ = 0 ;
[0046] 步驟c、將p+1賦值給p ;判斷p彡M是否成立，若成立，則返回步驟b執(zhí)行，否則執(zhí) 行步驟4. 14;
[0047] 步驟4. 14、在第v次迭代中從所述M個解{x^x；；，…士，中選擇一個適應度 函數(shù)最大的解作為最優(yōu)解，記為;并判斷供(Ci) > p(max/)是否成立，若成立，則將 b賦值給max f，將夕(.〇,)賦值給貨(max/)否則執(zhí)行步驟4. 15 ;
[0048] 步驟4. 15、在第v次迭代中更新所述M個解h，x2,…，xp,…，xM}: