王碩禾，劉 旭，李蘇晨，張國(guó)駒

(1.石家莊鐵道大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，河北 石家莊 050000; 2.北京天誠(chéng)同創(chuàng)電氣有限公司，北京 102600)

1 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，當(dāng)前低功耗廣域網(wǎng)LPWAN(Low-Power Wide-Area Network)技術(shù)被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的WiFi、藍(lán)牙、ZigBee(紫峰)等技術(shù)相比，LPWAN具有成本低、功耗低、全覆蓋等優(yōu)點(diǎn)。LPWAN技術(shù)主要分為2類：1類是工作于授權(quán)頻譜，以窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT(Narrow Band Internet of Things)、LTE Cat-m(LTEUE-Category)技術(shù)為代表；另1類是以遠(yuǎn)距離無(wú)線電LoRa(Long Range Radio)和SigFox技術(shù)為代表的工作于未授權(quán)頻譜下的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)[1]。LoRa技術(shù)是典型的LPWAN技術(shù)，具有功耗低、成本低、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。LoRa技術(shù)的應(yīng)用廣泛，主要包括：農(nóng)業(yè)上農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的溫濕度測(cè)量；工業(yè)上快遞物流的跟蹤定位、機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)程控制；智慧城市中交通情況的監(jiān)控以及信號(hào)燈的遠(yuǎn)程控制；日常生活中水、電、煤氣等用量的遠(yuǎn)程統(tǒng)計(jì)。

雖然LoRa技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，且具有功耗低、成本低、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但LoRa網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能耗問(wèn)題依然是LoRa技術(shù)所面臨的迫切需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。 在LoRa網(wǎng)絡(luò)中，LoRa系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)主要從軟件協(xié)議和硬件選型2方面著手。硬件方面,MCU采用ST公司推出的低功耗系列芯片STM32L053，射頻模塊芯片選用美國(guó)Semtech公司的SX1278射頻芯片[2]，能夠?qū)崿F(xiàn)比較低的能耗。軟件協(xié)議方面，根據(jù)香農(nóng)定理，增大數(shù)據(jù)傳輸速率，能夠有效地降低能耗，延長(zhǎng)電池使用壽命。改變傳輸速率的影響參數(shù)也會(huì)對(duì)傳輸時(shí)間、接收靈敏度、抗干擾性能等產(chǎn)生影響，從而影響功耗和傳輸距離，所以在實(shí)際應(yīng)用中通過(guò)調(diào)節(jié)擴(kuò)頻因子SF(Spreading Fctor)、擴(kuò)頻調(diào)制帶寬BW(Band Width)以及編碼率CR(Coding Rate)的值，在數(shù)據(jù)傳輸速率、鏈路預(yù)算以及抗干擾性之間達(dá)到更好的平衡。

Figure 1 LoRa packet structure圖1 LoRa數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)LoRa參數(shù)BW、SF、CR的最佳匹配是提高LoRa傳輸性能的重要途徑。本文采用基于線性加權(quán)的多目標(biāo)遺傳算法，通過(guò)仿真分析和實(shí)際測(cè)量，以能量損耗最小、傳輸距離最遠(yuǎn)、抗干擾性最強(qiáng)為優(yōu)化目標(biāo)，以影響因子BW、SF和CR構(gòu)建的數(shù)據(jù)傳輸速率DR、傳輸時(shí)間T、接收靈敏度S為目標(biāo)函數(shù)，同時(shí)充分考慮影響因子的取值、帶寬的大小、傳輸數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度等約束條件，經(jīng)遺傳算法求出1組最優(yōu)解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法具有有效性，可以達(dá)到功率損耗、傳輸距離、抗干擾性最優(yōu)的結(jié)果。

2 LoRa技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 LoRa技術(shù)傳輸速率

LoRa技術(shù)是基于美國(guó)半導(dǎo)體Semtech公司2013年開發(fā)的SX127x系列芯片的一種兼顧低功耗和遠(yuǎn)距離的無(wú)線通信技術(shù)[3]。LoRa技術(shù)主要工作于1 GHz以下的免費(fèi)頻段，目前主要包括915 MHz,868 MHz,470 MHz和433 MHz等，其中我國(guó)主要工作于433 MHz,470 MHz頻段，歐美等國(guó)家主要工作于915 MHz和868 MHz頻段。LoRa技術(shù)可實(shí)現(xiàn)-148 dBm的接收靈敏度，比其他sub-GHz無(wú)線技術(shù)的接收靈敏度提高了20 dB甚至更多；可采用125 kHz,250 kHz,500 kHz等帶寬[4]，數(shù)據(jù)傳輸速率為0.1～120 kbps，實(shí)際傳輸速率因傳輸帶寬、擴(kuò)頻因子、編碼率等不同而存在差異，具體計(jì)算如式(1)和式(2)所示：

Rs=BW/2SF

(1)

DR=SF×Rs×4/(4+CR)

(2)

其中,Rs為L(zhǎng)oRa的符號(hào)速率;SF為擴(kuò)頻因子;BW為帶寬;CR為編碼率(信息率)。

由式(1)和式(2)可以看出，影響LoRa終端實(shí)際傳輸速率的因子是SF、BW和CR。用戶需根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的影響因子值，決定數(shù)據(jù)的實(shí)際傳輸速率，其中SF的取值為6～12，BW的取值為7.8～500 kHz，常用傳輸帶寬為500 kHz,250 kHz,125 kHz ，CR的值為1～4。

2.2 數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)間

LoRa的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由前導(dǎo)碼(Preamble)、可選報(bào)頭(Header)、有效負(fù)載(Payload)3部分組成[5]，LoRa數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)間由前導(dǎo)碼的傳輸時(shí)間和有效負(fù)載傳輸時(shí)間共同組成。

根據(jù)前面描述，由SF、BW可求出 LoRa的符號(hào)速率Rs，可得出發(fā)送單個(gè)符號(hào)所需要的時(shí)間：

(3)

前導(dǎo)碼的傳輸時(shí)間為：

Tpreamble=(npreamble+4.25)Tsym

(4)

其中，npreamble代表前導(dǎo)碼的有效長(zhǎng)度，在數(shù)據(jù)傳輸前已設(shè)置好；Tsym表示發(fā)送每個(gè)前導(dǎo)碼符號(hào)所需要的時(shí)間。

有效負(fù)載的傳輸時(shí)間與所選擇的報(bào)頭類型相關(guān)，設(shè)置為顯式報(bào)頭模式，報(bào)頭中含有有效負(fù)載長(zhǎng)度、前向糾錯(cuò)碼率、是否使用CRC等相關(guān)信息；設(shè)置為隱式報(bào)頭模式，則需手動(dòng)設(shè)置有效負(fù)載字節(jié)數(shù)、前向糾錯(cuò)碼率和CRC等信息。有效負(fù)載符號(hào)數(shù)為：

PayloadSymbNb=

8+max(ceil((8PL-4SF+28+

16-20H)/(4(SF-2DE)))(CR+4),0)

(5)

其中,PL為有效負(fù)載的字節(jié)數(shù)。H表示選擇的報(bào)頭類型，H=0，表示顯式報(bào)頭模式。H=1，表示隱式報(bào)頭模式;DE表示數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中是否采用低速率優(yōu)化，DE=1表示采用。DE=0表示不采用。max為最大值函數(shù);ceil為取整函數(shù)。

有效負(fù)載的傳輸時(shí)間為：

Tpayload=PayloadSymbNb*Tsym

(6)

數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)間等于兩者之和，計(jì)算公式如式(7)所示：

Tpacket=Tpreamble+Tpayload

(7)

綜上所述，影響數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)間因子有BW、SF、CR、前導(dǎo)碼的長(zhǎng)度、報(bào)頭類型、是否采用低速率優(yōu)化等。在本文中，為尋求BW、SF、CR對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，先將前導(dǎo)碼長(zhǎng)度、報(bào)頭類型、有效負(fù)載字節(jié)數(shù)等變量固定。

2.3 接收靈敏度

通信距離遠(yuǎn)是LoRa無(wú)線通信模塊的重要優(yōu)勢(shì)之一。模塊采用LoRa無(wú)線調(diào)制技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行獨(dú)有的處理，無(wú)線通信鏈路可以實(shí)現(xiàn)-148 dBm的靈敏度，相對(duì)于傳統(tǒng)的FSK模塊具有更強(qiáng)的穿透力和更遠(yuǎn)的傳輸距離。對(duì)于無(wú)線技術(shù)而言，其接收靈敏度越低，穿透能力越強(qiáng)，傳輸距離越遠(yuǎn)。無(wú)線接收器的靈敏度計(jì)算如式(8)所示：

S=-174+10 lgBW+NF+SNR

(8)

其中,NF為接收機(jī)噪聲系數(shù)，一般取值為10；SNR表示解調(diào)所需的信噪比，擴(kuò)頻因子越大，信噪比越小，SNR的值與SF取值的關(guān)系如表1所示。

Table 1 Relationship between SNR and SF表1 SNR與SF的關(guān)系表

在設(shè)計(jì)中，-174為1 Hz帶寬內(nèi)的熱噪聲引起的靈敏度衰減，只能通過(guò)改變接收器的溫度來(lái)改變數(shù)值；NF的取值對(duì)于給定的設(shè)備，取值為一定的，所以一般通過(guò)改變帶寬和信噪比的取值來(lái)改變接收靈敏度，從而改變實(shí)際傳輸距離。擴(kuò)頻因子SF的取值對(duì)信噪比產(chǎn)生一定的影響，擴(kuò)頻因子越大，信噪比越小，所以隨著傳輸距離的增加，必須增大SF并且減少BW的取值來(lái)確保合適的接收靈敏度，獲得可靠的通信。例如，接收靈敏度低至-148 dBm，輸出功率TxPOWER為+20 dBm，導(dǎo)致鏈路預(yù)算超過(guò)168 dB，鏈路預(yù)算(L)的計(jì)算如式(9)所示：

L=TxPOWER+|S|

(9)

其中,TxPOWER為輸出功率，S為當(dāng)前狀態(tài)下的接收靈敏度。

3 基于遺傳算法的LoRa參數(shù)優(yōu)化

3.1 遺傳算法原理

遺傳算法(Genetic Algorithm)是借鑒生物界的優(yōu)勝劣汰、適者生存的遺傳機(jī)制演化而來(lái)的一種全局化的隨機(jī)概率搜索算法。它是在20世紀(jì)70年代由美國(guó)Michigan大學(xué)的Holland教授及其學(xué)生和同事首先提出的，從代表問(wèn)題可能存在的解集的某個(gè)種群開始，解集的每個(gè)種群都是由數(shù)個(gè)個(gè)體經(jīng)過(guò)基因編碼組成，而每1個(gè)編碼的個(gè)體對(duì)應(yīng)的是染色體帶有特征的實(shí)體[6]。染色體或個(gè)體作為遺傳物質(zhì)基因的主要載體，是由多個(gè)基因組成的集合，決定了某些特征的外部表現(xiàn)。因此，首先需要將表現(xiàn)型映射到基因型即進(jìn)行編碼，這樣就將解空間信息映射到了編碼空間，每個(gè)解對(duì)應(yīng)1個(gè)編碼；初代種群產(chǎn)生之后，按照自然環(huán)境中的適者生存、優(yōu)勝劣汰的選擇機(jī)制，逐代演化出越來(lái)越接近的解。在演化的每1代中，根據(jù)問(wèn)題域中每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度大小選擇不同的個(gè)體，并借助遺傳算子進(jìn)行個(gè)體的組合交叉和變異，從而產(chǎn)生出代表新的解集的種群。這個(gè)求解過(guò)程與自然界的進(jìn)化過(guò)程相似，后代的種群更加能夠適應(yīng)于當(dāng)前環(huán)境，最后1代種群中的最優(yōu)個(gè)體通過(guò)解碼操作，可以作為問(wèn)題的最優(yōu)解[7]。利用遺傳算法求解問(wèn)題的流程如圖2所示，其具體步驟為：

Figure 2 Solution process of genetic algorithm 圖2 遺傳算法求解過(guò)程

(1)根據(jù)實(shí)際問(wèn)題描述建立數(shù)學(xué)模型，確定決策變量以及約束條件。

(2)對(duì)參數(shù)進(jìn)行編碼，將實(shí)際參數(shù)轉(zhuǎn)換成遺傳空間的由基因按一定結(jié)構(gòu)組成的染色體或個(gè)體，即將表現(xiàn)型映射到基因型。

(3)初始化群體，設(shè)置進(jìn)化代數(shù)計(jì)數(shù)器t=0，設(shè)置最大進(jìn)化代數(shù)T，隨機(jī)生成M個(gè)個(gè)體作為初始群體P(0)。

(4)計(jì)算適應(yīng)度值，然后根據(jù)適應(yīng)度值的大小來(lái)判斷群體中的個(gè)體的優(yōu)劣程度。

(5)停止條件判斷：若t=T，則將進(jìn)化過(guò)程中所得到的具有最大適應(yīng)度的個(gè)體作為最優(yōu)解輸出，終止計(jì)算；否則進(jìn)行遺傳操作。

(6)遺傳操作主要包括3個(gè)主要的遺傳算子：選擇、交叉和變異。

①選擇運(yùn)算：選擇的目的是把優(yōu)化的個(gè)體直接遺傳到下1代或通過(guò)配對(duì)交叉產(chǎn)生新的個(gè)體再遺傳到下1代。選擇操作是建立在群體中個(gè)體的適應(yīng)度評(píng)估基礎(chǔ)上的。

②交叉運(yùn)算：遺傳算法中起核心作用的就是交叉算子。

③變異運(yùn)算：對(duì)群體中個(gè)體串的某些基因上的基因值作變動(dòng)。

(7)產(chǎn)生新1代群體，群體P(t)經(jīng)過(guò)選擇、交叉、變異運(yùn)算之后得到下1代群體P(t+1)，并返回重新計(jì)算適應(yīng)度值。

由上述遺傳算法的描述及求解過(guò)程可以看出，遺傳算法直接對(duì)實(shí)際參數(shù)進(jìn)行操作，沒(méi)有太多的數(shù)學(xué)知識(shí)要求；遺傳算法是進(jìn)行全局搜索，不依賴于初始條件，不與求解空間有緊密關(guān)系，對(duì)解域無(wú)可微或連續(xù)的要求。所以，本文采用遺傳算法對(duì)LoRa的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，達(dá)到傳輸速率大、傳輸時(shí)間短的目標(biāo)，從而使電池壽命最長(zhǎng)，傳輸距離最遠(yuǎn)。

3.2 遺傳算法優(yōu)化LoRa參數(shù)

3.2.1 目標(biāo)函數(shù)確定

在LoRa無(wú)線傳輸?shù)南到y(tǒng)中，低功耗、遠(yuǎn)距離、魯棒性3個(gè)特性相互矛盾，但是從工程應(yīng)用角度出發(fā)，需要LoRa無(wú)線傳輸系統(tǒng)兼?zhèn)湎到y(tǒng)功耗低、傳輸距離短、系統(tǒng)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，因此，如何優(yōu)化設(shè)計(jì)匹配參數(shù)，實(shí)現(xiàn)LoRa系統(tǒng)的整體性能最優(yōu)，是本文的優(yōu)化目標(biāo)。系統(tǒng)的能耗主要與數(shù)據(jù)的傳輸速率以及空中傳輸時(shí)間有關(guān)，傳輸速率越大，空中傳輸時(shí)間越短，功耗越小；最遠(yuǎn)傳輸距離主要由鏈路預(yù)算決定；數(shù)據(jù)傳輸?shù)聂敯粜灾饕删幋a率決定，編碼率越大，魯棒性越強(qiáng)。

LoRa終端的功率能量損耗實(shí)際與數(shù)據(jù)傳輸速率、空中傳輸時(shí)間有關(guān)：

Q=fQ(DR,Tpacket)

(10)

在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，數(shù)據(jù)的傳輸速率越大，傳輸過(guò)程的能量損耗越?。坏罩袀鬏敃r(shí)間越長(zhǎng)，即數(shù)據(jù)傳輸?shù)迷铰芰繐p耗越大。

LoRa的數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钸h(yuǎn)距離由鏈路預(yù)算來(lái)評(píng)估：

D=fD(L)

(11)

傳輸距離的影響因素較多，主要與數(shù)據(jù)傳輸速率、接收靈敏度、電源電壓、天線增益、天線高度、發(fā)射功率等有關(guān)，本文主要考慮傳輸速率、接收靈敏度對(duì)傳輸距離的影響，所以取電源電壓為固定值，天線增益為5 Dbi，發(fā)射功率為20 dbm。

數(shù)據(jù)傳輸?shù)聂敯粜缘慕坪瘮?shù)為：

R=fR(CR)

(12)

本文運(yùn)用線性加權(quán)法將多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，但由于各個(gè)目標(biāo)函數(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同，需首先將多目標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，然后用加權(quán)求和將其轉(zhuǎn)換成單一目標(biāo)函數(shù)。歸一化就是采用除以基值的方法將有量綱目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)換為無(wú)量綱目標(biāo)函數(shù)，每個(gè)目標(biāo)函數(shù)的取值除以基準(zhǔn)值再乘加權(quán)系數(shù)，然后再求和即可得到新的目標(biāo)函數(shù)：

maxD=maxfD(L)

maxQ=minfQ(DR,Tpacket)

maxR=maxfR(CR)

新目標(biāo)函數(shù)：

確定上述優(yōu)化函數(shù)中的參數(shù)SF、BW、CR為優(yōu)化參數(shù)，約束條件為：

3.2.2 個(gè)體編碼

(1)確定編碼方法。

對(duì)參數(shù)進(jìn)行編碼，即將變量轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制串，長(zhǎng)度由計(jì)算所要求的精度決定[8]。例如，變量的約束區(qū)間為[a1,b1]，要求精度到小數(shù)點(diǎn)后2位，也就是每個(gè)變量應(yīng)該至少被分成(b1-a1)*102個(gè)部分。對(duì)于1個(gè)變量的二進(jìn)制串位數(shù)(用mj表示)，用以下公式計(jì)算：

2mj-1<(bj-aj)*202≤2mj-1

(13)

(2)確定解碼方法。

從二進(jìn)制串返回變量的實(shí)際值用以下公式計(jì)算：

(14)

其中，decimal(substring)代表變量的十進(jìn)制數(shù)值。

不妨設(shè)要求精度為小數(shù)點(diǎn)后2位，則目標(biāo)函數(shù)中的3個(gè)變量SF、BW和CR可以轉(zhuǎn)換為下面的二進(jìn)制串：

因?yàn)镾F的取值為6～12的整數(shù)，所以用4位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制整數(shù)來(lái)表示，則SF的二進(jìn)制串位數(shù)m1=4；

而BW可由式(15)得出：

(500-7.8)*100=49220,

215<49220≤216

(15)

則二進(jìn)制串位數(shù)m2=16。

CR的取值為1～4的整數(shù)，用3位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制整數(shù)來(lái)表示，則CR的二進(jìn)制串位數(shù)m3=3。

m=m1+m2+m3=4+16+3=23

這樣，1個(gè)染色體串的二進(jìn)制位數(shù)為23位，如圖3所示。

Figure 3 A binary string of chromosomes圖3 1個(gè)染色體的二進(jìn)制串

對(duì)應(yīng)變量SF、BW和CR的十進(jìn)制是實(shí)數(shù)值，如表2所示。

Table 2 Binary representation and decimal representation relationship of a chromosome表2 染色體的二進(jìn)制表示與十進(jìn)制表示關(guān)系

染色體的表現(xiàn)型和基因型之間可由式(16)描述，通過(guò)編碼和解碼自由轉(zhuǎn)換[9]。

SF=6,

CR=4

(16)

然后按照?qǐng)D1遺傳算法的流程，對(duì)LoRa參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇。設(shè)置初始種群大小為100，字符串長(zhǎng)度為23，交叉概率為0.9，變異概率為0.5，遺傳代數(shù)為3 000代。

4 測(cè)試及仿真分析

為驗(yàn)證遺傳算法的有效性，本節(jié)利用Matlab，按照上述遺傳算法的設(shè)置對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行仿真，參數(shù)設(shè)置為：種群內(nèi)個(gè)體數(shù)目N=100;染色體節(jié)點(diǎn)數(shù)N_chrom=7;迭代次數(shù)iter=3000;變異概率mut=0.5;交叉概率acr=0.9。

綜合考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芎摹鬏斁嚯x、傳輸?shù)聂敯粜裕?jīng)過(guò)多次運(yùn)行，改變各個(gè)目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重系數(shù)，目標(biāo)函數(shù)變化如圖4所示，其中圖4a為傳輸距離基準(zhǔn)值為3 000 m的目標(biāo)函數(shù)變化圖；圖4b為傳輸距離基準(zhǔn)值為5 000 m的目標(biāo)函數(shù)變化圖；圖4c為傳輸距離基準(zhǔn)值為10 000 m的目標(biāo)函數(shù)變化圖。從圖4中可以看出，本文所采用的線性加權(quán)的多目標(biāo)遺傳算法在第500代左右就開始得到很好的收斂效果。各方案的參數(shù)優(yōu)化對(duì)比值如表3所示。

Figure 4 Fitness curve圖4 適應(yīng)度曲線

Table 3 Comparison of optimization results
表3 優(yōu)化結(jié)果對(duì)比表

序號(hào)SFBWCR系統(tǒng)能耗/J傳輸距離/m魯棒性(0～1)1830.5041.083 0000.91優(yōu)化結(jié)果299.5444.705 0000.933117.26313.610 0000.75未優(yōu)化結(jié)果4650010.845000.155127.8417.9011 0000.98

由表3可以看出本文所采用的多目標(biāo)優(yōu)化方法的可行性，在3個(gè)目標(biāo)函數(shù)之間存在相互制約關(guān)系的情況下，3種方案的數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芎摹⒆钸h(yuǎn)傳輸距離、傳輸?shù)聂敯粜缘玫搅讼鄳?yīng)的平衡。在優(yōu)化結(jié)果中，分別以3 000 m,5 000 m,10 000 m為優(yōu)化目標(biāo)的基準(zhǔn)值，得到了相應(yīng)的參數(shù)值，實(shí)現(xiàn)了能耗與傳輸距離以及魯棒性的平衡；未優(yōu)化結(jié)果明顯表明了系統(tǒng)能耗與傳輸距離的矛盾性。在實(shí)際應(yīng)用中，用戶可以在滿足傳輸距離要求的情況下，通過(guò)適當(dāng)?shù)卦黾訑?shù)據(jù)傳輸速率來(lái)降低系統(tǒng)能耗，必要時(shí)可通過(guò)犧牲系統(tǒng)的魯棒性來(lái)降低能耗[10]。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文將遺傳算法用于LoRa無(wú)線傳輸?shù)亩嗄繕?biāo)尋優(yōu)，通過(guò)全局搜索，對(duì)影響因子SF、BW、CR組成的染色體進(jìn)行選擇、交叉、變異，達(dá)到傳播優(yōu)秀基因的目的，尋找出LoRa傳輸過(guò)程中的能耗、傳輸距離和魯棒性的最優(yōu)解。仿真以及測(cè)試結(jié)果表明，本文所采用的線性加權(quán)多目標(biāo)遺傳算法在尋優(yōu)、穩(wěn)定性等方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，可用于LoRa終端的傳輸尋優(yōu)，在滿足傳輸距離要求的情況下，減少了數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的功率損耗，增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性。