本文關(guān)鍵詞： 跨層優(yōu)化 無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò) 干擾消除 調(diào)度算法　出處：《寧波大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)無(wú)需固定基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)即能實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間端到端無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸,具有成本低、擴(kuò)展能力強(qiáng)等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于軍事與民用通信、環(huán)境監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域。由于受到無(wú)線信道頻譜共享以及無(wú)線節(jié)點(diǎn)資源(如功率、計(jì)算能力)受限等因素影響,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)性能很大程度上取決于網(wǎng)絡(luò)對(duì)無(wú)線鏈路干擾管理能力�，F(xiàn)有研究采用隨機(jī)接入(如CSMA)或者確定接入(如TDMA、FDMA、CDMA),在設(shè)計(jì)方法上避免網(wǎng)絡(luò)中相鄰無(wú)線鏈路間干擾。以上傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在保證鏈路傳輸成功率的同時(shí)降低了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中并發(fā)鏈路數(shù)(譜空間重用),從而限制了網(wǎng)絡(luò)性能提升。近年來(lái),研究者逐漸認(rèn)識(shí)到進(jìn)一步挖掘鏈路的干擾特性(如采用連續(xù)干擾消除、并行干擾消除以及中繼協(xié)作等)能夠提高網(wǎng)絡(luò)中并發(fā)鏈路數(shù)。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域,分層設(shè)計(jì)方法獨(dú)立考慮各個(gè)協(xié)議層的優(yōu)化不能充分利用整個(gè)系統(tǒng)中有限的資源。通過(guò)聯(lián)合多個(gè)協(xié)議層進(jìn)行全局優(yōu)化,跨層設(shè)計(jì)方法能夠?qū)崿F(xiàn)更高的資源利用率,網(wǎng)絡(luò)性能得到更大幅度的提升。本文以端到端網(wǎng)絡(luò)吞吐量最大化為優(yōu)化目標(biāo),基于干擾消除技術(shù)與跨層優(yōu)化技術(shù),研究與設(shè)計(jì)提升無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)性能的集中式與分布式算法。主要研究成果歸納如下:(1)研究多傳輸速率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于干擾消除跨層優(yōu)化算法。首先,聯(lián)合路由、鏈路調(diào)度與端到端速率控制問(wèn)題,基于干擾消除技術(shù)與多速率物理干擾模型建立無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化框架;其次,為降低算法復(fù)雜度,采用列生成技術(shù)將上述問(wèn)題優(yōu)化分解為速率控制子問(wèn)題與路由、鏈路調(diào)度子問(wèn)題,其中前者被轉(zhuǎn)化為較容易求解的線性規(guī)劃問(wèn)題,后者被轉(zhuǎn)化為整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題;最后,針對(duì)上述整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題提出了基于搜索樹(shù)的貪婪算法和基于模擬退火的啟發(fā)式算法。仿真結(jié)果驗(yàn)證了多速率鏈路能夠進(jìn)一步增加無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)中干擾消除容量,所提出算法有利于提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。(2)研究聯(lián)合功率優(yōu)化與干擾消除的跨層優(yōu)化算法�？紤]無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)中傳輸節(jié)點(diǎn)功率控制問(wèn)題,進(jìn)一步將上述基于多傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)跨層問(wèn)題擴(kuò)展為功率優(yōu)化與干擾消除聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題。與之前研究工作的不同之處在于我們將功率控制問(wèn)題劃分為離散功率控制問(wèn)題與連續(xù)功率控制問(wèn)題,并研究聯(lián)合功率優(yōu)化與干擾消除技術(shù)在多速率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的影響。引入功率控制,跨層優(yōu)化框架中調(diào)度子問(wèn)題存在非線性約束條件,利用輔助變量對(duì)該約束進(jìn)行線性化處理并將調(diào)度子問(wèn)題轉(zhuǎn)化為(混合)整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題。采用CPLEX解決器求解上述問(wèn)題,仿真結(jié)果表明,相比無(wú)功率控制的跨層優(yōu)化方案,聯(lián)合功率控制算法具有更高的吞吐量性能增益。(3)研究無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)中基于干擾消除的分布式算法。分布式算法能有效降低網(wǎng)絡(luò)中控制信息開(kāi)銷,更加適合于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際部署。因此,我們?cè)诩惺剿惴ㄑ芯砍晒幕A(chǔ)上分析與研究無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)中基于干擾消除的分布式解決方案。在分布式方案中我們采用back-pressure路由策略,并基于干擾消除的物理干擾模型,引入干擾局部處理方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)干擾區(qū)域進(jìn)行限定,提出基于局部干擾信息的分布式調(diào)度算法。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該算法的有效性。
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【學(xué)位授予單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN92
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本文編號(hào)：1530658