下一代無線網(wǎng)絡中基于跨層優(yōu)化的資源分配研究.pdf

1、隨著下一代無線通信網(wǎng)絡的飛速發(fā)展和業(yè)務需求的爆炸式增長,有限的無線資源與多媒體業(yè)務不斷提高的服務質(zhì)量(QoS)需求之間的矛盾日益尖銳,使得既能提高網(wǎng)絡整體性能又可以支持高質(zhì)量多媒體業(yè)務的資源分配策略成為目前無線通信研究領域關注的重點?？鐚釉O計方法將被分割的各層網(wǎng)絡協(xié)議作為整體進行分析、優(yōu)化和控制,從而達到高效利用無線資源的目的。針對下一代無線通信網(wǎng)絡中的不同網(wǎng)絡架構,本論文基于跨層聯(lián)合優(yōu)化思想和有效容量理論,研究了保證多媒體業(yè)務統(tǒng)計時延

2、QoS要求的無線資源分配策略。論文以信息論、網(wǎng)絡理論和優(yōu)化理論為基礎,分析了下一代無線網(wǎng)絡中亟待解決的關鍵問題,并提出可行的解決方案。論文提出的資源分配策略可為下一代無線網(wǎng)絡跨層協(xié)議的設計提供一定的理論依據(jù)和技術基礎。論文的主要工作和創(chuàng)新點如下:
　　 研究了單用戶網(wǎng)絡系統(tǒng)中的跨層資源分配問題。基于有效容量跨層模型,針對傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡和認知無線電網(wǎng)絡兩種環(huán)境分別提出了保證實時多媒體業(yè)務時延QoS要求的最優(yōu)功率控制策略。對于傳統(tǒng)蜂窩

3、網(wǎng)絡,分別研究了采用連續(xù)星座多進制正交幅度調(diào)制(MQAM)機制和離散星座MQAM機制時,保證實時多媒體業(yè)務時延OoS要求條件下,最小化平均功率優(yōu)化問題。并利用凸優(yōu)化理論提出了相應的最優(yōu)功率分配策略和星座大小分配機制。在允許主要用戶與次要用戶同時共享相同頻段的認知無線電網(wǎng)絡中,論文借助干擾溫度模型描述次要用戶對主要用戶的干擾。論文基于有效容量理論建立物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的跨層模型。在跨層模型基礎上,研究了在次要用戶對主要用戶的干擾功率和次要

4、用戶平均/峰值發(fā)送功率限制條件下,最大化次要用戶有效容量的優(yōu)化問題。利用凸優(yōu)化理論提出了最優(yōu)的功率分配策略,并進行了相關算法分析。最后為了探討次要用戶對主要用戶的干擾功率和次要用戶時延Oos要求之間的關系,本文還研究了滿足次要用戶時延QoS限制的最小化干擾功率優(yōu)化問題。
　　 針對無線多媒體傳感器網(wǎng)絡中的低功耗和多媒體數(shù)據(jù)流實時傳輸問題,研究了單跳分簇無線多媒體傳感器網(wǎng)絡中的資源分配策略。無線多媒體傳感器網(wǎng)絡采用時分多址(TDM

5、A)模式的媒體接入控制(MAC)協(xié)議,以減少甚至消除由于沖突、空閑監(jiān)聽等造成的能量消耗?；谟行萘靠鐚幽Ｐ?論文利用拉格朗日對偶理論和對偶分解理論,從不同角度研究了無線傳感器網(wǎng)絡中保證多媒體數(shù)據(jù)流時延QoS要求的無線資源分配策略。從延長傳感器網(wǎng)絡壽命的角度,研究了滿足多媒體傳感器節(jié)點時延QoS要求條件下,最小化系統(tǒng)平均發(fā)送功率優(yōu)化問題；從提高整個傳感器網(wǎng)絡服務能力的角度,研究了傳感器節(jié)點功率受限條件下,最大化系統(tǒng)有效容量優(yōu)化問題。最終

6、分別提出了無線多媒體傳感器網(wǎng)絡中分布式的速率和時隙、功率和時隙聯(lián)合分配算法。
　　 研究了WiMAX網(wǎng)絡中的跨層資源分配問題。基于IEEE802.16e標準,從功率高效使用的角度,研究了WiMAX網(wǎng)絡下行鏈路中保證多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務時延QoS要求的功率和多載波聯(lián)合分配策略。無線信道共享方式采用點到多點(PMP)模式。本文首先提出WiMAX網(wǎng)絡中基于有效容量理論的跨層框架,接著規(guī)劃了滿足用戶時延QoS要求條件下,最小化系統(tǒng)發(fā)送功率的優(yōu)