下一代無線網絡中的資源管理策略研究.pdf

1、隨著新型無線接入和組網技術的不斷涌現(xiàn)，無線網絡在網絡覆蓋、網絡容量、傳輸速率、服務質量等方面都得到了迅猛發(fā)展，正朝著接入方式多樣化、數(shù)據(jù)傳輸高速化、普遍移動性和全IP融合的方向發(fā)展，并終將形成無所不在、無所不包、無所不能的下一代無線網絡。下一代無線網絡融合了多種結構的通信網絡和互聯(lián)網絡，支持多種無線技術的平滑接入和移動終端的無縫漫游，支持多跳自組織、協(xié)同中繼等新型組網方式，通過全IP核心網與傳統(tǒng)有線網絡和互聯(lián)網互聯(lián)互通。下一代無線網絡的

2、目標是通過豐富的接入手段、靈活的組網方式、全方位的網絡覆蓋、空前的傳輸速率和超大的網絡容量，為用戶提供無處不在的網絡接入和無所不能的網絡服務。然而，由于無線網絡的衰落、干擾、介質共享、用戶移動等固有特性，造成其信道狀態(tài)時變、容量有限、資源匱乏等限制，使得人們對無線應用需求的爆發(fā)式增長和無線通信資源的緊張供給之間的矛盾日益凸顯，成為下一代無線網絡進一步發(fā)展和創(chuàng)新所面臨的嚴峻考驗。高效的無線資源管理模式和靈活的網絡資源調度策略，可有效提升現(xiàn)

3、有通信系統(tǒng)的資源利用率，拓展可利用資源空間，提高無線通信系統(tǒng)的整體性能，是解決上述矛盾的主要手段之一，也是本論文的主要研究內容。
　　本論文主要研究了無線自組織網絡（無線傳感器網絡）和 OFDMA協(xié)同中繼網絡這兩種典型的下一代無線網絡中拓撲控制、跨層設計、子載波配對及選擇、子載波功率分配等無線資源管理機制和調度策略。主要研究內容和貢獻包括以下四個方面：
　?、賹o線網絡的發(fā)展趨勢及面臨的挑戰(zhàn)進行了系統(tǒng)整理和深入分析；對無線自

4、組織網絡（無線傳感器網絡）和 OFDMA協(xié)同中繼網絡等下一代無線網絡中的通信應用場景進行了詳細介紹和分析比較；對拓撲控制、跨層設計、凸優(yōu)化理論等無線網絡資源管理手段和技術理論進行了歸納研究。
　?、谘芯苛瞬捎靡苿覵ink進行數(shù)據(jù)收集的大規(guī)模無線傳感器網絡中，如何延長網絡生存時間的問題。提出了一個基于樹形結構的啟發(fā)式拓撲控制算法——最小負載集（MLS）算法，通過為每個傳感器節(jié)點合理選擇數(shù)據(jù)轉發(fā)路徑和傳輸功率，來平衡網絡中節(jié)點的能量消

5、耗，從而達到延長整個無線傳感器網絡最大生命周期的目的；進一步討論了在分布式和時延約束條件下如何改進MLS算法，使之更適用于實際應用場景。仿真實驗結果表明MLS算法的性能明顯優(yōu)于部分現(xiàn)有算法。
　?、垩芯苛藷o線自組織網絡中的跨層設計及優(yōu)化問題，對傳輸層的擁塞控制、媒體接入控制層（MAC層）的爭用控制和物理層的功率控制進行了聯(lián)合優(yōu)化。其目標是在傳輸層找到最優(yōu)的端到端傳輸速率；在MAC層找到每條鏈路的最優(yōu)堅持概率；在物理層找到最優(yōu)傳輸功

6、率，從而最大化網絡總效用。本論文構造了一個多維約束條件下的廣義網絡效用最大化（GNUM）問題，通過引入輔助變量和變量變換，提出了基于次梯度的分布式跨層算法，仿真結果驗證了所提出算法的收斂性和有效性。
　?、鼙菊撐奶岢隽艘粋€ OFDMA協(xié)同中繼網絡中的聯(lián)合子載波配對和功率分配（JS2PA）方案。為解決JS2PA這個非凸問題，首先基于匈牙利法提出了子載波配對及選擇算法；然后基于智能水滴（IWD）算法提出了用作功率分配的PA-MIWD算