無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的雙向中繼和跨層優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、基于網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的雙向中繼傳輸協(xié)議可以有效提高無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的傳輸性能，其中提高系統(tǒng)吞吐量性能的關(guān)鍵考量之一是提高中繼傳輸時(shí)的并發(fā)傳輸指數(shù)。在本文中我們提出一種名為IC-TWR的新雙向中繼傳輸協(xié)議，它綜合了網(wǎng)絡(luò)編碼、空間分集和干擾消除的技術(shù)，達(dá)到了一個(gè)較高的并發(fā)傳輸指數(shù)。與此同時(shí)，和基于放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)的雙向中繼傳輸機(jī)制相比，IC-TWR協(xié)議對(duì)信道狀態(tài)信息(CSI)的需求大幅降低了。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的基于解碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)的雙向中繼傳輸

2、協(xié)議相比，IC-TWR協(xié)議在系統(tǒng)吞吐量和端到端時(shí)延上均有更好的表現(xiàn)。本文還對(duì)所提出的IC-TWR協(xié)議的拓展性進(jìn)行了討論，其中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)量可以為任意大于等于2的正整數(shù)，因此在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)具體場(chǎng)景靈活組網(wǎng)。
　　我們注意到，為了研究上的方便，現(xiàn)有的關(guān)于雙向中繼傳輸協(xié)議領(lǐng)域的研究都是基于下述兩點(diǎn)假設(shè)展開(kāi)的:①信源節(jié)點(diǎn)都有無(wú)限長(zhǎng)的隊(duì)列緩存;②只要中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)出傳輸請(qǐng)求，信源節(jié)點(diǎn)就總能有數(shù)據(jù)包發(fā)送到中繼節(jié)點(diǎn)。然而在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中，節(jié)點(diǎn)的

3、緩存大小總是有限的，當(dāng)考慮到排隊(duì)效應(yīng)（queuing effects）時(shí)，上述兩點(diǎn)假設(shè)均不成立，且有可能發(fā)生丟包現(xiàn)象。在本文中我們以DF-TWR為例，綜合考慮了雙向中繼傳輸機(jī)制和有限長(zhǎng)緩存的排隊(duì)效應(yīng)，在數(shù)學(xué)上對(duì)此建模為一個(gè)二維的有限狀態(tài)馬爾科夫鏈(FSMC)。并從理論上嚴(yán)格證明了此二維馬氏鏈?zhǔn)驱R次的，非周期的，不可約的且正常返的，因此具有穩(wěn)定的極限概率分布。在此基礎(chǔ)上，我們分別對(duì)端到端吞吐量和系統(tǒng)丟包率進(jìn)行了解析推導(dǎo)，并得到了閉式解。理

4、論計(jì)算結(jié)果和計(jì)算機(jī)MonteCarlo數(shù)值仿真結(jié)果精確吻合，從而驗(yàn)證了對(duì)這套新框架數(shù)學(xué)建模和分析推導(dǎo)工作的正確性。仿真結(jié)果還揭示了在不同場(chǎng)景下緩存長(zhǎng)度對(duì)系統(tǒng)性能影響的一些規(guī)律。這部分研究工作從定量的角度對(duì)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)師綜合考量評(píng)估節(jié)點(diǎn)緩存和雙向中繼傳輸系統(tǒng)性能之間的關(guān)系提供一定的參考價(jià)值。
　　在無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)里，跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)被認(rèn)為是可以有助于降低網(wǎng)絡(luò)能量開(kāi)銷(xiāo)的一種手段。由于整數(shù)約束條件的存在，此問(wèn)題在數(shù)學(xué)上可以建模為混合非線(xiàn)性?xún)?yōu)化