下一代無線網(wǎng)絡(luò)中的資源管理策略研究.pdf

1、隨著新型無線接入和組網(wǎng)技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，無線網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)覆蓋、網(wǎng)絡(luò)容量、傳輸速率、服務(wù)質(zhì)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I(xiàn)P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(wǎng)絡(luò)。下一代無線網(wǎng)絡(luò)融合了多種結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，支持多種無線技術(shù)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(wǎng)方式，通過全I(xiàn)P核心網(wǎng)與傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通。下一代無線網(wǎng)絡(luò)的

2、目標(biāo)是通過豐富的接入手段、靈活的組網(wǎng)方式、全方位的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、空前的傳輸速率和超大的網(wǎng)絡(luò)容量，為用戶提供無處不在的網(wǎng)絡(luò)接入和無所不能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。然而，由于無線網(wǎng)絡(luò)的衰落、干擾、介質(zhì)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(yīng)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(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步發(fā)展和創(chuàng)新所面臨的嚴(yán)峻考驗。高效的無線資源管理模式和靈活的網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)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(nèi)容。
　　本論文主要研究了無線自組織網(wǎng)絡(luò)（無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）和 OFDMA協(xié)同中繼網(wǎng)絡(luò)這兩種典型的下一代無線網(wǎng)絡(luò)中拓?fù)淇刂?、跨層設(shè)計、子載波配對及選擇、子載波功率分配等無線資源管理機(jī)制和調(diào)度策略。主要研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)包括以下四個方面：
　?、賹o線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢及面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了系統(tǒng)整理和深入分析；對無線自

4、組織網(wǎng)絡(luò)（無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）和 OFDMA協(xié)同中繼網(wǎng)絡(luò)等下一代無線網(wǎng)絡(luò)中的通信應(yīng)用場景進(jìn)行了詳細(xì)介紹和分析比較；對拓?fù)淇刂?、跨層設(shè)計、凸優(yōu)化理論等無線網(wǎng)絡(luò)資源管理手段和技術(shù)理論進(jìn)行了歸納研究。
　?、谘芯苛瞬捎靡苿覵ink進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，如何延長網(wǎng)絡(luò)生存時間的問題。提出了一個基于樹形結(jié)構(gòu)的啟發(fā)式拓?fù)淇刂扑惴ā钚∝?fù)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(zhuǎn)發(fā)路徑和傳輸功率，來平衡網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的能量消

5、耗，從而達(dá)到延長整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最大生命周期的目的；進(jìn)一步討論了在分布式和時延約束條件下如何改進(jìn)MLS算法，使之更適用于實際應(yīng)用場景。仿真實驗結(jié)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(wǎng)絡(luò)中的跨層設(shè)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(jìn)行了聯(lián)合優(yōu)化。其目標(biāo)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(wǎng)絡(luò)總效用。本論文構(gòu)造了一個多維約束條件下的廣義網(wǎng)絡(luò)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(jié)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(wǎng)絡(luò)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