论文摘要
无线自组织网络所具备的自组织性、自动配置、动态拓扑、多跳路由等特点,使其在军事和民用方面具有广泛的应用前景。随着无线通信设备的迅速普及,无线信道也成为日益紧缺的自然资源。因此,无线自组织网络与多信道技术相结合的技术,引起了学术界和工业界的高度重视。多信道无线自组织网络既能适应无线信道的变化,也能适应网络拓扑的变化,因此可以大幅度提高信道利用率和网络通信效率。由于多信道的无线自组织网络是下一代网络的重要组成部分,而服务质量、节能和MAC性能等是其最基本的问题。本论文技术对无线自组织网络多信道数据速率控制和信道切换问题进行了深入的研究。首先,本文对多信道无线自组织网络在节点功率受限情况下的数据发送进行建模。该模型通过信号干扰比来体现节点之间的信道内干扰,通过节点的最大功率限制来体现网络的能耗,通过节点功率信道分配系数来确定不同信道上的功率分配原则,把无线自组织网络节点功率受限的多信道链路速率控制问题抽象为一个网路效用最大化问题,并得到一个分布式联合优化算法。该算法能够收敛到全局最佳结果,是网络效用达到最优。然后,针对多信道无线自组织网络数据传输和时延分配调整问题,本文提出了时延受限的多信道传输速率控制的分布式算法。为了加强网络节点之间的协作,本文采用了网络效用最大化(NUM)的思想,将多信道无线自组织网络的设计抽象为一个优化问题。在求解优化问题时,采用对偶分解的方法将原问题分解成两类可求解的子问题,这两类子问题分别对应于网络中的传输速率控制和时延控制问题。基于这种思想设计了基于价格的分布式优化算法,该算法联合优化了各个数据源在各个信道上的速率调整和各个链路在各个信道上的时延分配,让网络性能趋于最优。最后,针对多信道无线自组织网络信道切换问题,本文提出一种简单而通用的信道切换机制,将IEEE 802.11MAC扩展成为一种多信道MAC,提出了一种三维马尔科夫链分析模型描述多信道MAC的性能,刻画单信道内重传次数和多信道间切换对性能的影响。该分析模型支持基本和RTS/CTS两种接入方式。仿真结果表明,该多信道切换MAC模型能够很好地计算系统的饱和吞吐量,系统性能随着重传次数的增加而得到提高,而切换信道数量的增加并不能总是带来性能的提高。本文的工作得到了国家自然科学基金“可重构MIMO的无线传感器网络信息处理与传输”(No.60572049)、“自组织认知无线电网络关键技术研究”(No.60602029)、“基于网络效用最大化的无线传感器网络研究”(No.60772088)和湖北省智能互联网技术重点实验室开放基金项目“自组织认知无线电网络关键技术研究”(No.HSIT200605)的资助。
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标签：无线自组织网络论文; 多信道技术论文; 网络效用最大化论文; 时延受限论文; 功率受限论文; 速率控制论文; 信道切换论文; 马尔可夫链论文;