本文關(guān)鍵詞：基于衰落模型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)調(diào)度和容量問(wèn)題研究

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【摘要】：近年來(lái),隨著無(wú)線通信技術(shù)與傳感技術(shù)的快速發(fā)展,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)在各個(gè)領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用。在實(shí)際通信中,無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)之間存在不可避免的干擾,如何減少節(jié)點(diǎn)之間的干擾、獲得更大規(guī)模的并發(fā)鏈路集合是WSN算法設(shè)計(jì)過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題之一。從某種意義上講,這一問(wèn)題直接影響到WSN的容量、生命周期、連通性、路由等,因此如何設(shè)計(jì)有效的算法獲得大規(guī)模的并發(fā)調(diào)度集合或者更短時(shí)間內(nèi)獲得一定規(guī)模的并發(fā)調(diào)度集合是十分必要的。所謂鏈路調(diào)度,就是在給定若干無(wú)線鏈路的場(chǎng)景中選擇那些可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳輸?shù)淖蛹�。�?dāng)前關(guān)于該問(wèn)題的研究模型大多數(shù)關(guān)注基于圖的干擾模型或SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)干擾模型。盡管SINR干擾模型代表對(duì)于先前方法的一種較大幅度的提高,但是其依然使用一種信號(hào)傳播的狹義見(jiàn)解,即若發(fā)送端的發(fā)送功率確定,在確定距離處的接收功率必然是確定可計(jì)算的。相反,在實(shí)際信號(hào)傳輸中該接收功率絕對(duì)不是確定性的。Rayleigh衰落模型既考慮了傳輸信號(hào)間的累積干擾,也考慮了周?chē)h(huán)境對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?因此我們選擇該模型作為信號(hào)傳輸?shù)母蓴_模型。通信鏈路的成功概率是評(píng)價(jià)調(diào)度算法的重要指標(biāo)之一,而該概率與調(diào)度集規(guī)模密切相關(guān)。如果并發(fā)通信鏈路集合過(guò)小,系統(tǒng)吞吐量變小。反之,通信鏈路之間的累積干擾過(guò)大,從而導(dǎo)致若干條鏈路傳輸失敗,從而降低鏈路成功傳輸?shù)母怕�。盡管我們用Rayleigh衰落模型代替SINR干擾模型來(lái)研究無(wú)線鏈路調(diào)度問(wèn)題,我們依然能夠確保通信鏈路成功傳輸?shù)母怕什⒉粫?huì)差多少甚至是更高的。事實(shí)上,我們證明Rayleigh衰落模型下鏈路通信成功的概率僅比SINR模型下的小0.05%,其次我們獲得了更大規(guī)模的調(diào)度集。本文中,我們首先提出基于并發(fā)鄰居集合的鏈路調(diào)度算法CNS_LS(Current Neighbors Set based Link Scheduling Algorithm),該算法基于這樣一個(gè)事實(shí):當(dāng)部分調(diào)度集構(gòu)造完成后,如果某些距離調(diào)度集內(nèi)鏈路較遠(yuǎn)的鏈路繼續(xù)加入該可行集,那么距離更遠(yuǎn)處的鏈路有可能滿足SINR約束。也就是說(shuō)先前大部分鏈路調(diào)度算法選擇那些距離相對(duì)較遠(yuǎn)的鏈路構(gòu)造調(diào)度集而本文考慮上述事實(shí)。第二,我們繼續(xù)提出獲得鄰居集合的改進(jìn)算法ITA(Interference Tolerate based Alternative)。最后,基于CSMA/CA機(jī)制和鄰居集合,我們?cè)O(shè)計(jì)分布式鏈路調(diào)度算法IDSA,該算法可以在??log n?時(shí)隙內(nèi)調(diào)度完所有鏈路,與最優(yōu)調(diào)度算法相比實(shí)現(xiàn)了??1/????近似。第三章,在偷聽(tīng)者存在的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中,我們提出基于傳輸機(jī)密性和可靠性的鏈路調(diào)度算法,即SLS(Secrecy based Link Scheduling)和ISLS(Improved Secrecy based Link Scheduling)。事實(shí)上,在不知道偷聽(tīng)者位置的前提下,我們從理論和仿真兩個(gè)角度分別分析了所獲得調(diào)度集的規(guī)模、傳輸中斷概率和機(jī)密中斷概率,并獲得了理想結(jié)果。進(jìn)一步地,基于鄰居集合,我們?cè)谶@個(gè)模型下設(shè)計(jì)分布式調(diào)度算法來(lái)盡可能地降低機(jī)密中斷概率。通過(guò)設(shè)計(jì)的算法TSDLS+RSOP,與現(xiàn)存的調(diào)度算法相比,機(jī)密中斷概率小于0.1。
【學(xué)位授予單位】：曲阜師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP212.9;TN929.5

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本文編號(hào)：1226892