本文關(guān)鍵詞：無線通信系統(tǒng)中的雙向中繼和跨層優(yōu)化技術(shù)研究

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【摘要】：基于網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的雙向中繼傳輸協(xié)議可以有效提高無線通信系統(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)到了一個較高的并發(fā)傳輸指數(shù)。與此同時,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)的雙向中繼傳輸協(xié)議相比,IC-TWR協(xié)議在系統(tǒng)吞吐量和端到端時延上均有更好的表現(xiàn)。本文還對所提出的IC-TWR協(xié)議的拓展性進(jìn)行了討論,其中繼節(jié)點數(shù)量可以為任意大于等于2的正整數(shù),因此在實際應(yīng)用中可以根據(jù)具體場景靈活組網(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假設(shè)展開的：①信源節(jié)點都有無限長的隊列緩存；②只要中繼節(jié)點發(fā)出傳輸請求,信源節(jié)點就總能有數(shù)據(jù)包發(fā)送到中繼節(jié)點。然而在實際的應(yīng)用場景中,節(jié)點的緩存大小總是有限的,當(dāng)考慮到排隊效應(yīng)(queuing effects)時,上述兩點假設(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)制和有限長緩存的排隊效應(yīng),在數(shù)學(xué)上對此建模為一個二維的有限狀態(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。理論計算結(jié)果和計算機(jī)Monte Carlo數(shù)值仿真結(jié)果精確吻合,從而驗證了對這套新框架數(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景下緩存長度對系統(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通信系統(tǒng)設(shè)計師綜合考量評估節(jié)點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值。在無線傳感網(wǎng)絡(luò)里,跨層優(yōu)化設(shè)計被認(rèn)為是可以有助于降低網(wǎng)絡(luò)能量開銷的一種手段。由于整數(shù)約束條件的存在,此問題在數(shù)學(xué)上可以建模為混合非線性優(yōu)化問題。隨著節(jié)點數(shù)目的增加,決策變量和約束條件的數(shù)量迅速增長,在最壞情況下尋求全局最優(yōu)解的計算復(fù)雜度接近于窮舉搜索。本文以二維場景為例,研究探討了跨層優(yōu)化設(shè)計對無線傳感網(wǎng)絡(luò)在節(jié)省能量開銷方面的意義和價值。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN92
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本文編號：1305861