下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于跨層優(yōu)化的資源分配研究.pdf

1、隨著下一代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展和業(yè)務(wù)需求的爆炸式增長(zhǎng),有限的無(wú)線資源與多媒體業(yè)務(wù)不斷提高的服務(wù)質(zhì)量(QoS)需求之間的矛盾日益尖銳,使得既能提高網(wǎng)絡(luò)整體性能又可以支持高質(zhì)量多媒體業(yè)務(wù)的資源分配策略成為目前無(wú)線通信研究領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。跨層設(shè)計(jì)方法將被分割的各層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議作為整體進(jìn)行分析、優(yōu)化和控制,從而達(dá)到高效利用無(wú)線資源的目的。針對(duì)下一代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),本論文基于跨層聯(lián)合優(yōu)化思想和有效容量理論,研究了保證多媒體業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)時(shí)延

2、QoS要求的無(wú)線資源分配策略。論文以信息論、網(wǎng)絡(luò)理論和優(yōu)化理論為基礎(chǔ),分析了下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題,并提出可行的解決方案。論文提出的資源分配策略可為下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)跨層協(xié)議的設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 研究了單用戶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的跨層資源分配問(wèn)題?；谟行萘靠鐚幽Ｐ?針對(duì)傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)兩種環(huán)境分別提出了保證實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)時(shí)延QoS要求的最優(yōu)功率控制策略。對(duì)于傳統(tǒng)蜂窩

3、網(wǎng)絡(luò),分別研究了采用連續(xù)星座多進(jìn)制正交幅度調(diào)制(MQAM)機(jī)制和離散星座MQAM機(jī)制時(shí),保證實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)時(shí)延OoS要求條件下,最小化平均功率優(yōu)化問(wèn)題。并利用凸優(yōu)化理論提出了相應(yīng)的最優(yōu)功率分配策略和星座大小分配機(jī)制。在允許主要用戶與次要用戶同時(shí)共享相同頻段的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中,論文借助干擾溫度模型描述次要用戶對(duì)主要用戶的干擾。論文基于有效容量理論建立物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的跨層模型。在跨層模型基礎(chǔ)上,研究了在次要用戶對(duì)主要用戶的干擾功率和次要

4、用戶平均/峰值發(fā)送功率限制條件下,最大化次要用戶有效容量的優(yōu)化問(wèn)題。利用凸優(yōu)化理論提出了最優(yōu)的功率分配策略,并進(jìn)行了相關(guān)算法分析。最后為了探討次要用戶對(duì)主要用戶的干擾功率和次要用戶時(shí)延Oos要求之間的關(guān)系,本文還研究了滿足次要用戶時(shí)延QoS限制的最小化干擾功率優(yōu)化問(wèn)題。
　　 針對(duì)無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中的低功耗和多媒體數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)傳輸問(wèn)題,研究了單跳分簇?zé)o線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中的資源分配策略。無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)采用時(shí)分多址(TDM

5、A)模式的媒體接入控制(MAC)協(xié)議,以減少甚至消除由于沖突、空閑監(jiān)聽(tīng)等造成的能量消耗。基于有效容量跨層模型,論文利用拉格朗日對(duì)偶理論和對(duì)偶分解理論,從不同角度研究了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中保證多媒體數(shù)據(jù)流時(shí)延QoS要求的無(wú)線資源分配策略。從延長(zhǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命的角度,研究了滿足多媒體傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)延QoS要求條件下,最小化系統(tǒng)平均發(fā)送功率優(yōu)化問(wèn)題；從提高整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力的角度,研究了傳感器節(jié)點(diǎn)功率受限條件下,最大化系統(tǒng)有效容量?jī)?yōu)化問(wèn)題。最終

6、分別提出了無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中分布式的速率和時(shí)隙、功率和時(shí)隙聯(lián)合分配算法。
　　 研究了WiMAX網(wǎng)絡(luò)中的跨層資源分配問(wèn)題?；贗EEE802.16e標(biāo)準(zhǔn),從功率高效使用的角度,研究了WiMAX網(wǎng)絡(luò)下行鏈路中保證多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)延QoS要求的功率和多載波聯(lián)合分配策略。無(wú)線信道共享方式采用點(diǎn)到多點(diǎn)(PMP)模式。本文首先提出WiMAX網(wǎng)絡(luò)中基于有效容量理論的跨層框架,接著規(guī)劃了滿足用戶時(shí)延QoS要求條件下,最小化系統(tǒng)發(fā)送功率的優(yōu)