協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)的中繼合作技術(shù)研究.pdf

1、在無(wú)線通信系統(tǒng)中，連接可靠性和數(shù)據(jù)高傳輸率是重要的性能指標(biāo)。由于多徑衰落、陰影和路徑損耗等的干擾，信道質(zhì)量在時(shí)間、頻率和空間上將產(chǎn)生隨機(jī)不確定性，導(dǎo)致無(wú)線通信質(zhì)量下降。目前解決方法是通過(guò)收發(fā)分集技術(shù)，獲取分集增益，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可靠高速的無(wú)線信號(hào)傳輸。例如，在多輸入多輸出系統(tǒng)中，無(wú)線通信終端通過(guò)嵌入多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)空間分集增益。然而，受無(wú)線設(shè)備大小及成本的限制，在單一終端上安置多個(gè)天線的成本很高，無(wú)法在實(shí)際系統(tǒng)中部署實(shí)施。因此，無(wú)線通信終端通過(guò)與

2、網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)形成合作分布式的天線系統(tǒng)，通過(guò)協(xié)作通信(Cooperative Communication)，在有效控制成本的前提下實(shí)現(xiàn)可靠高速通信。
　　 在協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)(Cooperative Communication Networks)中，節(jié)點(diǎn)用戶通過(guò)不同的中繼合作技術(shù)(Relay-Cooperation Technology)，傳遞轉(zhuǎn)發(fā)其他用戶的消息。一方面，節(jié)點(diǎn)傳遞轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程將消耗一定的資源;而另一方面，在無(wú)線通信系統(tǒng)中

3、移動(dòng)設(shè)備的能量、帶寬、處理能力以及存儲(chǔ)容量等資源都是有限的，所以用戶出于自身利益考慮，往往只把消息廣播給其他用戶傳遞轉(zhuǎn)發(fā)，卻拒絕中繼其他用戶的消息。針對(duì)該“搭便車”(Free Rider)現(xiàn)象，本文重點(diǎn)研究如何設(shè)計(jì)中繼協(xié)議，協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)用戶的合作行為涌現(xiàn)。以及在資源博弈過(guò)程中，在保證高通信質(zhì)量的前提下，對(duì)中繼合作過(guò)程中的延時(shí)和開(kāi)銷進(jìn)行有效控制，設(shè)計(jì)一種用戶學(xué)習(xí)更新機(jī)制。本文研究?jī)?nèi)容是未來(lái)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中可靠性、傳輸率、吞吐率、通信延時(shí)以及能

4、耗等關(guān)鍵指標(biāo)的基礎(chǔ)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文主要完成以下幾個(gè)方面的研究:
　　 首先，分析目前的協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)的中繼方式、多中繼用戶所形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和如何激勵(lì)中繼合作涌現(xiàn)的機(jī)制。針對(duì)多中繼用戶對(duì)通信資源具有合作與競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，分析基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的演化博弈方法。
　　 然后，針對(duì)中繼協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中“搭便車”問(wèn)題，提出一種基于網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的懲罰策略模型。通過(guò)引入懲罰策略，懲罰用戶將對(duì)原先持有反對(duì)策略的用戶給予一定數(shù)量的懲罰值

5、，同時(shí)自身也由于會(huì)消耗一定數(shù)量的通信資源。本文通過(guò)蒙特卡羅模擬仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)中等程度的資源消耗和超越一定懲罰閥值的情況下，協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中的中繼用戶出現(xiàn)合作行為大量涌現(xiàn)，并且可以演化三種策略共存的現(xiàn)象。
　　 最后，針對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)具有渴望得到一定的預(yù)期收益的特征，提出基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的渴望學(xué)習(xí)更新機(jī)制。該模型主要強(qiáng)調(diào)中繼用戶在每輪博弈過(guò)程中，會(huì)比較是否達(dá)到確定性渴望收益值，如果超越預(yù)期渴望值，中繼用戶將保持原先的博弈策略;反之，節(jié)