無線自組織網(wǎng)絡(luò)容量的研究.pdf

1、近年來，無線自組織網(wǎng)絡(luò)成為無線通信又一新的技術(shù)領(lǐng)域，它具有無需預(yù)先架設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施，可臨時快速組網(wǎng)等優(yōu)點，吸引了越來越多的學(xué)者，其容量問題開始受到關(guān)注。無線自組織網(wǎng)絡(luò)的容量是由網(wǎng)絡(luò)平均每秒成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量來衡量的，它的研究十分復(fù)雜。在給出合理定義后，就需要對網(wǎng)絡(luò)模型進行抽象與建立，其中包括各種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的功能模型/網(wǎng)絡(luò)的拓撲模型/以及傳輸鏈路模型等。確定這些模型都非常困難，模型太簡單不足以反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)，太復(fù)雜在數(shù)學(xué)理論上又難于處理。另外

2、，通信方式的選擇/業(yè)務(wù)模型/路由與媒體接入方法/甚至一些新技術(shù)的采用，都會對網(wǎng)絡(luò)容量產(chǎn)生影響。無線自組織網(wǎng)絡(luò)容量問題的研究目前只是剛剛起步，該領(lǐng)域還存在極大的研究空間。本文針對無線移動通信環(huán)境/基于所構(gòu)建的自組網(wǎng)數(shù)學(xué)模型進行容量分析，目的是希望改善網(wǎng)絡(luò)容量的性能，為構(gòu)建優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)提供理論依據(jù)。 論文首先提出了一種中繼業(yè)務(wù)下無線自組織網(wǎng)絡(luò)的模型，討論了相應(yīng)的容量問題。不同的業(yè)務(wù)模式，自組織網(wǎng)絡(luò)的容量也會有所不同。以往對中繼業(yè)務(wù)的研究

3、，是假定自組織網(wǎng)絡(luò)僅存在一個源點和目的節(jié)點，其它節(jié)點均發(fā)揮中繼作用。而本文對其研究進行擴展，假定網(wǎng)絡(luò)同時存在若干個源點，但源點數(shù)目不超過ns，即網(wǎng)絡(luò)中最多存在ns個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)，并允許多址接入或者多播傳輸方式，利用圖形理論中經(jīng)典的最大流最小切割定理推導(dǎo)相應(yīng)的容量極限。整個分析過程采用的是高斯信道模型，結(jié)論具有重要意義。 將超寬帶技術(shù)應(yīng)用于無線自組織網(wǎng)絡(luò)的容量研究中。與以往對自組網(wǎng)容量問題的研究相比，本文將超寬帶技術(shù)應(yīng)用到了自

4、組織網(wǎng)絡(luò)，建立了相應(yīng)的三維與二維網(wǎng)絡(luò)模型，整個過程限制了節(jié)點的最大傳輸功率，使用任意大帶寬，鏈路自適應(yīng)調(diào)整。對于三維模型利用圖形理論Voronoi小區(qū)特性進行分析，二維模型采用滲透理論(The theory of percolation)來研究，得出結(jié)論:超寬帶技術(shù)下無線自組織網(wǎng)絡(luò)的容量將隨著節(jié)點數(shù)目的增加而增大。這一方面說明物理層設(shè)計不同對網(wǎng)絡(luò)性能會有不同影響，另一方面也說明超寬帶技術(shù)自身固有的優(yōu)點可顯著提高自組網(wǎng)的容量性能。

5、 從一個全新的角度——圖形理論對無線自組織網(wǎng)絡(luò)建模，并展開相應(yīng)的容量研究，其目的是研究如何使無線自組織網(wǎng)絡(luò)容量達到最大，核心思想是在成功傳輸?shù)臈l件下使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳輸消耗資源最小，則網(wǎng)絡(luò)容量達到最大。依據(jù)圖形理論對網(wǎng)絡(luò)建模，將節(jié)點傳輸需考慮的所有因素都包含進去并抽象成一個集合域，所有因素都是該域中不交的子集。列出了網(wǎng)絡(luò)容量的線性規(guī)劃方程，運用多端短路思想求解，分析將自組織網(wǎng)絡(luò)的容量與路由問題結(jié)合，提出了方程求解的快速算法。 以傳輸延

6、遲時間為基準(zhǔn)，研究了混合無線網(wǎng)絡(luò)的容量問題。混合無線網(wǎng)絡(luò)是在自組織網(wǎng)絡(luò)中添加基站的新型網(wǎng)絡(luò)模型，數(shù)據(jù)傳輸既可采用自組網(wǎng)的多跳方式，也可選擇通過基站來完成，它的容量研究更加復(fù)雜。本文構(gòu)造了同時包含靜態(tài)與動態(tài)節(jié)點的混合無線網(wǎng)絡(luò)，以傳輸延遲時間為基準(zhǔn)提出了新的路由方案，運用圖形計算的方法推導(dǎo)了混合無線網(wǎng)絡(luò)容量數(shù)學(xué)期望的分析表達式，并在動態(tài)－動態(tài)階段采用系統(tǒng)業(yè)務(wù)相關(guān)自適應(yīng)路由算法，它使容量隨網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)與業(yè)務(wù)分布自適應(yīng)變化。 討論了引入

7、超寬帶技術(shù)后混合無線網(wǎng)絡(luò)的容量性能，提出了超寬帶技術(shù)下的混合無線網(wǎng)絡(luò)模型，分析確定了超寬帶技術(shù)下自組網(wǎng)分量節(jié)點多跳傳輸占用的帶寬，說明多跳傳輸采用碼分多址的媒體接入方式是最優(yōu)的，以小區(qū)為單位探討多跳傳輸與基站傳輸各自承載數(shù)據(jù)的能力，運用極限定理推導(dǎo)超寬帶技術(shù)下混合無線網(wǎng)絡(luò)的容量極限，其結(jié)果與未引入超寬帶技術(shù)時相比，容量增長至少為12dB。 論文最后建立了碼分多址機制下的混合無線網(wǎng)絡(luò)模型，采用馬爾可夫鏈的數(shù)學(xué)分析方法，在特定路由策