无线自组织网MAC层协作协议研究

摘要

近年来，从学术界和工业界，无线通信网络中的协作的概念已经引起了极大的关注，它可以有效地解决由于用户移动性和网络资源的稀缺造成的无线网络的性能下降问题。本文对无线自组织网协作协议进行研究，主要内容如下:
　　一、改进机会中继协议，提出分布式按需协作协议。在没有网络拓扑信息的条件下，基于对瞬时信道状态进行测量，依据测量值，给出如何快速选取最优中继协作节点的解决方法。为解决何时开始协作，以及如何快速选择出最优中继问题，提出了分布式按需协作协议。通过对中继节点选择的冲突概率以及吞吐量的分析和仿真，分布式按需协作协议相对于机会中继协议在保持吞吐量不变的情况下，降低中继节点选取的冲突概率。
　　二、基于Stackelberg博弈论提出一个新的干扰感知中继选择方案。对中继节点的资源看做财富，通过信道条件对中继节点定价。作为博弈的leader，源节点基于价格和获得的收益选择可用的中继节点，另外中继节点作为博弈的follower对相关的源节点提供服务。为了降低MAI，可选的中继节点基于竞争成为协作节点。无线自组织网络中各节点在没有全部的CSI情况下，即只有单跳的信道状态，提出一个新的分布式干扰感知中继选择方案，对多中继接入中的冲突、资源共享和分配问题给出解决方法。
　　三、在中断概率受限条件下，提出单中继OWRT系统总功率最小化的功率分配算法。从网络服务质量的角度，即在中断概率受限情况下，采用DF协作转发，给出总功率最小化的功率分配算法。随后进一步考虑到实际协作中可能会失败的情况下，给出总功率最小化的功率分配算法。
　　四、从物理层和MAC层的角度对能量和吞吐量的关系进行跨层分析。对分组发送、分组接收和MAC层操作的时间和能量消耗进行分析。结果表明不管是直传方案还是中继方案，通过优化发送信号的功率，可以获得最大的吞吐量或者是最小的能量消耗。通过对能量吞吐量的关系研究，可以在不同场景下决定使用最优发射功率获得最佳的能量效率和带宽效率。

目录

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摘要

插图目录

缩略语

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景及意义

1．2．1 无线自组织网络

1．2．2 分布式按需协作协议

1．2．3 MAC层协作干扰感知

1．2．4 单中继OWRT系统最优功率分配

1．2．5 单中继OWRT系统性能分析

1．3 前人工作综述

1．3．1 分布式按需协作协议

1．3．2 MAC层协作干扰感知

1．3．3 单中继OWRT系统最优功率分配

1．3．4 单中继OWRT系统性能分析

1．4 论文研究内容

1．4．1 论文内容与前人工作联系

1．4．2 论文内容提要

第2章 单中继OWRT系统分布式按需协作协议

2．1 引言

2．2 系统模型

2．3 机会中继协议

2．3．1 协议描述

2．3．2 缺点分析

2．4 分布式按需协作协议

2．4．1 协议描述

2．4．2 冲突概率分析

2．4．3 系统开销分析

2．4．4 系统吞吐量分析

2．5 性能仿真及其分析

2．5．1 仿真参数

2．5．2 数值结果分析

2．6 本章小结

第3章 基于博弈论MAC层协作中继选择方案

3．1 引言

3．2 系统模型

3．2．1 协作中继模型

3．2．2 媒介接入模型

3．2．3 问题描述

3．3 分布式多接入干扰感知的中继选择方案

3．3．1 Leader-Follower协作博弈

3．3．2 Follower的博弈

3．3．3 Leader的博弈

3．3．4 基于价格的MAC层协作协议

3．3．5 性能分析

3．4 数值结果分析

3．4．1 参数选取

3．4．2 传输循环延时对比

3．4．3 吞吐量对比

3．5 本章小结

第4章 单中继OWRT系统总功率最小化的功率分配算法

4．1 引言

4．2 问题表述

4．2．1 系统模型

4．2．2 问题描述

4．3 中断概率限制下总功率最小化功率分配算法

4．3．1 理想条件下最优化功率分配算法

4．3．2 非理想条件下最优功率分配算法

4．4 性能仿真及其分析

4．4．1 参数选取

4．4．2 数值结果分析

4．5 本章小结

第5章 单中继OWRT系统能量和带宽效率分析

5．1 引言

5．2 系统模型

5．2．1 物理层模型

5．2．2 MAC层模型

5．2．3 性能指标

5．3 能量带宽效率性能分析

5．3．1 延时分析

5．3．2 能量消耗分析

5．4 数值结果分析

5．4．1 参数选取

5．4．2 能量和吞吐量关系

5．4．3 延时比较

5．4．4 能量消耗比较

5．4．5 直接传输和协作传输比较

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

硕士期间发表的论文及参与的科研项目

致谢