无线多跳网络中截止期限感知的自适应数据包调度与传输

摘要

在过去的几十年中，随着无线通信技术的发展，在无线网络中出现了许多具有传输时延约束的应用，例如无线蜂窝网络中的流媒体服务，无线传感器网络中的实时监控等。在这些有严格的截止期限要求的应用中，数据包必须在截止期限内到达其目的节点，否则就会失效并被其目的节点丢弃，相应的会降低网络的服务质量。因此，研究具有截止期限约束的数据包传输越来越为人们所重视。在协作网络中，网络支持包括网络编码在内的多种协作中继方式。一方面，网络编码因其可以在中继节点编码数据包而有效减少传输所需时隙，另一方面网络编码也会带来编码延时，因此在支持多种传输方式的无线协作网络中必须灵活地选取合适的传输方式。基于这一目的，本文提出了基于截止期限感知的自适应数据包调度与传输方案。 本文首先对网络编码进行了简要介绍，对传统网络编码和物理层网络编码过程传输时间的计算给出了详细的表达式。接着对本文所研究的问题给出了具体的最优化问题描述，并提出了一种基于遍历搜索的最优方案。 为了降低算法复杂度，本文提出了基于马尔科夫近似方法的调度与传输方案。首先对原最优化问题进行了近似，并构建一个马尔科夫链，通过状态转移使得马尔科夫链达到平稳状态，得到与最优解十分接近的次优解。但是该方案的计算复杂度与很多因素有关，依然较高。在观察最优传输方案的特点的基础上，本文提出了另一种多项式时间复杂度的算法，即基于动态图模型的调度与传输方案。仿真结果表明，该方案能够得到与最优解性能接近的次优解。 本文最后对两种方案进行了对比仿真分析。从计算复杂度、丢包率、仿真时间和不同信道状态等方面，比较分析两种方案的性能表现，说明其各自的优缺点及各自的适用场景。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1带有时延约束的数据包传输与协作传输

1．2网络编码概述

1．3课题研究现状及意义

1．4课题来源

1．5论文主要工作和内容安排

1．5．1主要工作

1．5．2内容安排

第2章网络编码及物理层网络编码

2．1网络编码传输时间计算

2．2物理层网络编码传输时间计算

2．3本章小结

第3章截止期限感知的数据包自适应调度与传输最优方案

3．1问题描述

3．2最优化建模

3．3最优调度与传输方案

3．4存在的问题

3．5本章小结

第4章基于马尔科夫近似方法的数据包自适应调度与传输方案

4．1方案设计动机

4．2马尔科夫近似方法

4．2．1凸函数近似

4．2．2马尔科夫链蒙特卡洛方法

4．3基于马尔科夫近似方法的调度与传输方案

4．3．1模型概念与定义

4．3．2算法步骤

4．4仿真分析

4．5本章小结

第5章基于动态图模型的数据包自适应调度与传输方案

5．1方案设计动机

5．1．1最优方案的特点

5．1．2方案设计准则

5．2基于动态图模型的传输与调度方案

5．2．1模型概念与定义

5．2．2基于动态图模型的算法步骤

5．2．3基于动态图模型的算法实例

5．3仿真分析

5．4本章小结

第6章自适应调度与传输方案性能综合对比

6．1仿真分析

6．2本章小结

7．1论文工作总结

7．2未来工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间取得的成果