Ad Hoc网络的功率控制与拥塞控制联合优化研究

摘要

Ad Hoc网络是一种无线、移动、自组织的网络,无需有线基础设施的支持,也无需设置任何中心控制节点,节点间可以以多跳的形式完成通信,具有很强的抗毁性。Ad Hoc网络的组网灵活、快速建立等特点使其具有广阔的应用前景。
　　 Ad Hoc网络中的节点主要依靠能量有限的电池供电,因此,如何通过有效的功率控制技术节约节点的能量,延长网络寿命是Ad Hoc网络研究中的一个重大课题。节点间通信所采用的无线信道受信号衰减、噪声、干扰等多种因素的影响,信道容量十分有限,而且随着时间不断变化,因此,Ad Hoc网络更容易产生拥塞。功率控制技术可以调整链路的功率以及链路之间的干扰级,提高网络中的信道容量,同时节约能耗,拥塞控制技术可以合理分配网络中的数据流,从而避免造成拥塞,提高网络资源的利用率,因此,功率控制和拥塞控制技术联合研究是一项非常有意义的工作。
　　 本文研究的主要内容和创新点包括如下几个方面:
　　 一、虽然通过解决传统的网络效用最大化问题可以使网络的吞吐量达到最大,但是并不能减少节点的能量消耗,延长网络的寿命。本文在传统的网络效用最大化问题的目标函数中引入能量消耗成本函数,提出了“绿色”网络效用最大化问题,然后对问题进行拉格朗日对偶分解,通过梯度投影法推导出了相应的功率控制和拥塞控制联合优化算法,并对算法的收敛性进行了分析。本文还通过Matlab仿真平台来验证所提出的算法,并对算法的性能进行分析,得出结论:本文提出的算法可以增大网络吞吐量,减少节点能量消耗,延长网络寿命。
　　 二、服务质量保证是当前Ad Hoc网络研究中的主要问题之一。本文在“绿色”网络效用最大化问题的基础上引入传输契约,使得网络能够为用户提供一定的服务质量保证,并提出了相应的功率控制和拥塞控制联合优化算法来解决此问题。本文还分析算法的收敛性,通过Matlab仿真平台验证并分析算法的性能,得出结论:受传输契约限制的功率控制与拥塞控制联合优化算法可以使网络为用户提供一定的QoS服务质量保证。
　　 三、Ad Hoc网络中的节点采用不同的信道接入方案时,网络性能也是不同的。由于Ad Hoc网络的自组织性和无任何中心控制节点,信道接入方案的选择并不是固定不变的,而是具有一定的随机性。因此,本文提出了面向随机信道接入的“绿色”网络效用最大化问题,然后将问题转化为拉格朗日对偶问题,并按照信道接入方案将问题分解,推导出对应于每一个信道接入方案的功率控制与拥塞控制的联合优化算法。本文还通过Matlab仿真平台验证并分析算法的性能。