基于博弈论与模糊PID的Ad Hoc网络功率控制算法综合设计

摘要

随着科学技术的快速发展，人们对于移动通信的需求越来越大。传统的移动通信技术大都需要基础设施的配合，因而无法应用于战场、救灾、监测等环境复杂多变的领域。为了解决这一难题，研究人员提出了一个无需固定基础通信设施支持的网络--无线Ad Hoc网络。
　　无线Ad Hoc网络是一种特殊的对等式网络，具有自治性、无基础设施、快速组网的特点，网络中节点间的通信通过无线信道、并由多个节点转发来共同完成。由于Ad Hoc网络的特殊应用背景，网络中的节点都需由电池供电，因此，能量就成为Ad Hoc网络中一个非常关键的资源。在节点的能量消耗中，无线传输的能耗占了其中的绝大部分。因此如何进行Ad Hoc网络的传输功率控制，以较低的功率保证网络数据传输性能就成为了Ad Hoc网络中的关键问题。
　　本文结合无线Ad Hoc网络发展的动态，从能量效率的角度出发，对Ad Hoc网络功率控制技术进行了深入研究。
　　论文的主要工作包括以下几个方面：
　　(1)介绍了Ad Hoc网络发展历史、体系结构及相关技术，从不同层面阐述了功率控制的重要性。
　　(2)结合当前无线Ad Hoc网络功率控制的研究现状，整体上分析比较了无线Ad Hoc网络的不同功率控制算法的特点及性能优劣，并提出了自己的改进思路。
　　(3)提出了基于博弈论的最优信干噪比的算法。该算法集TPC和OPC算法的优点于一身，既能自动调整目标信干噪比，也能保证所有节点都能正常通信。在这一部分中，设计了一个结合信干噪比、发射功率、传输速率的效用函数，定义了功率控制的博弈表述，并证明了纳什均衡的存在性和唯一性。
　　(4)为了避免由于功率更新缓慢而造成的能量的浪费，本文结合模糊控制的思想，提出了采用模糊PID的方法对节点的发射功率进行快速更新。该算法能根据网络环境的变化，自适应地调节PID控制器的控制参数，使之能更好的应用于多变的网络环境。
　　(5)为了验证设计的算法在网络中的实际性能表现，采用广泛应用于模拟网络环境的仿真软件NS2进行了仿真分析。仿真结果表明，基于博弈论的最优信干噪比算法和基于模糊PID功率更新算法相较于以往的算法均有大幅度的性能提升。