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无线Ad Hoc网络中链路干扰与信息传输的分析及优化

冯贵年  
【摘要】:无线Ad Hoc网络以其无中心、自组织、多跳路由的特点在众多无线网络中独树一帜,并且在军事和民用等领域得到了广泛的应用。然而,事物总是具有两面性。无线Ad Hoc网络研究中,面临着网络拓扑动态变化、节点能量有限、信道带宽有限等诸多挑战。面对这些限制,本文从改善网络的整体传输性能出发,选取两方面问题进行研究:其一,整体上如何构建干扰优化的网络拓扑;其二,局部上如何提高结构单元的传输性能。 针对整体的研究,论文从网络干扰分析入手,提出了一种新的网络干扰量化模型,并基于此给出了干扰优化的拓扑控制算法。首先,我们从理论上描述了双向链路间发生干扰的充要条件,并据此证明了在双向拓扑网络中,在双链路干扰情况下,节点使用相等功率分配策略和最小功率分配策略,对网络干扰的影响是一致的结论。接着,引入了一个新的干扰量化指标——平均部分干扰系数。理论研究与仿真分析表明,平均部分干扰系数与网络节点密度无关,可以近似表示为链路长度的线性函数。基于前述分析,后续提出了两种干扰优化拓扑控制算法——分块干扰最小算法BIMA和分布干扰最小算法LIMA。仿真结果表明,算法BIMA和LIMA不仅具有优良的抑制干扰和降低能耗的性能,而且还具备较好的spanner特性、较低的节点度以及对网络节点移动的鲁棒性。 针对局部的分析,考虑了基于三节点模型的中继网络作为研究的基本结构单元,采用渐近最优喷泉码下的协作通信技术提高其传输性能。首先,以端到端的恒定传输速率作为传输的前提,分析了二进制删除信道下,中继网络采用多种协作方式下的信道容量。结果表明,维持各信道尽可能繁忙将带来较好的中继网络特性。基于此,引入渐近最优喷泉码的概念,给出了基于中继流控制的贪婪解码转发协作方案。此后,考虑中继缓存不溢出的要求,我们利用排队理论给出了一种优化功率分配策略,并分别在加性高斯白噪声信道和瑞利衰落信道下给出了功率分配系数的数值解。仿真结果表明,该功率分配策略下的贪婪解码转发协作方案不仅满足中继缓存不溢出的要求,而且还改善了中继网络在可达速率和信噪比方面的性能。


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