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《湖南大学》 2017年
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基于网络效用最大化的Ad Hoc网络资源分配算法研究

安良  
【摘要】:Ad Hoc网络由于其自组织、无中心、分布式等显著特点,被广泛应用于工业、军事和救灾等诸多领域。Ad Hoc网络中的主机节点主要由电池供电,其能量有限,因此如何通过有效的功率控制策略节约节点的能量至关重要。同时,Ad Hoc网络节点间通信所采用的无线信道也易受信号衰减、干扰等多种因素的影响。针对这些问题,本文基于网络效用最大化(Network Utility Maximization)理论深入研究了节点能量有限和信道衰落下的Ad Hoc网络资源分配问题,取得一些研究成果,主要的研究内容如下:(1)研究了信道衰落下带有链路中断约束的Ad Hoc网络效用最大化问题。由于无线网络的信道存在多种分布形式,其评估需要大量样例,难度较大,但是通过简单的信道均值和方差信息,可以得到服从该均值和方差分布的链路中断概率的上界信息。因此本文在Ad Hoc网络已知其信道均值和方差信息下,考虑了数据流传输过程中因链路中断导致数据流速率逐渐减小的情况,将目的节点接收到的有效速率的效用作为目标效用函数进行网络效用最大化建模。通过变量替换将提出的非凸模型转化为凸优化模型,利用拉格朗日对偶理论对该模型进行分析,并提出了一个分布式的求解算法。实验结果证明了该算法的有效性和收敛性。(2)考虑到无线链路容量受节点发射功率的影响,本文在基于速率效用最大化的基础上引入功率代价函数,提出了 Ad Hoc网络中联合功率控制与速率效用的优化模型。与基于对偶次梯度分解算法的传统无线网络效用最大化不同的是,本文采用具有二阶收敛速度的分布式牛顿算法来解决Ad Hoc网络的资源分配问题,实现网络效用最大化。并针对基于矩阵分裂技术的分布式牛顿算法对偶变量收敛慢的问题,提出了一种改进方案。实验表明,该模型可有效的降低节点的发射功率,在网络速率效用和能量消耗方面取得较好的平衡。同时,改进后的分布式牛顿算法具有更快的收敛速度。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN929.5

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