基于随机几何的无线网络链路调度问题研究

来源 :曲阜师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chrong
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随着无线通信技术日趋成熟,无线网络的应用领域越来越广。与有线网络不同的是,实际无线网络中多条链路的同时传输所产生的干扰致使信号无法被正常地解码,导致了传输延迟并降低了传输容量。链路调度问题是无线网络传输中需要解决的基础性问题,通过设计合理有效的链路调度算法能够减少链路传输时互相之间造成的干扰,增大网络的吞吐量,降低传输延迟,并减少传输能耗。因此,研究链路调度问题,得到正确高效的调度算法具有重要的理论意义与应用价值。近来,随机几何作为一个数学工具出现,它可以分析具有随机拓扑的无线网络,并获得其性能指标。随机几何方法的力量在于它可以说明节点位置的随机性,同时基于SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio,信号与干扰加噪声比)模型做到对物理层进行准确的描述,也允许在每条链路上考虑随机衰落。利用随机几何模型对无线网络进行模拟,并获得网络的多项性能指标,有助于求解无线网络中的链路调度问题。本文在对已有成果进行分析的基础上,主要研究了无线网络中链路调度问题的两大经典问题,即单时隙调度(Single Slot Scheduling)问题与最短链路调度(Shortest Link Scheduling)问题,并利用随机几何方法对无线网络进行模拟,获得了链路调度问题中重要的性能参数。本文的具体工作与创新点如下:首先,本文在无线网络链路调度问题中引入了随机几何方法,运用随机几何模型获得了无线网络中重要的性能参数,我们在泊松点过程模型下求解了无线ad hoc网络与蜂窝网络中链路能够成功传输的概率、无线ad hoc网络的传输容量以及网络延迟,得到了它们的公式化表达,并给出详细的理论证明验证了所得结果的正确性,这三项性能指标对于无线网络链路调度问题的研究具有重要意义;此外,本文给出了三个关于无线链路调度问题的算法,我们提出了一种新的模型,叫做基于SINR的冲突图模型,前两个算法是在该模型下设计的单时隙调度算法和最短链路调度算法,它们分别在吞吐量性能与运行时间上较之前的算法有所提高;在第三个算法中,我们提出了干扰因子的概念,并引入相继干扰消除机制,考虑链路的流量需求,在分层物理干扰模型下设计了一个最短链路调度算法,该算法实现了常数近似。我们通过理论分析和仿真实验验证了三个算法的正确性与可行性,以及它们所实现的网络性能的提高。
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