Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)作通信的QoS保障路由問題研究.pdf

1、無線ad-hoc網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)絡(luò)的核心接入技術(shù)之一，這使得該課題重新成為研究熱點(diǎn)及重點(diǎn)。而在無線ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中，路由的功能是將源端的數(shù)據(jù)經(jīng)過一些轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)送達(dá)到目的端，它的性能關(guān)系著無線ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率，因此，路由問題是ad-hoc網(wǎng)絡(luò)研究中不可忽視的問題之一。另一方面，在所有的無線網(wǎng)絡(luò)中（包括無線ad-hoc網(wǎng)絡(luò)），信道衰退效應(yīng)是不可避免的一個(gè)問題，該效應(yīng)會(huì)降低無線傳輸?shù)男阅?。目前采用主要策略之一是為網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)

2、節(jié)點(diǎn)配置多個(gè)天線（也就是多輸入多輸出技術(shù)），以達(dá)到減輕信道衰退帶來的不良影響，提高無線傳輸性能的目的。另一個(gè)策略是協(xié)作通信技術(shù)，該技術(shù)能夠在不增加額外硬件設(shè)施（如天線等）的前提下，通過構(gòu)建虛擬多輸入多輸出系統(tǒng)來提高無線傳輸性能。
　　 我們知道，無線傳輸?shù)娜觞c(diǎn)之一是它的不穩(wěn)定性，這就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)路由的時(shí)候需要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡蛠G包率。同時(shí)，由于無線ad-hoc網(wǎng)絡(luò)自身的特性，網(wǎng)絡(luò)中的一些資源（如節(jié)點(diǎn)能量、鏈路帶寬等）是有限的。在

3、這種情況下，如何有效利用多輸入多輸出和協(xié)作通信技術(shù)，降低數(shù)據(jù)傳輸能耗，提高網(wǎng)絡(luò)容量，充分發(fā)揮這些技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)呢？本文將對(duì)基于協(xié)作通信的QoS保障路由問題進(jìn)行研究，并提出相應(yīng)的策略和解決方法。具體的研究內(nèi)容包括：
　　 1）有損環(huán)境下傳輸天線選擇問題研究；
　　 2)能量有效的節(jié)點(diǎn)機(jī)會(huì)選擇問題研究；
　　 3）基于協(xié)作通信的能量有效數(shù)據(jù)收集問題研究；
　　 4）基于協(xié)作通信的可信誠實(shí)及容量有效路由問題研究。本

4、文的主要貢獻(xiàn)如下：
　　 1、有損環(huán)境下傳輸天線選擇問題研究
　　 我們首先證明了這一問題的NP難性質(zhì)，然后設(shè)計(jì)了一個(gè)基于貪心策略的傳輸天線選擇算法(TASA，Transmit Antenna Selection Algorithm)來解決此問題，同時(shí)證明了此算法的正確性，并分析了算法的時(shí)間復(fù)雜度。模擬仿真結(jié)果表明，本算法平均降低了44.3％的網(wǎng)絡(luò)能耗。
　　 2、能量有效的節(jié)點(diǎn)機(jī)會(huì)選擇問題研究
　　 研

5、究本問題的主要目標(biāo)是指派合適的中繼節(jié)點(diǎn)以充分利用協(xié)作通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，降低網(wǎng)絡(luò)整體傳輸能耗。我們首先分析了問題的NP難性質(zhì)，并提出了分布式的節(jié)點(diǎn)機(jī)會(huì)選擇算法(DORAA，Distributed Opportunistic Relay Assignment Algorithm)來解決此問題。為了說明該算法的有效性，我們不僅從理論上分析了此算法的近似比及消息復(fù)雜度，同時(shí)對(duì)算法進(jìn)行了模擬仿真實(shí)驗(yàn)。
　　 3、基于協(xié)作通信的能量有效數(shù)據(jù)收

6、集問題研究
　　 在能量受限的ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中，能量有效的數(shù)據(jù)收集問題是最重要的問題之一。協(xié)作通信雖然能夠提供很好的能量有效性，然而該通信技術(shù)有一個(gè)基礎(chǔ)假設(shè)：網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)都是誠實(shí)可信的。然而，在實(shí)際情況下，每個(gè)能量有限的節(jié)點(diǎn)如果沒有得到合適的收益，將不會(huì)參與數(shù)據(jù)傳輸，以節(jié)省能量為自己服務(wù)。為此，本文首先研究了在這種網(wǎng)絡(luò)模型下如何克服節(jié)點(diǎn)的自私性，并在此基礎(chǔ)上，利用協(xié)作通信技術(shù)解決數(shù)據(jù)收集的路徑選擇問題。我們?cè)谧C明問題的NP

7、難性質(zhì)之后，設(shè)計(jì)了一個(gè)啟發(fā)式算法(ANSP，Algorithm for Node Selection Problem)，并分析了算法的近似比。與此同時(shí)，仿真結(jié)果表明，誠實(shí)行為平均能夠節(jié)省52.5％的傳輸能耗。
　　 4、基于協(xié)作通信的可信誠實(shí)及容量有效路由問題研究
　　 本文研究了節(jié)點(diǎn)存在自私性的情況下，如何利用協(xié)作通信來提高路由路徑的最小容量，本問題的目標(biāo)是為每個(gè)源和目標(biāo)的傳輸點(diǎn)對(duì)之間，尋找合適的路徑及中繼節(jié)點(diǎn)，以使得