無線網(wǎng)絡(luò)中的魯棒性資源分配算法研究.pdf

1、在過去的數(shù)十年中，人們對(duì)于隨時(shí)隨地與一切事物進(jìn)行交互的夢(mèng)想驅(qū)動(dòng)著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)持續(xù)地蓬勃發(fā)展。為了以更低的成本和能耗提供更廣闊的無線網(wǎng)絡(luò)接入范圍，基于無線多跳轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線mesh網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)ad-hoc網(wǎng)絡(luò)等成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。然而網(wǎng)絡(luò)中存在多種動(dòng)態(tài)因素，如電池能量損耗、鏈路質(zhì)量變化以及拓?fù)涞碾S機(jī)性等，使得目前的無線多跳網(wǎng)絡(luò)還難以提供穩(wěn)定的服務(wù)質(zhì)量。為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，在動(dòng)態(tài)環(huán)境下提高無線多跳網(wǎng)絡(luò)的魯棒性成為重要

2、的技術(shù)挑戰(zhàn)。在本文中我們分析導(dǎo)致無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和無線mesh網(wǎng)絡(luò)魯棒性不足的主要原因，并針對(duì)性地采用拓?fù)淇刂?、多接口多信道以及機(jī)會(huì)式路由三種技術(shù)手段進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)魯棒性優(yōu)化。本論文的結(jié)構(gòu)如下：
　　 首先，我們考慮節(jié)點(diǎn)位置信息未知的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。要提高其魯棒性，就要在能量受限的條件下令網(wǎng)絡(luò)盡量長(zhǎng)時(shí)間地保證連通性并滿足覆蓋強(qiáng)度需求。對(duì)此我們提出了一種名為自適應(yīng)隨機(jī)分簇(ARC)的拓?fù)淇刂扑惴?，該算法可以在滿足連通覆蓋性能需求的前提下減

3、少節(jié)點(diǎn)總體能量消耗并有效達(dá)到節(jié)點(diǎn)間能耗平衡。ARC算法采用了一種創(chuàng)新的簇頭選舉制度在網(wǎng)絡(luò)中形成一個(gè)分簇拓?fù)?，并可以避免各個(gè)簇內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生互相干擾。ARC通過調(diào)整簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的喚醒門限自適應(yīng)地滿足覆蓋強(qiáng)度需求，并通過設(shè)置適當(dāng)?shù)拇貎?nèi)通訊和簇間通訊發(fā)送功率來保證網(wǎng)絡(luò)的連通性。仿真結(jié)果表明ARC可以效達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的連通覆蓋性能要求，并顯著延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。
　　 其次我們對(duì)于給定端到端流量需求的無線mesh網(wǎng)絡(luò)利用多接口多信道技術(shù)進(jìn)行魯棒性優(yōu)

4、化。為了表征網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗信道變化和外部干擾的能力，我們結(jié)合了干擾裕量和中斷概率的概念提出了魯棒性度量。根據(jù)實(shí)際的接口切換、速率選擇和多徑路由模型，我們將網(wǎng)絡(luò)的魯棒性資源分配建立為一個(gè)混合整形非線性規(guī)劃問題。為了降低問題的復(fù)雜度，我們首先將該問題進(jìn)行分解并得到一個(gè)可行性檢測(cè)問題，然后通過二元搜索算法對(duì)于可行性檢測(cè)問題進(jìn)行迭代求解以得到原問題的最優(yōu)解。用試驗(yàn)床得到的實(shí)測(cè)信道變化數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，我們驗(yàn)證了所提出的算法能夠在有信道變化和外部干擾的環(huán)境

5、中有效維持鏈路的魯棒性。
　　 接著我們對(duì)采用機(jī)會(huì)式路由結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼的無線mesh網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，指出這種場(chǎng)景下網(wǎng)絡(luò)的魯棒性主要受到網(wǎng)絡(luò)編碼數(shù)據(jù)包相關(guān)性的影響。對(duì)此我們提出了轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)流量控制的一組約束以減少節(jié)點(diǎn)收到的相關(guān)數(shù)據(jù)包數(shù)量，并將魯棒性流量控制建立為一個(gè)非凸優(yōu)化問題。我們通過一種集中式算法和一種分布式算法對(duì)原問題進(jìn)行簡(jiǎn)化，其中前者只保留一部分關(guān)鍵的流量控制約束條件以降低問題復(fù)雜度，而后者則可以根據(jù)周圍鏈路質(zhì)量變化在本地自適應(yīng)