無線Mesh網(wǎng)絡(luò)容量研究和跨層協(xié)同設(shè)計.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的進步和業(yè)務(wù)需求的爆炸式增長，人們正在逐漸把多跳中繼，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)引入到未來的無線網(wǎng)絡(luò)中，這一方面形成了以無線Mesh網(wǎng)為代表的新一代無線網(wǎng)絡(luò)，解決了傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)一直存在的可伸縮性低和健壯性差等諸多問題，另一方面也對傳統(tǒng)的無線資源分配技術(shù)提出了更高的要求。事實上，在這些新型的無線網(wǎng)絡(luò)中，跨層聯(lián)合優(yōu)化是不可或缺的，也是未來無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計的必然趨勢。本學(xué)位論文在信息論、網(wǎng)絡(luò)理論和凸優(yōu)化理論的指導(dǎo)下，研究無線Mesh網(wǎng)絡(luò)

2、容量和跨層優(yōu)化問題。 首先，本文研究規(guī)則的多接口多信道無線Mesh網(wǎng)絡(luò)容量問題，目的是在給定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和流量需求的情況下，聯(lián)合考慮物理層的功率控制、媒體接入控制層(MAC)的信道分配和調(diào)度策略，通過跨層聯(lián)合優(yōu)化求出公平性約束下的網(wǎng)絡(luò)最大容量。采用圖論的方法，將跨層優(yōu)化問題分解為有限個子優(yōu)化問題，而每個子問題可以表示成一個線性規(guī)劃問題，通過分別求解這些子問題從而得到目標(biāo)問題的解，并從理論上證明該解的全局最優(yōu)性。由于該算法需要遍歷

3、所有可行的場景，具有極高的計算復(fù)雜度，因此提出一種次優(yōu)算法，指出只需要求解瓶頸區(qū)域的局部優(yōu)化問題，就能得到網(wǎng)絡(luò)容量的次優(yōu)解，從而以較小的性能下降為代價，大大降低了最優(yōu)化問題的算法復(fù)雜度。 其次，本文研究無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中視頻流傳輸?shù)目鐚觾?yōu)化問題，目的是在給定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒁曨l流的分布及網(wǎng)絡(luò)路由的情況下，通過傳輸層和應(yīng)用層的聯(lián)合優(yōu)化，使得網(wǎng)絡(luò)中的視頻傳輸質(zhì)量最佳。將視頻流的QoS要求建模為三維變量速率、時延、丟包率對，同時考慮這三個參

4、數(shù)構(gòu)成的QoS限制；對不同的傳輸層差錯控制策略(FEC、ARQ等)，基于排隊論和概率論提出建模時延抖動的方法，分析與研究端到端之間的數(shù)據(jù)速率、時延抖動和數(shù)據(jù)到達率；在應(yīng)用層使用經(jīng)典的失真度量模型(squared error rate-distortion model)，考慮源編碼速率產(chǎn)生的失真和網(wǎng)絡(luò)傳輸產(chǎn)生的失真，進行聯(lián)合優(yōu)化。然后提出一種聯(lián)合控制源編碼速率、丟包率、FEC、ARQ的集中式算法，在滿足視頻流QoS的約束下，最優(yōu)化視頻的總

5、失真度。接著，指出該優(yōu)化問題可以被分解為有限個子優(yōu)化問題，每個子問題在滿足流量限制的條件下是凸規(guī)劃問題，可以使用經(jīng)典的內(nèi)點法求解，從而得到目標(biāo)問題的最優(yōu)解。最后基于上述優(yōu)化問題的流量限制條件，提出視頻服務(wù)的準(zhǔn)入控制判斷準(zhǔn)則。 由于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)無中心控制節(jié)點，集中式算法不適用于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，因此本文最后研究無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中視頻流傳輸?shù)姆植际絽f(xié)議設(shè)計，提出一種分布式的跨層聯(lián)合優(yōu)化算法。基于凸優(yōu)化理論中的拉格朗晶對偶法，將目