無線MIMO Mesh網(wǎng)絡(luò)的資源優(yōu)化分配研究.pdf

1、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(Wireless Mesh Networks，簡稱WMNs)，在下一代無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中將得到廣泛應(yīng)用，是構(gòu)建該系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵使能技術(shù)，能夠在較大地理區(qū)域范圍內(nèi)提供高容量的無線鏈路，同時(shí)具有低部署成本、高擴(kuò)展性、靈活性和容錯(cuò)性等特點(diǎn)。近幾年，由于WMNs具有帶寬高、易組網(wǎng)、成本低、覆蓋廣和性能穩(wěn)定等優(yōu)勢，受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛研究和投入。多輸入多輸出技術(shù)(Multiple Input Multiple Output，簡稱

2、MIMO)得到了大量的關(guān)注和研究，因?yàn)橥ㄟ^該方法能夠增加網(wǎng)絡(luò)信道容量從而有效提高無線鏈路中的數(shù)據(jù)傳輸速率。由此，若將MIMO技術(shù)應(yīng)用于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中能夠高效的提升網(wǎng)絡(luò)性能。同時(shí)，認(rèn)知無線電(Cognitive Radio，簡稱CR)，通過檢測和適應(yīng)周邊環(huán)境，能夠感知無線頻譜是否空閑，從而顯著提高頻譜資源利用效率，在頻譜資源匱乏的當(dāng)下CR技術(shù)也是熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。
　　在充分了解目前國內(nèi)外關(guān)于無線MIMO Mesh網(wǎng)絡(luò)的資源優(yōu)化分配

3、研究現(xiàn)狀的前提下，本文針對不同網(wǎng)絡(luò)模型下的無線MIMO Mesh網(wǎng)絡(luò)中的資源優(yōu)化分配問題，分別設(shè)計(jì)了可分布式求解的算法和實(shí)施方案，本文的主要工作有：
　　1）提出面向帶寬固定的無線MIMO Mesh網(wǎng)絡(luò)的資源優(yōu)化分配。針對在無線網(wǎng)絡(luò)研究中使用的多商品流網(wǎng)絡(luò)均衡模型，指出其存在網(wǎng)絡(luò)環(huán)路的不足之處，并通過加入功率加權(quán)項(xiàng)系數(shù)，解決網(wǎng)絡(luò)環(huán)路問題。引入功率加權(quán)系數(shù)后，構(gòu)造聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)效用和節(jié)點(diǎn)功率消耗的跨層資源優(yōu)化分配問題，然后通過基于對偶分解

4、的次梯度算法來求解跨層資源優(yōu)化分配問題。通過仿真，驗(yàn)證了網(wǎng)絡(luò)環(huán)路問題的存在，在網(wǎng)絡(luò)效用影響微小的情況下解決了網(wǎng)絡(luò)環(huán)路問題并減少了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功率消耗，說明功率權(quán)衡系數(shù)的重要性和有效性。
　　2）提出面向帶寬動(dòng)態(tài)可調(diào)的無線MIMO Mesh網(wǎng)絡(luò)的資源優(yōu)化分配，在(1)的基礎(chǔ)上，考慮網(wǎng)絡(luò)帶寬動(dòng)態(tài)變化的情況，將帶寬作為可分配的資源，構(gòu)造聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)效用和節(jié)點(diǎn)功率消耗的跨層資源優(yōu)化分配問題。在動(dòng)態(tài)分配帶寬下，能更有效的利用帶寬資源，提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量

5、和網(wǎng)絡(luò)效用，但在該場景下的原優(yōu)化問題，經(jīng)對偶分解后的物理鏈路層子問題為多變量耦合的復(fù)雜的凸問題，而現(xiàn)有的優(yōu)化工具無法直接求解。提出交替迭代更新算法求解物理鏈路層子問題，再利用基于對偶分解的次梯度算法實(shí)施求解原優(yōu)化問題，從而實(shí)現(xiàn)分布式求解。在仿真中驗(yàn)證了上述算法的收斂性和有效性，以及功率權(quán)衡系數(shù)變化對網(wǎng)絡(luò)效用的影響。
　　3）提出面向認(rèn)知無線的MIMO Mesh網(wǎng)絡(luò)的資源優(yōu)化分配，在(2)的基礎(chǔ)上，考慮認(rèn)知無線電技術(shù)背景下的MIMO

6、 Mesh網(wǎng)絡(luò)模型下的資源跨層優(yōu)化分配問題。引入認(rèn)知無線電技術(shù)，能有效利用主用戶的空閑頻段，提升頻譜資源的利用率，但因存在主用戶和次用戶之間的相互干擾，以及次用戶在利用頻譜資源時(shí)應(yīng)保障主用戶的最小流速率需求，使得優(yōu)化問題變?yōu)楦邚?fù)雜的非凸問題，經(jīng)對偶分解后的物理鏈路層子問題變?yōu)榉峭箚栴}，對該問題采用基于線性化的交替迭代更新算法求解得到近似可行解，然后再利用基于對偶分解的次梯度算法實(shí)施求解跨層優(yōu)化對偶問題，最后再通過恢復(fù)算法恢復(fù)至可行的近似