基于衰落模型的無線網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與容量問題研究.pdf

1、近年來，隨著無線通信技術(shù)與傳感技術(shù)的快速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)在各個(gè)領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。在實(shí)際通信中，無線傳感器節(jié)點(diǎn)之間存在不可避免的干擾，如何減少節(jié)點(diǎn)之間的干擾、獲得更大規(guī)模的并發(fā)鏈路集合是WSN算法設(shè)計(jì)過程中亟待解決的問題之一。從某種意義上講，這一問題直接影響到WSN的容量、生命周期、連通性、路由等，因此如何設(shè)計(jì)有效的算法獲得大規(guī)模的并發(fā)調(diào)度集合或者更短時(shí)間內(nèi)獲得一定規(guī)模的并發(fā)調(diào)度集合是十分必要的。
　　所謂鏈路

2、調(diào)度，就是在給定若干無線鏈路的場景中選擇那些可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳輸?shù)淖蛹?。?dāng)前關(guān)于該問題的研究模型大多數(shù)關(guān)注基于圖的干擾模型或SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)干擾模型。盡管SINR干擾模型代表對(duì)于先前方法的一種較大幅度的提高，但是其依然使用一種信號(hào)傳播的狹義見解，即若發(fā)送端的發(fā)送功率確定，在確定距離處的接收功率必然是確定可計(jì)算的。相反，在實(shí)際信號(hào)傳輸中該接收功率絕對(duì)不是確定性的。Ra

3、yleigh衰落模型既考慮了傳輸信號(hào)間的累積干擾，也考慮了周圍環(huán)境對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，因此我們選擇該模型作為信號(hào)傳輸?shù)母蓴_模型。通信鏈路的成功概率是評(píng)價(jià)調(diào)度算法的重要指標(biāo)之一，而該概率與調(diào)度集規(guī)模密切相關(guān)。如果并發(fā)通信鏈路集合過小，系統(tǒng)吞吐量變小。反之，通信鏈路之間的累積干擾過大，從而導(dǎo)致若干條鏈路傳輸失敗，從而降低鏈路成功傳輸?shù)母怕?。盡管我們用Rayleigh衰落模型代替SINR干擾模型來研究無線鏈路調(diào)度問題，我們依然能夠確保通信鏈路成

4、功傳輸?shù)母怕什⒉粫?huì)差多少甚至是更高的。事實(shí)上，我們證明Rayleigh衰落模型下鏈路通信成功的概率僅比SINR模型下的小0.05％，其次我們獲得了更大規(guī)模的調(diào)度集。
　　本文中，我們首先提出基于并發(fā)鄰居集合的鏈路調(diào)度算法CNS_LS(Current Neighbors Set based Link Scheduling Algorithm)，該算法基于這樣一個(gè)事實(shí)：當(dāng)部分調(diào)度集構(gòu)造完成后，如果某些距離調(diào)度集內(nèi)鏈路較遠(yuǎn)的鏈路繼續(xù)加入

5、該可行集，那么距離更遠(yuǎn)處的鏈路有可能滿足SINR約束。也就是說先前大部分鏈路調(diào)度算法選擇那些距離相對(duì)較遠(yuǎn)的鏈路構(gòu)造調(diào)度集而本文考慮上述事實(shí)。第二，我們繼續(xù)提出獲得鄰居集合的改進(jìn)算法ITA(Interference Tolerate based Alternative)。最后，基于CSMA/CA機(jī)制和鄰居集合，我們?cè)O(shè)計(jì)分布式鏈路調(diào)度算法IDSA，該算法可以在O(logn)時(shí)隙內(nèi)調(diào)度完所有鏈路，與最優(yōu)調(diào)度算法相比實(shí)現(xiàn)了O(1ξρφ)近似。第

6、三章，在偷聽者存在的網(wǎng)絡(luò)場景中，我們提出基于傳輸機(jī)密性和可靠性的鏈路調(diào)度算法，即SLS(Secrecy based Link Scheduling)和ISLS(Improved Secrecy based Link Scheduling)。事實(shí)上，在不知道偷聽者位置的前提下，我們從理論和仿真兩個(gè)角度分別分析了所獲得調(diào)度集的規(guī)模、傳輸中斷概率和機(jī)密中斷概率，并獲得了理想結(jié)果。進(jìn)一步地，基于鄰居集合，我們?cè)谶@個(gè)模型下設(shè)計(jì)分布式調(diào)度算法來盡可