基于物理層網(wǎng)絡編碼和基站輔助的無線網(wǎng)絡容量研究.pdf

1、無線網(wǎng)絡是近些年來重要的熱點研究課題,包括無線自組織網(wǎng)絡和機器間通信網(wǎng)絡(物聯(lián)網(wǎng))。分析無線網(wǎng)絡的容量性能對于無線網(wǎng)絡的架構設計、路由算法和調度策略等具有根本性的指導意義。采用漸進性分析方法研究大規(guī)模無線網(wǎng)絡的性能是一種有效的手段。該領域的代表性工作指出,大規(guī)模無線自組織網(wǎng)絡的節(jié)點容量會隨著節(jié)點數(shù)增多而趨向于零,即網(wǎng)絡不具有可拓展性。研究提升無線網(wǎng)絡性能的技術方法,以使得網(wǎng)絡性能更優(yōu)甚至具有可拓展性,具有重要意義。
　　本文研究了

2、基站輔助、物理層網(wǎng)絡編碼、多跳傳輸三種技術方法對于大規(guī)模無線網(wǎng)絡容量的提升程度。本文首先回顧了研究課題的背景,梳理該領域的研究現(xiàn)狀與重要工作。然后,介紹大規(guī)模無線自組織網(wǎng)絡容量漸進性分析方法的基礎知識,包括網(wǎng)絡模型、傳輸模式、干擾模型以及容量定義等。
　　接著本文研究了具有基站輔助的大規(guī)模無線自組織網(wǎng)絡的多播容量。本文采用最大L跳資源分配策略來分配調度自組織模式與基站模式下的傳輸,首先分別確定自組織模式和基站模式下的容量,然后再研

3、究整個混合網(wǎng)絡的總容量。接著,分析混合網(wǎng)絡的容量與跳數(shù)L的關系,推導得出達到最大多播容量的最優(yōu)跳數(shù)L,以及相應的最大多播容量。在此基礎上,本文對比分析基站輔助對于無線自組織網(wǎng)絡容量的提升程度,以及使得網(wǎng)絡可拓展的條件。
　　本文進一步分析了物理層網(wǎng)絡編碼技術應用于隨機無線自組織網(wǎng)絡時的每節(jié)點單播容量增益。分別研究了在一維網(wǎng)絡、二維網(wǎng)絡中,傳統(tǒng)的流式傳輸、網(wǎng)絡編碼、物理層網(wǎng)絡編碼這三種方案下網(wǎng)絡節(jié)點的吞吐量容量。結果表明,相對于傳統(tǒng)

4、的流式傳輸方案和網(wǎng)絡編碼方案,物理層網(wǎng)絡編碼能夠帶來每節(jié)點吞吐量的常數(shù)倍提升,具有實用價值。
　　對于大規(guī)模的機器間通信網(wǎng)絡,本文研究多跳傳輸方式對于網(wǎng)絡性能的影響。本文考慮一種具有典型機器類型通信特性的網(wǎng)絡,分別評估其采用單跳傳輸方式和多跳傳輸方式時,吞吐量容量、時延和能量消耗等關鍵性能參數(shù)的表現(xiàn)。結果表明,多跳方式能夠有效降低網(wǎng)絡的時延,但不能提升吞吐量。同時,本文研究了節(jié)點的平均能量消耗與傳輸范圍的關系,表明存在一個最優(yōu)的傳