【摘 要】
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5G网络和智能物联网在智能工业控制、军事以及民用领域都得到了广泛的应用。在以超高节点密度和实时可靠快速通信为特点的5G网络时代,无线网络应用对于网络空间复用、通信时延、网络吞吐量以及节能等问题都提出了前所未有的挑战,亟需开展新型研究机制,为5G协议的制定提供理论性指导。其中,链路调度是无线网络中的一个基础性问题,对提高无线网络的性能起到至关重要的作用。无线信号固有的广播特性导致无线信号在传播过程中
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5G网络和智能物联网在智能工业控制、军事以及民用领域都得到了广泛的应用。在以超高节点密度和实时可靠快速通信为特点的5G网络时代,无线网络应用对于网络空间复用、通信时延、网络吞吐量以及节能等问题都提出了前所未有的挑战,亟需开展新型研究机制,为5G协议的制定提供理论性指导。其中,链路调度是无线网络中的一个基础性问题,对提高无线网络的性能起到至关重要的作用。无线信号固有的广播特性导致无线信号在传播过程中相互干扰,不仅增加了链路调度协议的设计难度,也降低了无线信道的通信能力。为无线信号的传播过程建立准确的通信模型和干扰模型是设计有效的链路调度协议的前提。虽然基于图的干扰模型和协议干扰模型比较简单,基于这些模型的链路调度协议的设计和分析比较容易,但是这些干扰模型不能真实刻画无线信号之间的复杂干扰,导致基于这些模型的链路调度协议在实际网络环境中失去作用。信号与干扰加噪声比模型,简称为SINR(Signal toInterference plus Noise Ratio)干扰模型,能够准确地描述无线信号之间的干扰,是目前链路调度算法研究中最常用的一种干扰模型。由于SINR干扰模型考虑了全局干扰,所以基于SINR干扰模型的链路调度问题是一个极具挑战性的难题。本论文围绕SINR干扰模型,研究了非衰落SINR、衰落SINR模型下的链路调度问题,不仅考虑了静态无线网络模型,也考虑了动态网络模型下在线链路调度问题,而且还讨论了能量约束的资源分配问题。具体工作及创新点如下。·提出了基于区域划分与功率控制相结合的局部化SINR干扰的策略。分别使用矩形划分和六边形划分方案,通信链路采用无感知(Oblivious)功率分配,提出了具有常数近似比的极大链路调度算法以及对数近似比的最短链路调度算法。仿真结果表明,这些算法不仅提高了无线网络的吞吐量,也减少了无线网络的能耗,符合当前“绿色通信”理念。·提出了一种把非衰落SINR干扰模型下的链路调度算法转化为衰落SINR干扰模型的链路调度算法的策略。设计了基于路径损耗指数(Path Loss Exponent,PLE)传播模型的最短链路调度算法,然后修改该算法使其适用于瑞利衰落(Rayleigh Fading)信道模型,并且进一步提出了一种基于CSMA(Carrier Sense Multiple Access)机制的分布式链路调度算法。·提出了一种动态无线网络中分布式、在线链路调度算法。通过将网络区域划分为正六边形的方案,把网络节点的三种动态行为,即节点加入网络、离开网络、节点移动等归结为一种动态行为。结合相继干扰消除(Successive Interference Cancelation,SIC)技术,设计了基于SIC的领导者选举方法,进而提出了一种分布式在线链路调度算法。·利用SINR干扰模型下的链路调度策略解决了基于能量约束和SINR干扰约束相结合的数据包调度问题。结合数据包传输时延以及充电电池的剩余能量,为数据包设置调度优先级,提出了在可充电传感器网络中基于优先级的数据包调度框架;充电电池使用能量收集-存储-使用(Harvest-Store-Use)模型,根据电池的能量收集速度、电池的能量保持率以及数据包的发射功率,提出了基于最早传输时间的数据包调度策略,为数据包分配准确的传输时间,使数据包的传输更安全可靠。
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