多无线电多信道网络功率分配技术研究

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无线网状网络(Wireless Mesh Network,WMN)是以无线通信为基础组建的Mesh网络,其在伸缩性、鲁棒性、吞吐量等方面相比于传统的WLAN网络拥有多种优势。由于当前接入网络的无线终端数目的增多,如何有效部署WMN网络开始成为人们的研究热点。无线通信的信道和功率是两大重要资源,如何有效利用这两大资源是部署WMN必须解决的难题,为了解决普通WMN信道利用率低的问题,多无线电多信道无线网状网络(Multi-radio Multi-channel Wireless Mesh Networks,MRMC-WMN)开始被广泛研究。当前的MRMC-WMN往往采用静态资源分配如平均功率分配的资源分配方式,这也导致其不具有很好的伸缩性,因此如何通过功率分配灵活调整网络拓扑以达到高性能的目标至关重要。本文研究了静态信道分配条件下的MRMC-WMN的功率分配问题,针对吞吐量和公平性两大网络目标提出了对应的分布式功率分配算法,主要研究内容成果如下:本文首先介绍了 MRMC-WMN的研究背景与意义,对当前的功率分配算法做出了分类总结分析,为本文的研究提供了理论支撑。以最大化全网吞吐量为目标,本文首先基于随机收发网络模型提出了吞吐量模型,并针对该目标设计了吞吐量最大化分布式功率分配算法,算法基于贪心规则与凸分析给出了理论功率分配的最优解。通过与其它现有功率分配方案的性能对比,对该算法的干扰、吞吐量等网络因素进行了分析。根据仿真结果,该算法的吞吐量性能相比于其他已有算法拥有较高提升,并且在不同的网络规模下均具有良好的适应性与收敛性。以公平性最大化为目标,为了满足所有链路的服务质量(Quality of Service,QoS)需求,结合最大化和速率(Max Sum-Rate,Max-SR)与最大化最小(Max-Min)准则提出了对应的分布式公平性最大化功率分配算法。通过对两大准则建立的非凸数学模型进行分析,建立了具有超模博弈性质的非合作博弈模型,并将非凸问题拆分为多个子凸问题,通过次梯度法得出了理论最优解。作者基于MATLAB对算法进行了仿真实现,并给出了不同网络参数下的仿真结果。结果表明,相比于其他算法,该算法能够有效提高网络的公平性。
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