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无线Mesh网络(无线网状网)也称为“多跳(multi-hop)”网络,是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术,它具有多跳、自组织和自治愈的宽带无线网络结构,作为“最后一公里”宽带无线接入中非常重要的一项技术研究,受到了越来越多的关注。通常来说,无线Mesh网络由Mesh路由器和Mesh客户端两部分构成,Mesh路由器不受能量的约束,而Mesh终端节点可能是PDA、笔记本电脑和Wi-Fi手机等使用电池供电且体积较小的通信设备,必然会受到能耗和体积的限制。MIMO技术可以在不增加天线发射功率的前提下,成倍地提高通信系统的信道容量及频谱利用率,从另一个角度来说,在相同系统容量的要求下MIMO可以节省更多的传输能量。利用这一特点,把基于虚拟MIMO的协作分集技术应用于无线Mesh网络,可以很好地降低网络的能耗,达到节能的目的。
本文首先分析了无线Mesh网络的特点和结构,将其与移动Ad hoc网络进行了对比,然后对虚拟MIMO协作分集技术进行了研究。在此基础上,本文根据无线Mesh网络和虚拟MIMO协作分集技术的特点,给出了无线Mesh网络与虚拟MIMO技术进行结合的方法,建立了无线Mesh网络中基于虚拟MIMO协作分集技术的能耗模型,并进行了详细的能耗分析,总结出了影响整网能耗的两个关键因素--协作节点数和调制星座大小。其次,根据能耗的特点和影响能耗的关键因素,针对不同的调制方式,在不考虑信道估计训练开销和路径损耗因子的前提下,给出了不同远程传输距离下关于协作节点数的节能优化方案。通过仿真结果可以看出,不同调制方式下,优化后系统的总能耗都比优化前系统的总能耗要小。最后,针对信道估计训练开销和路径损耗因子对网络能耗的影响,本文进一步将接收端协作节点数和调制星座大小两个参数进行联合优化,并通过仿真对优化方案的节能效果进行了分析比较,验证了其良好的节能效果。