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Ad Hoc网络的功率控制与拥塞控制联合优化研究

作　者: 张永敏
导　师: 徐伟强
学　校: 浙江理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: Ad Hoc网络功率控制拥塞控制网络效用传输契约
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

Ad Hoc网络是一种无线、移动、自组织的网络,无需有线基础设施的支持,也无需设置任何中心控制节点,节点间可以以多跳的形式完成通信,具有很强的抗毁性。Ad Hoc网络的组网灵活、快速建立等特点使其具有广阔的应用前景。Ad Hoc网络中的节点主要依靠能量有限的电池供电,因此,如何通过有效的功率控制技术节约节点的能量,延长网络寿命是Ad Hoc网络研究中的一个重大课题。节点间通信所采用的无线信道受信号衰减、噪声、干扰等多种因素的影响,信道容量十分有限,而且随着时间不断变化,因此,Ad Hoc网络更容易产生拥塞。功率控制技术可以调整链路的功率以及链路之间的干扰级,提高网络中的信道容量,同时节约能耗,拥塞控制技术可以合理分配网络中的数据流,从而避免造成拥塞,提高网络资源的利用率,因此,功率控制和拥塞控制技术联合研究是一项非常有意义的工作。本文研究的主要内容和创新点包括如下几个方面:一、虽然通过解决传统的网络效用最大化问题可以使网络的吞吐量达到最大,但是并不能减少节点的能量消耗,延长网络的寿命。本文在传统的网络效用最大化问题的目标函数中引入能量消耗成本函数,提出了“绿色”网络效用最大化问题,然后对问题进行拉格朗日对偶分解,通过梯度投影法推导出了相应的功率控制和拥塞控制联合优化算法,并对算法的收敛性进行了分析。本文还通过Matlab仿真平台来验证所提出的算法,并对算法的性能进行分析,得出结论:本文提出的算法可以增大网络吞吐量,减少节点能量消耗,延长网络寿命。二、服务质量保证是当前Ad Hoc网络研究中的主要问题之一。本文在“绿色”网络效用最大化问题的基础上引入传输契约,使得网络能够为用户提供一定的服务质量保证,并提出了相应的功率控制和拥塞控制联合优化算法来解决此问题。本文还分析算法的收敛性,通过Matlab仿真平台验证并分析算法的性能,得出结论:受传输契约限制的功率控制与拥塞控制联合优化算法可以使网络为用户提供一定的QoS服务质量保证。三、Ad Hoc网络中的节点采用不同的信道接入方案时,网络性能也是不同的。由于Ad Hoc网络的自组织性和无任何中心控制节点,信道接入方案的选择并不是固定不变的,而是具有一定的随机性。因此,本文提出了面向随机信道接入的“绿色”网络效用最大化问题,然后将问题转化为拉格朗日对偶问题,并按照信道接入方案将问题分解,推导出对应于每一个信道接入方案的功率控制与拥塞控制的联合优化算法。本文还通过Matlab仿真平台验证并分析算法的性能。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-14
  1.1 论文研究的背景及意义  11-12
  1.2 本文的主要工作  12
  1.3 本文的内容安排  12-14
第二章 Ad Hoc 网络  14-27
  2.1 Ad Hoc 网络概述  14-19
    2.1.1 Ad Hoc 网络的发展历史  14
    2.1.2 Ad Hoc 网络的定义  14-15
    2.1.3 Ad Hoc 网络的特点  15-17
    2.1.4 Ad Hoc 网络的应用  17-18
    2.1.5 当前Ad Hoc 网络研究的主要问题  18-19
  2.2 Ad Hoc 网络功率控制  19-22
    2.2.1 Ad Hoc 网络功率控制的意义与作用  19-20
    2.2.2 网络层功率控制  20
    2.2.3 链路层功率控制  20-21
    2.2.4 混合功率控制  21-22
  2.3 Ad Hoc 网络拥塞控制算法  22-24
    2.3.1 Ad Hoc 网络拥塞控制的意义与作用  22
    2.3.2 拥塞控制  22-23
    2.3.3 常见的拥塞控制技术  23-24
  2.4 跨层的功率控制和拥塞控制  24-26
  2.5 本章小节  26-27
第三章绿色 Ad Hoc 网络的功率控制与拥塞控制联合优化  27-49
  3.1 Ad Hoc 网络的节能机制  27-28
  3.2 网络模型及问题描述  28-31
    3.2.1 网络模型  28-29
    3.2.2 问题描述  29-31
  3.3 拥塞控制与功率控制联合优化算法  31-41
    3.3.1 问题解决方法  31-32
    3.3.2 高信噪比近似值  32
    3.3.3 拉格朗日对偶分解  32-33
    3.3.4 拥塞控制算法  33-34
    3.3.5 功率控制算法  34-37
    3.3.6 算法描述  37-38
    3.3.7 收敛性分析  38-41
  3.4 仿真及性能分析  41-47
    3.4.1 仿真模型及参数  41-42
    3.4.2 仿真结果及性能分析  42-45
    3.4.3 能量消耗成本对网络性能的影响  45-46
    3.4.4 最小信噪比限制对网络性能的影响  46-47
  3.5 本章小结  47-49
第四章受传输契约限制的功率控制与拥塞控制联合优化  49-64
  4.1 Ad Hoc 网络的QoS 机制  49-50
  4.2 网络模型及问题描述  50-52
    4.2.1 网络模型  50
    4.2.2 问题描述  50-52
  4.3 拥塞控制与功率控制联合优化算法  52-59
    4.3.1 拉格朗日对偶分解  52-53
    4.3.2 拥塞控制算法  53-55
    4.3.3 功率控制算法  55-56
    4.3.4 算法描述  56-58
    4.3.5 收敛性分析  58-59
  4.4 仿真及性能分析  59-63
    4.4.1 仿真参数设置  59-60
    4.4.2 仿真结果及性能分析  60-63
  4.5 本章小结  63-64
第五章面向随机信道接入的功率控制与拥塞控制的联合优化算法  64-74
  5.1 Ad Hoc 网络的信道接入策略  64-65
  5.2 网络模型及问题描述  65-66
    5.2.1 网络模型  65-66
    5.2.2 问题描述  66
  5.3 拥塞控制与功率控制联合优化算法  66-71
    5.3.1 拉格朗日对偶分解  66-68
    5.3.2 拥塞控制算法  68
    5.3.3 功率控制算法  68-70
    5.3.4 算法描述  70-71
  5.4 仿真及性能分析  71-73
    5.4.1 仿真模型及参数  71-72
    5.4.2 仿真结果及性能分析  72-73
  5.5 本章小结  73-74
第六章总结与展望  74-76
  6.1 研究工作总结  74
  6.2 进一步的研究方向  74-76
参考文献  76-80
致谢  80-81
攻读学位期间的研究成果  81

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