MIMO感知多跳無線網(wǎng)絡(luò)的跨層優(yōu)化研究.pdf

1、多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output，簡稱MIMO)技術(shù)因其能夠顯著改善傳輸容量限制和提高通信的可靠性，給無線通信領(lǐng)域帶來了重大突破，與此同時(shí)，仍然有很多的應(yīng)用場景等待深入探索。另一方面，多跳無線網(wǎng)絡(luò)得益于其魯棒性好、結(jié)構(gòu)靈活、帶寬高、可分布式部署等優(yōu)勢(shì)在無線網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。如果能夠?qū)烧哂行ЫY(jié)合，充分發(fā)揮其潛力，將大大改善現(xiàn)有通信質(zhì)量。
　　本文在充分了解目前國內(nèi)外關(guān)于多跳無線網(wǎng)

2、絡(luò)資源優(yōu)化分配相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，深入研究了MIMO技術(shù)在多跳無線網(wǎng)絡(luò)中的調(diào)度問題，利用多天線帶來的空間自由度優(yōu)勢(shì)來提供每條傳輸鏈路上的MIMO信道模式，并針對(duì)MIMO多跳無線網(wǎng)絡(luò)這一場景，分別引入了預(yù)測隊(duì)列和雙層隊(duì)列理念來設(shè)計(jì)改善網(wǎng)絡(luò)模型并給出了分布式實(shí)施方案，本文的主要研究工作如下:
　　1)提出基于信道模式的分布式跨層優(yōu)化。針對(duì)MIMO多跳無線網(wǎng)絡(luò)在長時(shí)間平均下網(wǎng)絡(luò)效用最大化這一優(yōu)化問題，提出了基于MIMO信道模式的動(dòng)態(tài)感知調(diào)

3、度模型，使得網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠感知當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)從而選擇合適的MIMO信道模式來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以滿足通信需求。相比傳統(tǒng)MIMO多跳無線網(wǎng)絡(luò)，這種動(dòng)態(tài)感知MIMO信道模式并進(jìn)行調(diào)度決策的方式更加智能，也可以獲得更好的網(wǎng)絡(luò)效用，結(jié)合李雅普諾夫優(yōu)化算法，保證了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的穩(wěn)定性，接著通過對(duì)偶分解算法將耦合項(xiàng)分離，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)跨層資源優(yōu)化分配問題的分布式實(shí)施。
　　2)提出基于預(yù)測隊(duì)列的分布式跨層優(yōu)化。在(1)的基礎(chǔ)上，引入預(yù)測服務(wù)模型，即在

4、原始隊(duì)列模型中加入預(yù)測隊(duì)列，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)基于一個(gè)預(yù)測窗口進(jìn)行預(yù)測并發(fā)送未來一定范圍內(nèi)時(shí)隙的數(shù)據(jù)包。通過對(duì)未來數(shù)據(jù)的預(yù)測和提前決策規(guī)劃，可以使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在保證效用的情況下，有效減少數(shù)據(jù)包的時(shí)延。本文采用等效隊(duì)列的方式，將真實(shí)數(shù)據(jù)隊(duì)列和預(yù)測隊(duì)列在宏觀上先等效為一個(gè)求和隊(duì)列結(jié)合李雅普諾夫漂移理論和對(duì)偶次梯度算法實(shí)現(xiàn)分布式求解，再根據(jù)具體的映射及更新規(guī)則分拆為每個(gè)具體優(yōu)化項(xiàng)的決策。
　　3)提出基于雙層隊(duì)列的分布式跨層優(yōu)化。在(1)的基