无线Mesh网络中基于区域物理干扰模型的功率控制算法研究

【摘要】无线通信和移动互联网技术的飞速发展为人们的生活带来了巨大的改变。无线Mesh网络具有自组织性高、可扩展性强以及可靠覆盖范围广等优点，因此它能够满足人们对无线通信技术越来越高的要求，为人们提供无缝覆盖的优质无线网络服务。作为可以解决Internet“最后一公里”瓶颈问题的一种新型网络技术，无线Mesh网络的概念从刚被提出时起就获得了广泛关注。无线Mesh网络由于具有诸多优点以及良好的发展前景，已然成为了下一代无线宽带通信中最具潜力的网络技术之一。由于无线信号的广播特性以及无线资源的共享特性，无线网络中共享同一信道的发送节点都会对其目标接收节点之外的节点产生干扰影响，这些干扰是影响无线网络容量的最重要的因素，而无线Mesh网络中的干扰问题尤为严峻。干扰控制分为2个主要步骤：干扰模型的建立以及干扰优化方案的设计。干扰模型的准确程度在很大程度上决定了网络优化方案的有效性和实用性，而功率控制算法作为干扰优化方案中的主流技术，是降低无线网络节点间干扰的切实有效的手段。因此，在科学合理的干扰模型下设计高效的功率控制算法，对于提升无线Mesh网络性能具有重要的现实意义。本文学习研究了现有的干扰模型，分析并总结两大类常用干扰模型：二进制干扰模型和累加干扰模型的优缺点后，建立了用于描述链路间干扰关系的区域物理干扰模型。该模型中不仅考虑了二进制干扰模型下为了方便计算而忽略的传输链路，还改进了仅利用门限判断链路间干扰关系的累加干扰模型。文中利用仿真实验及理论推导的方法探索了在区域物理干扰模型下，当节点采用不同发送速率时，网络中潜在干扰链路数量、干扰半径大小以及节点发送功率的变化对实际传输速率的影响。所得结论为以降低干扰为导向的网络性能优化方案设计提供了重要的参考价值。无线Mesh网络的网状网特性使得功率控制算法十分复杂。发送节点采用较高的发送功率传输数据一方面是接收节点正确接收数据的重要保障，另一方面却会对接收节点之外的节点干扰影响产生较大的影响，从而影响到全网的实际吞吐量。因此，需要对网络中节点功率进行合理调控以达到提高网络吞吐量的目的。本文基于区域物理干扰模型，设计无线Mesh网络中的DE-HM（DifferentialEvolution-HarmonySearch，差分-和声）功率控制算法。仿真实验表明，与节点全部采用最大发送功率的方法相比，无论发送节点采用何种发送速率，DE-HM功率控制算法均能使平均每链路的实际传输速率得到提升，同时论文还验证了采用DE-HM功率控制算法下，链路对干扰半径的依赖程度也有所降低。由于无线Mesh网络物理层技术提供多种可选发送速率，不同发送速率下干扰对链路的影响程度也不同。本文将传输速率与SINR值之间的函数关系作为速率调整依据，设计JointDE-HM（JointDE-HM）功率速率联合控制算法。仿真结果表明，相较于仅调整功率的DE-HM功率控制算法，JointDE-HM功率速率联合控制算法能够更有效的提高链路的传输速率。
【作者】刘书相；
【导师】石文孝；
【作者基本信息】吉林大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】无线Mesh网络；干扰模型；功率控制；多速率；

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