基于能量有效性的綠色協(xié)作傳輸方案設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、為了滿(mǎn)足人們對(duì)無(wú)線(xiàn)通信提出的傳輸速率、可靠性更高的要求，協(xié)作通信成為了近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。該技術(shù)利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作，有效對(duì)抗了無(wú)線(xiàn)傳輸信道中產(chǎn)生的衰落，改善了無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的傳輸性能。協(xié)作通信能夠有效提高信息傳輸速率、擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，且在提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期、降低成本等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。此外，隨著無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)密度的增加和網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的擴(kuò)大，協(xié)作通信系統(tǒng)對(duì)節(jié)點(diǎn)能量有效性提出了更高要求，綠色協(xié)作傳輸技術(shù)逐漸成為

2、未來(lái)協(xié)作通信研究熱點(diǎn)之一。
　　本論文研究無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)中綠色高效的協(xié)作傳輸技術(shù)，重點(diǎn)研究了提高協(xié)作效率和降低傳輸能耗的方法，旨在將協(xié)作中繼技術(shù)在WSN中的應(yīng)用進(jìn)行理論性探索，為協(xié)作通信的最佳中繼選擇、中斷概率分析、能效分析等關(guān)鍵問(wèn)題提供理論支撐。概括地講，論文具體研究工作如下。
　　論文第一章介紹了研究背景及研究意義，簡(jiǎn)要介紹了協(xié)作通信中的不同中繼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn)。其次，介紹了綠色協(xié)作傳輸技術(shù)的概念、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能量

3、有效性的研究現(xiàn)狀、能效與傳輸可靠性折衷的研究現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，闡述了緩存隊(duì)列中繼協(xié)作傳輸?shù)难芯楷F(xiàn)狀。
　　論文第二章研究了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)協(xié)作傳輸能效優(yōu)化方法。該方法考慮了基于能效優(yōu)先的節(jié)點(diǎn)協(xié)作傳輸模型，給出了協(xié)作傳輸能量有效性與節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)包大小、協(xié)作中繼數(shù)、廣播與轉(zhuǎn)發(fā)階段的數(shù)據(jù)調(diào)制參數(shù)、信源-協(xié)作簇之間廣播距離等因素的關(guān)系，提出了一種基于傳輸每比特有效數(shù)據(jù)總能耗最小的節(jié)點(diǎn)協(xié)作傳輸策略。研究結(jié)果表明，當(dāng)傳輸總距離一定時(shí)，通過(guò)對(duì)

4、傳輸數(shù)據(jù)包大小以及協(xié)作節(jié)點(diǎn)數(shù)進(jìn)行優(yōu)化配置，可以有效提高無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)協(xié)作傳輸?shù)哪芰坑行浴?br>　　論文第三章研究了基于功率自適應(yīng)干擾消除的能效優(yōu)先緩存隊(duì)列最優(yōu)中繼選擇方法。該方法考慮了緩存隊(duì)列中繼選擇中的能耗與中斷性能之間的折衷關(guān)系，以系統(tǒng)能耗最小化作為目標(biāo)，同時(shí)考慮中繼緩存隊(duì)列狀態(tài)、系統(tǒng)中斷概率、中繼功率自適應(yīng)控制實(shí)現(xiàn)干擾消除。所提方法在同一個(gè)時(shí)隙內(nèi)進(jìn)行源節(jié)點(diǎn)-中繼和中繼-目的節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸，以模擬全雙工通信方式實(shí)現(xiàn)協(xié)作。

5、論文采用馬爾可夫鏈對(duì)中繼緩存隊(duì)列狀態(tài)進(jìn)行建模分析，分別推導(dǎo)了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分布的中斷概率與可達(dá)分集增益。同時(shí)，論文研究了所提方案的信源與最佳中繼的數(shù)據(jù)包平均傳輸時(shí)延和減小的節(jié)點(diǎn)能耗。研究結(jié)果表明，在相同中繼數(shù)與緩存隊(duì)列長(zhǎng)度情況下，相比其它中繼選擇方案，所提方案在實(shí)現(xiàn)中繼功率自適應(yīng)干擾消除的同時(shí)具有最佳的中斷性能。在相同中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)情況下，所提方案降低了系統(tǒng)傳輸時(shí)延和中繼節(jié)點(diǎn)平均發(fā)射能耗，有效實(shí)現(xiàn)了綠色協(xié)作通信中能效與中斷性能、時(shí)延性能的折衷。<

6、br>　　論文第四章研究了基于排隊(duì)模型的能效優(yōu)先緩存隊(duì)列中繼跨層協(xié)作方案。該方案考慮了存在信源-目的節(jié)點(diǎn)之間直接鏈路的情況，利用M/M/K排隊(duì)論模型分析了協(xié)作通信中繼緩存隊(duì)列的穩(wěn)態(tài)分布。同時(shí)，在節(jié)點(diǎn)能量受限的情況下，研究了信源-目的節(jié)點(diǎn)之間的信道增益對(duì)系統(tǒng)的吞吐量、統(tǒng)計(jì)時(shí)延和丟包率性能的影響。研究結(jié)果表明，所提方案能夠有效提高系統(tǒng)的吞吐量，降低系統(tǒng)的丟包率。此外，該方案有效降低節(jié)點(diǎn)的平均發(fā)射功率，從而延長(zhǎng)了WSN的網(wǎng)絡(luò)生命周期。