移動(dòng)中繼系統(tǒng)中的機(jī)會(huì)式傳輸策略研究.pdf

1、移動(dòng)中繼系統(tǒng)區(qū)別于固定中繼系統(tǒng)的一個(gè)重要特征是信道隨時(shí)間快速且劇烈的變化，這會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生正反兩方面影響:一方面多徑傳輸和嚴(yán)重的多普勒擴(kuò)展給系統(tǒng)帶來(lái)很多復(fù)雜干擾，使接收信號(hào)惡化，而相干時(shí)間的縮短也需要更頻繁的信道估計(jì)及反饋從而增加系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，這些都給通信系統(tǒng)帶來(lái)很大挑戰(zhàn);另一方面中繼的移動(dòng)性導(dǎo)致信道大尺度衰落和小尺度衰落均隨時(shí)間發(fā)生變化，我們可以在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中引入緩存機(jī)制，將到達(dá)中繼的數(shù)據(jù)包緩存在隊(duì)列中，等待更好的信道再進(jìn)行傳輸，從而為系

2、統(tǒng)引入新的自由度以獲得性能增益，這是移動(dòng)帶來(lái)的正面?zhèn)鬏敊C(jī)會(huì)。本文從移動(dòng)性的正反效應(yīng)出發(fā)，以經(jīng)典的三節(jié)點(diǎn)移動(dòng)中繼系統(tǒng)為主要研究對(duì)象，研究如何充分利用移動(dòng)帶來(lái)的機(jī)會(huì)在克服其負(fù)面作用的同時(shí)盡可能地優(yōu)化系統(tǒng)性能。
　　在本論文的第一項(xiàng)工作中，我們探討了如何有效利用移動(dòng)性帶來(lái)的正面機(jī)會(huì)以克服負(fù)面效應(yīng)這一基礎(chǔ)理論問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，我們研究了在延遲受限系統(tǒng)中如何有效利用移動(dòng)性來(lái)最大化網(wǎng)絡(luò)吞吐量。考慮一個(gè)三節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)中繼系統(tǒng)，其中中繼節(jié)點(diǎn)從源節(jié)點(diǎn)線

3、性移動(dòng)到目的節(jié)點(diǎn)。對(duì)于該系統(tǒng)，我們提出了一種最優(yōu)化調(diào)度源節(jié)點(diǎn)以及中繼節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臋C(jī)會(huì)式中繼策略。該策略可以在滿(mǎn)足傳輸時(shí)延要求下最大化系統(tǒng)吞吐率。進(jìn)一步地，我們分析了所提出的機(jī)會(huì)式中繼策略的性能，并且給出了其在高信噪比條件下所達(dá)到的漸進(jìn)系統(tǒng)吞吐率。仿真結(jié)果證實(shí)了我們所提出方案的有效性，同時(shí)進(jìn)一步的分析也很好地闡釋了中繼移動(dòng)性對(duì)系統(tǒng)性能帶來(lái)的正負(fù)面影響。因此這個(gè)工作可以為延遲受限移動(dòng)中繼系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)。
　　注意到在第

4、一項(xiàng)工作中，我們僅僅考慮了中繼移動(dòng)性對(duì)無(wú)線信道帶來(lái)的大尺度平均意義上的變化。在第二項(xiàng)工作中，為了更進(jìn)一步地挖掘移動(dòng)帶來(lái)的傳輸機(jī)會(huì)，我們將信道建模為一種二維有限狀態(tài)馬爾科夫鏈模型(Two-Dimensional Finite State MarkovChain，2D-FSMC)，以同時(shí)反映移動(dòng)場(chǎng)景中無(wú)線信道在大尺度以及小尺度上的變化。我們?nèi)耘f考慮一個(gè)三節(jié)點(diǎn)移動(dòng)中繼系統(tǒng)，并且不限定中繼節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)軌跡。對(duì)于該系統(tǒng)，我們研究了在滿(mǎn)足系統(tǒng)吞吐量要

5、求下如何有效調(diào)度源節(jié)點(diǎn)和中繼傳輸以最大化系統(tǒng)能量效率。我們將該調(diào)度問(wèn)題描述為一個(gè)馬爾科夫決策過(guò)程(Markov DecisionProcess，MDP)，并且使用了拉格朗日放松法獲得了該問(wèn)題的近似最優(yōu)解。為了進(jìn)一步降低系統(tǒng)能耗，我們?cè)诮谱顑?yōu)解的基礎(chǔ)上提出了機(jī)會(huì)式數(shù)據(jù)包調(diào)度算法。我們證明了該算法的最優(yōu)性，以及該算法滿(mǎn)足多項(xiàng)式計(jì)算復(fù)雜度。仿真結(jié)果說(shuō)明了我們提出的機(jī)會(huì)式包調(diào)度算法在能量效率意義上普遍優(yōu)于之前已有的各類(lèi)調(diào)度算法。
　　最

6、后，針對(duì)高速下的塊衰落信道，我們提出一種非常具有實(shí)際意義且對(duì)任意移動(dòng)模型都普遍適用的最優(yōu)中繼傳輸協(xié)議。在該協(xié)議中，系統(tǒng)根據(jù)信道狀態(tài)信息決定每次發(fā)送的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)調(diào)度每次傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)使系統(tǒng)平均吞吐量最大化。我們證明最優(yōu)傳輸策略只和當(dāng)前信道狀態(tài)和統(tǒng)計(jì)信道狀態(tài)信息有關(guān)，很容易在實(shí)際系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。和第二項(xiàng)工作不同的是，所提策略即使在信道不具有相關(guān)性的情況下也可以利用大尺度衰落和小尺度衰落的變化有效提升系統(tǒng)的吞吐量性能。我們還針對(duì)瑞利衰落信道提出了不同