MIMO感知多跳無線網(wǎng)絡的跨層優(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，給無線通信領域帶來了重大突破，與此同時，仍然有很多的應用場景等待深入探索。另一方面，多跳無線網(wǎng)絡得益于其魯棒性好、結構靈活、帶寬高、可分布式部署等優(yōu)勢在無線網(wǎng)絡通信領域得到了廣泛應用。如果能夠將兩者有效結合，充分發(fā)揮其潛力，將大大改善現(xiàn)有通信質量。
　　本文在充分了解目前國內外關于多跳無線網(wǎng)

2、絡資源優(yōu)化分配相關研究的基礎上，深入研究了MIMO技術在多跳無線網(wǎng)絡中的調度問題，利用多天線帶來的空間自由度優(yōu)勢來提供每條傳輸鏈路上的MIMO信道模式，并針對MIMO多跳無線網(wǎng)絡這一場景，分別引入了預測隊列和雙層隊列理念來設計改善網(wǎng)絡模型并給出了分布式實施方案，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MIMO多跳無線網(wǎng)絡在長時間平均下網(wǎng)絡效用最大化這一優(yōu)化問題，提出了基于MIMO信道模式的動態(tài)感知調

3、度模型，使得網(wǎng)絡中的每個節(jié)點能夠感知當前網(wǎng)絡狀態(tài)從而選擇合適的MIMO信道模式來進行數(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，這種動態(tài)感知MIMO信道模式并進行調度決策的方式更加智能，也可以獲得更好的網(wǎng)絡效用，結合李雅普諾夫優(yōu)化算法，保證了網(wǎng)絡運行的穩(wěn)定性，接著通過對偶分解算法將耦合項分離，最終實現(xiàn)整個跨層資源優(yōu)化分配問題的分布式實施。
　　2)提出基于預測隊列的分布式跨層優(yōu)化。在(1)的基礎上，引入預測服務模型，即在

4、原始隊列模型中加入預測隊列，網(wǎng)絡中的每個節(jié)點基于一個預測窗口進行預測并發(fā)送未來一定范圍內時隙的數(shù)據(jù)包。通過對未來數(shù)據(jù)的預測和提前決策規(guī)劃，可以使整個網(wǎng)絡在保證效用的情況下，有效減少數(shù)據(jù)包的時延。本文采用等效隊列的方式，將真實數(shù)據(jù)隊列和預測隊列在宏觀上先等效為一個求和隊列結合李雅普諾夫漂移理論和對偶次梯度算法實現(xiàn)分布式求解，再根據(jù)具體的映射及更新規(guī)則分拆為每個具體優(yōu)化項的決策。
　　3)提出基于雙層隊列的分布式跨層優(yōu)化。在(1)的基