基于衰落模型的无线网络调度和容量问题研究

发布时间：2017-11-25 18:05

  本文关键词：基于衰落模型的无线网络调度和容量问题研究

  更多相关文章： 无线传感器网络 链路调度问题 Rayleigh衰落模型 调度集规模 传输机密性和可靠性

【摘要】：近年来,随着无线通信技术与传感技术的快速发展,无线传感器网络(WSNs)在各个领域得到越来越多的应用。在实际通信中,无线传感器节点之间存在不可避免的干扰,如何减少节点之间的干扰、获得更大规模的并发链路集合是WSN算法设计过程中亟待解决的问题之一。从某种意义上讲,这一问题直接影响到WSN的容量、生命周期、连通性、路由等,因此如何设计有效的算法获得大规模的并发调度集合或者更短时间内获得一定规模的并发调度集合是十分必要的。所谓链路调度,就是在给定若干无线链路的场景中选择那些可以实现同时传输的子集合。当前关于该问题的研究模型大多数关注基于图的干扰模型或SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)干扰模型。尽管SINR干扰模型代表对于先前方法的一种较大幅度的提高,但是其依然使用一种信号传播的狭义见解,即若发送端的发送功率确定,在确定距离处的接收功率必然是确定可计算的。相反,在实际信号传输中该接收功率绝对不是确定性的。Rayleigh衰落模型既考虑了传输信号间的累积干扰,也考虑了周围环境对信号传输的影响,因此我们选择该模型作为信号传输的干扰模型。通信链路的成功概率是评价调度算法的重要指标之一,而该概率与调度集规模密切相关。如果并发通信链路集合过小,系统吞吐量变小。反之,通信链路之间的累积干扰过大,从而导致若干条链路传输失败,从而降低链路成功传输的概率。尽管我们用Rayleigh衰落模型代替SINR干扰模型来研究无线链路调度问题,我们依然能够确保通信链路成功传输的概率并不会差多少甚至是更高的。事实上,我们证明Rayleigh衰落模型下链路通信成功的概率仅比SINR模型下的小0.05%,其次我们获得了更大规模的调度集。本文中,我们首先提出基于并发邻居集合的链路调度算法CNS_LS(Current Neighbors Set based Link Scheduling Algorithm),该算法基于这样一个事实:当部分调度集构造完成后,如果某些距离调度集内链路较远的链路继续加入该可行集,那么距离更远处的链路有可能满足SINR约束。也就是说先前大部分链路调度算法选择那些距离相对较远的链路构造调度集而本文考虑上述事实。第二,我们继续提出获得邻居集合的改进算法ITA(Interference Tolerate based Alternative)。最后,基于CSMA/CA机制和邻居集合,我们设计分布式链路调度算法IDSA,该算法可以在??log n?时隙内调度完所有链路,与最优调度算法相比实现了??1/????近似。第三章,在偷听者存在的网络场景中,我们提出基于传输机密性和可靠性的链路调度算法,即SLS(Secrecy based Link Scheduling)和ISLS(Improved Secrecy based Link Scheduling)。事实上,在不知道偷听者位置的前提下,我们从理论和仿真两个角度分别分析了所获得调度集的规模、传输中断概率和机密中断概率,并获得了理想结果。进一步地,基于邻居集合,我们在这个模型下设计分布式调度算法来尽可能地降低机密中断概率。通过设计的算法TSDLS+RSOP,与现存的调度算法相比,机密中断概率小于0.1。
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5

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本文编号：1226892