基于网络编码与协作分集的无线网络汇播方法研究

发布时间：2017-03-17 22:02

  本文关键词：基于网络编码与协作分集的无线网络汇播方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：汇播(Convergecast)是一种多对-(Many-to-one)的数据传输方式,在很多无线网路,比如无线传感器网络、蜂窝移动通信网络、无线局域网、无线网状网中非常常见。如何克服无线信道恶劣的传输特性,在频谱资源和能量都受限的情况下,提高汇播的效率,提高汇播的可靠性,以及提高汇播的能量有效性,是非常重要的命题。本文结合目前相关领域的研究现状,以无协作的基于线性网络编码的无线网络多跳汇播和基于多用户网络编码协作的无线网络单跳汇播为研究目标,从可靠性,能量有效性,频谱效率和中断概率等角度,对网络编码和协作通信所带来的性能增益进行了深入的研究。 (1)对基于线性网络编码的无线网络多跳汇播的性能进行了理论分析。证明了通过在汇播树中应用线性网络编码,可以在无线网络多跳汇播过程中获得可靠性增益。定义了汇播树中能够执行一次完整的线性网络编码最基本的结构——汇聚结构,并为汇聚结构构造了确定的线性网络编码系数矩阵。然后通过有／无ARQ机制的有／无网络编码的无线网络多跳汇播等四个不同的基本场景,从理论上分析了线性网络编码对无线网络多跳汇播性能的影响,证明了线性网络编码并不总是有益于无线网络多跳汇播。当无线网络的链路质量较差,则在多跳汇播中引入线性网络编码是合理的,能够产生可靠性增益；而当无线网络链路质量较好时,仅仅将线性网络编码应用于无线网络汇播,网络性能不会得到提高,在某些情况下甚至会降低。文本通过基于Network Simulator2(NS2)的仿真实验对我们的理论分析进行了验证。该方面内容的研究成果,为线性网络编码在无线网络多跳汇播中的应用提供了理论依据。 (2)将多用户线性网络编码协作引入无线网络的单跳汇播,研究适用于无线网络单跳汇播的多用户线性网络编码协作。考虑到精确中断概率是进一步进行系统优化最重要的理论依据,对已有的多用户线性网络编码协作系统的精确中断概率进行了研究。对N+1(N≥1)时隙M(M≥2)用户线性网络编码协作系统进行了分析,推导了N+1时隙M用户线性网络编码协作系统精确中断概率的闭式表达式与分集阶数。为了说明线性网络编码为多用户协作带来的好处,本文将M用户线性网络编码协作系统与传统的M用户解码转发协作系统进行了性能比较。结果表明,线性网络编码协作系统的分集阶数要明显高于相同用户数的解码转发协作系统,且在高信噪比区域,线性网络编码协作系统的中断概率大幅低于相同用户数的解码转发协作系统。Monte Carl。仿真结果与理论分析结果的高度契合验证了理论分析的正确性。 (3)提出了一种新的基于迭代的多用户多轮线性网络编码协作方案：M2-LNCC. M2-LNCC突破了现有网络编码协作方案中网络编码协作仅仅局限于广播阶段所能正确解码的信息的限制,而将其扩展到协作阶段的每一个时隙。推导了高信噪比情况下,M2-LNCC系统中断概率的紧近似(Tight approximation)闭式表达式,并分析了其渐近中断概率和分集性能。研究结果表明,对于瑞利衰落信道,M用户N+1时隙的系统能够达到MN+1的分集阶数。同时,将N+1时隙M用户M2-LNCC系统与M用户GDNC系统(k=1,k2=N)的中断概率和分集性能进行了比较。可以发现,M2-LNCC可以显著提高系统的分集阶数。且当接收端SNR较高时,M2-LNCC系统的中断概率要显著小于GDNC。通过Monte Carlo仿真验证了相关理论分析的正确性。
【关键词】：无线网络 汇播 网络编码 协作通信 中断概率
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-19
• 1 绪论19-32
• 1.1 研究背景和意义19-22
• 1.2 无线网络汇播的研究现状22-28
• 1.2.1 无线网络多跳汇播的研究现状22-26
• 1.2.2 无线网络单跳汇播的研究现状26-28
• 1.3 本文的研究内容和结构安排28-32
• 1.3.1 本学位论文的主要研究内容28-30
• 1.3.2 本学位论文的结构安排30-32
• 2 相关技术概述32-45
• 2.1 数据传输方式32-35
• 2.1.1 一对一的传输方式32-33
• 2.1.2 一对多的传输方式33
• 2.1.3 多对一的传输方式33-35
• 2.2 线性网络编码技术35-40
• 2.2.1 线性网络编码概述35-37
• 2.2.2 无线网络中的线性网络编码37-38
• 2.2.3 流内网络编码与流间网络编码38-40
• 2.3 协作通信技术40-44
• 2.3.1 协作通信的方式40-42
• 2.3.2 协作通信的关键技术42-44
• 2.4 本章小结44-45
• 3 基于线性网络编码的无线网络多跳汇播45-76
• 3.1 引言45-46
• 3.2 无线网络多跳汇播中网络编码增益的产生机理46-49
• 3.2.1 利用Inter-NC获得增益46-48
• 3.2.2 利用Intra-NC获得增益48-49
• 3.3 系统描述49-52
• 3.3.1 网络模型49-50
• 3.3.2 线性网络编码算法50-51
• 3.3.3 仿真场景51-52
• 3.4 无ARQ机制的无线网络多跳汇播性能分析52-64
• 3.4.1 完全接收概率53-55
• 3.4.2 数据收集率55-58
• 3.4.3 能量消耗58-63
• 3.4.4 能耗平衡63-64
• 3.5 带ARQ机制的无线网络多跳汇播性能分析64-74
• 3.5.1 网络编码协助的ARQ机制65-66
• 3.5.2 能量消耗66-70
• 3.5.3 能耗平衡70
• 3.5.4 端到端延迟70-74
• 3.6 本章小结74-76
• 4 基于多用户线性网络编码协作的无线网络单跳汇播76-103
• 4.1 引言76-78
• 4.2 基于双时隙多用户LNCC的单跳汇播78-89
• 4.2.1 系统模型78-80
• 4.2.2 中断概率分析80-84
• 4.2.3 中断概率的渐近特性及分集阶数84-85
• 4.2.4 仿真结果85-89
• 4.3 N协作时隙多用户线性网络编码协作89-101
• 4.3.1 系统模型89-91
• 4.3.2 中断概率分析91-93
• 4.3.3 中断概率的渐近特性及分集阶数93-95
• 4.3.4 仿真结果95-101
• 4.4 本章小结101-103
• 5 基于迭代的多用户多轮线性网络编码协作103-116
• 5.1 引言103-104
• 5.2 系统模型104-106
• 5.2.1 系统假设与变量定义104
• 5.2.2 网络编码协作104-106
• 5.3 中断概率与分集性能分析106-111
• 5.4 仿真结果111-115
• 5.5 本章小结115-116
• 6 结论与展望116-119
• 6.1 结论116-117
• 6.2 创新点117
• 6.3 展望117-119
• 参考文献119-130
• 攻读博士学位期间科研项目及科研成果130-131
• 致谢131-132
• 作者简介132

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 戴世瑾;李乐民;;高能量有效性的无线传感器网络数据收集和路由协议[J];电子学报;2010年10期

2 池新生;郑宝玉;姚刚;陈建白;;非对称协作分集通信中网络编码的应用[J];电子与信息学报;2012年10期

3 吉晓东;郑宝玉;崔景伍;;不对称双向中继信道中的再生双向中继选择及功率分配[J];电子与信息学报;2013年07期

4 杨林;郑刚;;无线多跳网中具有网络编码意识的机会路由协议[J];清华大学学报(自然科学版);2010年10期

5 胡四泉;王俊峰;;无线传感器网络的智能低功耗侦听协议[J];通信学报;2009年09期

6 孙立悦;赵晓晖;虢明;;基于中断概率的协作通信中继选择与功率分配算法[J];通信学报;2013年10期

7 王伟平;陈小专;鲁鸣鸣;王建新;;应用累积系数确认的网络编码机会路由协议[J];软件学报;2014年07期

  本文关键词：基于网络编码与协作分集的无线网络汇播方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：253486