边缘无线网络全双工介质访问控制关键技术研究

发布时间：2022-12-23 02:06

　　随着5G时代的到来,物联网应用的大量部署,边缘无线网络迫切需要更大的网络容量、更小的传输延迟和更高的频谱利用率来支撑数据流量的爆炸式增长和多样化的应用需求。作为5G候选技术的带内全双工技术凭借着可以在同一频率上同时收发报文实现频谱利用效率的倍增,得到了学术界和业界的广泛关注。然而,如何利用全双工技术点到点之间的潜在通信优势,实现网络级的性能提升,需要介质访问控制（MAC）层和更高层协议的配合。其中,MAC层协议的性能直接关系到上层协议的表现,决定了上层协议的网络性能上限。因此,本文重点研究全双工MAC协议的设计与实现。为了解决无线全双工信道竞争中的节点间干扰和非对称流量问题,本文首先提出了一种新型的集中式全双工MAC协议,pFD-MAC。在该协议中,本文设计了一种基于轮询的传输机制,并对轮询策略在全双工网络中的影响进行了研究。通过将节点间干扰特征表征为有向非冲突图,将全双工网络中的轮询策略生成问题进行了理论建模,并证明该问题是NP难问题。为了可以在报文传输的同时并行快速的生成轮询策略,设计了一个流量感知的启发式算法。采用该算法生成的轮询策略,使得接入点（AP）可以有效地利用全双工通信机... 

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号使用说明
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 边缘无线网络简介
        1.1.2 边缘无线网络中的研究内容
    1.2 带内全双工通信中的研究内容
    1.3 本文主要研究工作
        1.3.1 集中式全双工MAC协议设计
        1.3.2 分布式全双工MAC协议设计
        1.3.3 全双工部署问题分析与优化
    1.4 论文结构
第二章 相关技术与研究
    2.1 全双工通信技术
        2.1.1 全双工通信的基本概念
        2.1.2 自干扰消除技术
        2.1.3 全双工通信中的干扰模型
        2.1.4 全双工通信中的传输模型
    2.2 无线MAC协议
        2.2.1 IEEE802.11协议
        2.2.2 全双工MAC协议分类
        2.2.3 典型的全双工MAC协议
    2.3 本章小结
第三章 基于集中式调度的全双工MAC协议
    3.1 前言
    3.2 系统模型与问题描述
        3.2.1 系统模型
        3.2.2 问题描述
    3.3 基于轮询的MAC协议框架设计
        3.3.1 信息采集
        3.3.2 传输调度
        3.3.3 报文传输
    3.4 轮询策略生成算法
        3.4.1 公平性调度
        3.4.2 非冲突图构建
        3.4.3 轮询策略生成问题
        3.4.4 流量感知的轮询策略生成算法
        3.4.5 示例
    3.5 性能评估
        3.5.1 仿真参数
        3.5.2 仿真结果
    3.6 本章小结
第四章 基于分布式调度的全双工MAC协议
    4.1 问题描述
    4.2 系统模型与问题建模
        4.2.1 系统模型
        4.2.2 全双工非对称传输调度问题建模
    4.3 基于窗口约束的贝叶斯优化算法设计
        4.3.1 贝叶斯优化框架
        4.3.2 奖励函数设计
        4.3.3 收敛速度提升
        4.3.4 动态环境支持
        4.3.5 算法描述
    4.4 传输机制设计
        4.4.1 传输机制概述
        4.4.2 非对称传输流程设计
        4.4.3 帧格式设计
    4.5 MAC协议设计
    4.6 性能分析
        4.6.1 报文成功传输的概率
        4.6.2 全双工有效负载
        4.6.3 网络吞吐率
    4.7 性能评估
        4.7.1 仿真参数设置
        4.7.2 协议模型测试
        4.7.3 优化算法有效性测试
        4.7.4 网络吞吐率提升
        4.7.5 学习增幅因子ρ对算法收敛性影响
        4.7.6 移动性支持
    4.8 本章小结
第五章 全双工接入点部署问题分析与优化
    5.1 问题描述
    5.2 系统模型
        5.2.1 网络模型
        5.2.2 传播和干扰模型
        5.2.3 全双工传输模型
    5.3 全双工传输机会理论分析
        5.3.1 全双工传输概率
        5.3.2 全双工传输阈值
        5.3.3 信号距离与干扰距离的概率分布
        5.3.4 理论结果与分析
    5.4 全双工AP部署问题建模
        5.4.1 上行链路的接收信号质量
        5.4.2 下行链路的接收信号质量
        5.4.3 问题建模
    5.5 基于局部束搜索的启发式算法
        5.5.1 用户分布中心位置计算
        5.5.2 局部束搜索
    5.6 性能评估
        5.6.1 仿真实验场景与关键参数设置
        5.6.2 仿真结果
    5.7 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 未来工作
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]带内全双工无线通信自干扰消除及MAC调度研究综述[J]. 孙彦景,左海维,李松.  电子科技大学学报. 2016(06)
[2]同频同时全双工网络干扰分析及消除方法研究[J]. 卞宇阳,马猛,李斗,焦秉立.  电信网技术. 2014(11)
[3]全双工通信关键技术研究[J]. 张丹丹,王兴,张中山.  中国科学:信息科学. 2014(08)
[4]同时同频全双工场景中的射频域自适应干扰抵消[J]. 王俊,赵宏志,卿朝进,唐友喜.  电子与信息学报. 2014(06)
[5]5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J]. 尤肖虎,潘志文,高西奇,曹淑敏,邬贺铨.  中国科学:信息科学. 2014(05)
[6]同频同时全双工技术浅析[J]. 焦秉立,马猛.  电信网技术. 2013(11)



本文编号：3724492