基于有向天线和时延限制的大规模无线网络容量研究

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随着无线通信技术的发展和人们对无线网络服务需求的增长,大规模无线自组织网络因其重要的应用受到人们的重视。无线自组织网络具有布网容易、维护方便、价格低廉等特点,在数据的传输过程中采用多跳的方式从源节点传递给目的节点。对于大规模无线自组织网络,因其自组织特性,如何提供有效的数据传输速率以满足用户的需求是一个挑战性问题。分析大规模无线网络的容量限并给出可达网络容量的具体的路由、调度策略对于无线网络架构和布网具有指导意义。本文主要考虑基于有向天线和时延限制的大规模无线网络容量问题,分析了不同传输模式和应用场景下的网络容量界并给出可达网络容量界的路由、调度策略。针对基于有向天线和时延限制的大规模混合无线静态网络单播传输,本文首次系统的研究了当网络中用户(节点)均装备有向天线的情况下,大规模混合网络在最大L跳资源策略传输方式下的网络容量问题。本文基于网络信息论的研究框架,综合考虑有向天线技术和基站的引入对网络容量的提升,并分析了时延限制对网络容量的影响。提出了两种传输模式相互切换的混合传输模型,并引进有向天线技术部分的消除干扰对网络容量降低的影响。给出了基于有向天线和时延限制的混合无线网络容量的渐近闭式表达式,分析了网络容量与节点端到端时延、有向天线波束宽度、网络中基站数量之间的函数变化关系。针对基于有向天线和时延限制的大规模混合移动网络多播传输,本文提出了时延限制下移动自组织网络多播传输的有向发送、有向接收传输模式。得到了在时延限制情况下,混合移动网络多播容量上界的渐近闭式表达式,分析了网络系统参数对移动网络多播容量的影响。给出网络多播容量可达的编码-调度算法的存在性说明,进而为利用改进的Raptor编码技术达到移动网络多播容量的下界提供了理论基础。针对基于混合车载网络的无线多播传输,本文在网络信息论的框架下利用渐近分析的方法分别研究了两种车辆移动模型和两种时间尺度下混合车载网络的多播容量。基于对网络节点的二维快速运动模型的分析,本文建立了更加符合实际车载网络的一维慢速运动模型,并首次考虑了网络满足一定的端到端时延限制和有向传输条件下混合车载网络的多播容量。最后,分析了网络中基站数量、有向天线波束宽度和时延限制对车载网多播容量的影响。
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