双跳中继60GHz无线网络的链路调度机制研究

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双跳中继60GHz无线网络利用中继节点进行协作传输,可克服60GHz信号传播距离短、易被阻挡等缺陷,成为突破60GHz网络自身性能瓶颈的一种有效技术手段。考虑到用户需求时变、AP/Relay节点负载受限等因素,如何实现高能效的链路调度机制是当前所面临的重要技术挑战。同时,由于60GHz链路易被阻塞,其性能受网络环境的影响显著,亟需低延迟的链路切换机制以应对网络环境的动态变化,从而保障网络传输的可靠性。而现有的研究工作主要致力于网络吞吐量、传输延迟的优化,缺乏对时变用户需求和动态网络环境的考虑。为此,本论文研究双跳中继60GHz无线网络链路调度机制,针对时变用户需求和动态网络环境带来的挑战,分别从网络全局和用户节点的视角提出解决方案,具体内容包括以下三个方面:1.设计面向时变用户需求的高能效链路调度机制,采用全局调度与局部调整相结合的策略,在满足时变用户Qo S需求的前提下,优化整个网络的能耗开销。首先,给出网络模型和能耗模型,进而对链路调度问题进行形式化描述;在此基础上设计基于整数线性规划迭代松弛的多项式时间全局链路调度算法(ILPIR算法),并对算法进行理论分析;同时为了应对网络的动态性和满足时变的用户需求,结合局部调整策略,设计ILPIR-LA算法,以实现网络节能和链路调度效率之间的权衡;最后,通过仿真实验,验证ILPIR算法及ILPIR-LA算法的有效性及效率。2.设计面向动态网络环境的低延迟链路切换机制,在802.11ad协议的基础上,设计链路切换机制优化其切换延迟,以缓解动态网络环境对60GHz链路性能的显著影响。首先,给出链路阻塞模型,并结合60GHz信号的波束模型,提出一种高效的链路质量估计方法,以实现对大量候选链路的快速初筛;其次,设计一种基于二分搜索的波束训练方法,以减少波束训练过程中的时间开销;然后,将上述的链路质量估计方法和波束训练方法融入到链路切换机制中,以保证动态环境下的60GHz网络传输的可靠性;最后,在ns-3仿真系统中对所提出的低延迟链路切换机制进行仿真实现并验证该链路切换机制的有效性和效率。3.结合面向时变用户需求的高能效链路调度机制和面向动态网络环境的低延迟链路切换机制,设计并实现一套双跳中继60GHz无线网络链路调度原型系统,并进行系统验证与测试。综上所述,本论文提出的双跳中继60GHz无线网络链路调度机制满足时变的用户需求和适应动态的网络环境,可为构建高能效高可靠的60GHz无线网络提供重要的技术支撑。
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