基于能量有效性的綠色協(xié)作傳輸方案設計與關鍵技術研究.pdf

1、為了滿足人們對無線通信提出的傳輸速率、可靠性更高的要求，協(xié)作通信成為了近年來發(fā)展起來的一項新技術。該技術利用無線網絡中的節(jié)點相互協(xié)作，有效對抗了無線傳輸信道中產生的衰落，改善了無線系統(tǒng)的傳輸性能。協(xié)作通信能夠有效提高信息傳輸速率、擴大網絡覆蓋范圍，且在提高網絡吞吐量、延長網絡生命周期、降低成本等方面具有很大的優(yōu)勢。此外，隨著無線網絡的節(jié)點密度的增加和網絡覆蓋范圍的擴大，協(xié)作通信系統(tǒng)對節(jié)點能量有效性提出了更高要求，綠色協(xié)作傳輸技術逐漸成為

2、未來協(xié)作通信研究熱點之一。
　　本論文研究無線傳感器網絡(WSN)中綠色高效的協(xié)作傳輸技術，重點研究了提高協(xié)作效率和降低傳輸能耗的方法，旨在將協(xié)作中繼技術在WSN中的應用進行理論性探索，為協(xié)作通信的最佳中繼選擇、中斷概率分析、能效分析等關鍵問題提供理論支撐。概括地講，論文具體研究工作如下。
　　論文第一章介紹了研究背景及研究意義，簡要介紹了協(xié)作通信中的不同中繼系統(tǒng)結構及其優(yōu)點。其次，介紹了綠色協(xié)作傳輸技術的概念、無線網絡能量

3、有效性的研究現狀、能效與傳輸可靠性折衷的研究現狀。在此基礎上，闡述了緩存隊列中繼協(xié)作傳輸的研究現狀。
　　論文第二章研究了無線傳感器網絡節(jié)點協(xié)作傳輸能效優(yōu)化方法。該方法考慮了基于能效優(yōu)先的節(jié)點協(xié)作傳輸模型，給出了協(xié)作傳輸能量有效性與節(jié)點傳輸數據包大小、協(xié)作中繼數、廣播與轉發(fā)階段的數據調制參數、信源-協(xié)作簇之間廣播距離等因素的關系，提出了一種基于傳輸每比特有效數據總能耗最小的節(jié)點協(xié)作傳輸策略。研究結果表明，當傳輸總距離一定時，通過對

4、傳輸數據包大小以及協(xié)作節(jié)點數進行優(yōu)化配置，可以有效提高無線傳感器網絡節(jié)點協(xié)作傳輸的能量有效性。
　　論文第三章研究了基于功率自適應干擾消除的能效優(yōu)先緩存隊列最優(yōu)中繼選擇方法。該方法考慮了緩存隊列中繼選擇中的能耗與中斷性能之間的折衷關系，以系統(tǒng)能耗最小化作為目標，同時考慮中繼緩存隊列狀態(tài)、系統(tǒng)中斷概率、中繼功率自適應控制實現干擾消除。所提方法在同一個時隙內進行源節(jié)點-中繼和中繼-目的節(jié)點之間的數據傳輸，以模擬全雙工通信方式實現協(xié)作。

5、論文采用馬爾可夫鏈對中繼緩存隊列狀態(tài)進行建模分析，分別推導了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分布的中斷概率與可達分集增益。同時，論文研究了所提方案的信源與最佳中繼的數據包平均傳輸時延和減小的節(jié)點能耗。研究結果表明，在相同中繼數與緩存隊列長度情況下，相比其它中繼選擇方案，所提方案在實現中繼功率自適應干擾消除的同時具有最佳的中斷性能。在相同中繼節(jié)點數情況下，所提方案降低了系統(tǒng)傳輸時延和中繼節(jié)點平均發(fā)射能耗，有效實現了綠色協(xié)作通信中能效與中斷性能、時延性能的折衷。<

6、br>　　論文第四章研究了基于排隊模型的能效優(yōu)先緩存隊列中繼跨層協(xié)作方案。該方案考慮了存在信源-目的節(jié)點之間直接鏈路的情況，利用M/M/K排隊論模型分析了協(xié)作通信中繼緩存隊列的穩(wěn)態(tài)分布。同時，在節(jié)點能量受限的情況下，研究了信源-目的節(jié)點之間的信道增益對系統(tǒng)的吞吐量、統(tǒng)計時延和丟包率性能的影響。研究結果表明，所提方案能夠有效提高系統(tǒng)的吞吐量，降低系統(tǒng)的丟包率。此外，該方案有效降低節(jié)點的平均發(fā)射功率，從而延長了WSN的網絡生命周期。