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协作通信中分布式中继选择策略与算法 通信工程 程冲 摘要介绍了无线网络中一种新兴通信技术—协作通信以及协作通信的分布式中继选择策略与算法。
协作通信作为一种新型的通信模式越来越受到人们的关注而中继节点选择技术是其关键技术之一决定了协作能否带来性能增益。
作为抵抗无线衰落、提高通信系统可靠性和增加系统传输速率的一种有效手段协作通信无疑是目前无线通信的研究热点之一。
关键词 协作中继选择 A simple cooperative diversity method based on network path selection Cheng Chong Abstract: This paper introduces a new wireless network of communications technology-cooperative communications Emerging as a new communication paradigm cooperative communication is attracting growing attention. Relay selection is the key technology for cooperative communication which even determines whether the performance gain of cooperation can be obtained. Key
words: cooperation relay selecton As a hot spot in wireless communication during the recent years cooperative communication technology serves to mitigate wireless channel impairment enhance communication reliability and increase trans
mission rate. 为了解决蜂窝移动通信系统中传统空域分集技术在移动终端的多天线设置制约一种新的空域分集 技术协作分集应运而生:与传统的空域多输入多输出系统相比协作分集使得在多用户环境下具有单 天线的多个终端可以共享彼此的天线以形成一个虚拟的多天线结构实现空域分集:介绍了协作分集技术 的基本概念系统结构协作协议分类以及研究现状分析研究了协作系统的可达速率区域以及相关性能 讨论了协作分集带来的优势存在的问题以及后续的研究工作: 关
论文结构及章节安排 第一章 绪论 简述协作通信以及协作通信中继选择的研究背景和必要性意义说明当前国内外协作通信的研究与应用情况介绍本
论文的主要研究内容。
第二章 协作通信的意义 介绍无线通信中协作通信的基本概念和目前发展情况介绍MIMO系统和虚拟MIMO技术的应用。
第三章 介绍集中式与分布式中继选择 介绍Ad hoc网络的几种路由协议重点介绍DSR和AODV。
第四章 基于分布式中继选择的策略与算法思想 介绍分布式中继中各个选择最佳中继的各种策略比较提出新协议和算法并描述其功能。
第五章 展望未来前景 自适应路由协议的仿真实现 对课题所使用的仿真工具OPNET Modeler做了具体的分析介绍并利用该工具分别从节点模型、进程模型两个方面对路由协议AODV进行建模并配置仿真场景执行仿真对自适应路由协议AODV-AOW和AODV进行性能比较收集各项性能指标的测试结果并分析数据。
目录 第一章 绪言..................................................................................................................................... 4 1.1 研究背景............................................................................................................................ 4 1.2 信息采集系统的开发环境简介 ........................................................................................ 8 1.3 研究内容............................................................................................................................ 9 1.4
论文的组织...................................................................................................................... 10 第二章 一般信息采集系统的研究 ............................................................................................... 12 2.1 引言 ................................................................................................................................. 12 2.2 采集途径.......................................................................................................................... 12 2.3 网络构架........................................................................................ 错误未定义书签。
7 2.4 采集流程........................................................................................ 错误未定义书签。
8 2.5 采集系统的功能 .......................................................................... 错误未定义书签。
10 2.6 性能分析...................................................................................... 错误未定义书签。
11 2.7 应用行业...................................................................................... 错误未定义书签。
12 2.8 与知识
版权保护之间的关系 ...................................................... 错误未定义书签。
12 第三章 自行研制采集系统的关键技术论述 ........................................... 错误未定义书签。
13 3.1 关键技术...................................................................................... 错误未定义书签。
13 第四章 一个自行研制的采集系统的实现 ............................................... 错误未定义书签。
21 4.1 系统配置...................................................................................... 错误未定义书签。
21 4.2 系统的功能组成 .......................................................................... 错误未定义书签。
22 第五章 总结与展望 ................................................................................... 错误未定义书签。
24 第一章 绪言 1.1 研究背景 无中心控制的无线网络中需要使用分布式策略选择中继以帮助源端和目的端进行
通信。
这样的例子在实际运营应用中广泛存在在一个具有多个如M个可获得中继的集合中选择最佳中继然后选择好的最佳中继以用于源端和目的端之间通信的协作是我们需要研究的所在其中不需要拓扑信息且基于瞬时信道条件的测量。
在未来移动通信系统中多输入多输出MIMO系统的优势已经得到了广泛的认同然而受到节点尺寸以及能量的限制使得MIMO技术的实现变得困难1-2而协同通信技术则充分利用了无线电波的全向传播特性使无线网络中的节点相互协作形成了虚拟的天线阵列来获得传统MIMO技术的空间分集增益当前协同通信的主要方式有放大中继AF、解码中继3DF、编码协同4CC等方式。
相对于其他协同方式编码协同方式将协同通信技术和信道编码技术相结合在不消耗更多系统资源带宽等的前提下获得完全的分集增益。
在协同系统中一个至关重要的问题就是如何选择合适的协同节点它甚至决定了协同系统是否可以带来增益。
在这方面已有研究人员做出了贡献但是每种系统和算法都用来解决不同的问题并有不同的应用。
因此本文研究并给出了协同节点选择技术的性能评价标准以及分类方法并且总结了近年来典型的协同节点选择算法。
1 中继节点选择算法的评价标准 为了深入、深刻地对各种不同的中继节点选择算法进行比较和分析我们应首先给出正确、有效的性能评价标准。
因此我们从以下几个方面来定性的评价中继选择算法的性能 1算法效果 协同系统设计的主要目标是增加网络容量减少功率消耗以及增加网络覆盖这也理所当然的成为了协同节点选择算法的考核标准。
值得注意的是网络容量、功率消耗以及网络覆盖3者之间存在折中因此协同节点选择算法也要根据不同系统的需求来选择不同的优化目标进行优化。
2算法复杂度 协同通信的本质思想就是从网络角度来优化整个系统的性能然而这也引入了更多的优化元素导致算法复杂度的增加因此如何很好的控制协同节点选择的算法复杂度并达到理想的系统性能是评价协同节点选择算法的重要标尺。
3算法带来的通信开销 在协同系统中节点间需要交互更多的信息例如信源信息、信道信息、能量信息等来共同完成信息传递从而增加了系统的通信开销这给系统性能带来了负面影响。
因此在协同节点选择算法也要充分考虑这一点仅仅当协同增益大于额外开销的性能损失时才选择协同。
协同节点选择算法的执行过程中也还应尽量减少开销现有主要的方法有限制反馈模糊选择等。
4算法的自适应和容错性 由于无线信道的时变特性以及节点的移动性使得信道信息、节点状态信息无法精确获得这就使得协同节点选择算法需要具备鲁棒性能够自适应的调整选择策略并对信道环境变差以及协同节点无法响应等状况具有容错特性。
5算法代价软硬件支持 算法的代价可以从几个方面来评价。
时间代价包括一个系统的安装时间、配置时间、算法执行时间。
空间代价包括该算法需要的基础设施和网络的节点数量、节点尺寸等。
不同的协同节点选择算法所需要的软硬件支持也不尽相同有些算法要求节点有较为强的存储和计算能力有些算法则需要额外硬件支持GPS等。
应根据应用背景和需求综合考虑技术、成本等多种因素来选则协同节点选择算法。
2 中继节点选择算法的分类 1算法执行方式 算法的执行方式主要分为中心式和分布式。
中心式算法是指将所需要的信息传送到某一中心节点例如基站、AP等中心节点利用这些信息执行协同节点选择算法并将结果反馈给源节点和相应的协同节点。
分布式计算则是依赖节点间的信息交换和协调由节点自行判断是否协作和与谁协作。
中心式算法的优点在于从全局角度统筹规划使得系统工作在全局最优状态然而由于需要搜集相关的信息以及计算全局最优因此会引入较大的通信开销和计算开销。
分布式算法往往获得是局部最优解但是分布式算法分散了通信开销和计算复杂度而且分布式算法更加适用于无固定支持的网络如Ad Hoc网络。
2中继节点个数 中继节点个数的确定是中继节点选择算法的热点问题使用单个节点还是使用多个节点仍然是一个开放性
问题。
使用单个协同节点进行协同使得接收端的硬件简单易于实现并且没有损失分集阶数单个中继节点选择需要知道各个信道的信道信息并按照某种规则进行排序从中选出最优的节点。
然而单个节点的处理能力和支持的功率是有限的当信道处于深度衰落的情况下单个中继节点无法完成源节点的服务质量QoS需求而且使用多个中继节点也可以增加系统的复用增益因此根据信道和中继节点的状态调整节点选择的个数的选择算法更加合理。
3协同的方式 协同方式是协同系统中的重要参数不同的协同方式也对协同节点的选择算法产生和很大影响例如在DF协同方式中节点只有正确解码后才能参与到协同传输而在AF中协同节点对源节点的信号不做任何处理且所有协同节点都能传输该信息这直接影响了协同节点选择算法的备选集合。
因此对于不同的协同方式要采用不同的协同节点选择算法。
另外我们可把协同方式选择和协同节点选择相结合在同一个系统中自适应的使用不同的协同方式和协同节点选择算法。
4中继节点选择和其他协同资源的联合分配 对于协同系统协同节点仅仅是系统资源的一部分因此目前的研究
工作大都在将协同节点选择和其他资源分配联合考虑例如功率带宽等。
通过跨层联合设计这些系统资源可以使系统的性能得到较大的改善。
然而由于引入了更多的变量和优化目标从而给系统设计带来了巨大挑战在多数情况下使得系统最优问题成为非多项式NP难问题。
如何找到适当的联合优化参数以及设计可执行的渐进最优算法也是协同节点选择及其相关的资源分配算法应考虑的重点。
5应用场景 当前的无线通信系统大都可以分为有固定设施支撑和无固定设施支撑两种在有固定设施支撑的网络中如蜂窝网其通信形式基本呈现为多对一或多对一的通信即多个用户到基站、基站到多个用户此外
网络中的中心节点对网络起到支配和管理作用从而有利于资源的合理分配和中心式算法的执行。
而在无固定设施支撑的网络如Ad Hoc网络中存在多对源和目的节点对并且没有中心节点来进行管理通信节点对之间呈现竞争关系因此控制通信节点对之间的相互干扰是影响系统性能的重要因素也是
设计的难点。
6中继节点属性 在不同的网络中中继节点的属性也不尽相同。
中继节点可以是固定的也可以是移动的可以是有源的也可以是无源的有些装配单根天线而有些则装配多根天线节点的属性不同直接影响了协同节点选择的策略。
在蜂窝网中无论固定的还是移动的中继节点大多是有能量支持的并且中继节点上大多可能配备多根天线拥有相对较强处理和传输能力因此可以将较多的工作转移到中继节点上进行从而降低移动终端的复杂度和能量消耗同时为移动终端提供较好的QoS保障。
在自组织网络中网络中所有节点属性基本相同且大都使用电池供电处理和传输能力也相对有限因此在协同节点选择算法设计时应充分考虑节点的能量问题在保证服务的条件下尽量延长网络的生存时间。
随着信息技术的普及与发展互联网已经深入到了人们生活的各个方面成为
经济、文化、教育以及娱乐等各个领域的重要组成部分。
与此同时互联网也以惊人的速度在全球蔓延据网站托管检测机构Netcraft的数据显示截止至2009年5月11日全球网站总量已经达到2.315亿个全球网页数量已经超过200亿张并且每天还以数百万张的速度在增加人们面临的是一个信息爆炸的局面。
面对互联网上如此无序、多样和复杂的海量信息仅仅依靠人工的收集、整理和发布所需互联网数据是不切实际的。
而在我们的现实生活中在互联网的应用上广泛地存在着这样的一种需求互联网用户总是到某些特定的网站去寻找特定分类的数据和信息然后发布到自己的网站供其他用户浏览或者收集到自己的内容库中以供日后查阅和使用。
比如新闻媒体需要获取互联网上大量的新闻资料来充实自己的新闻资料库大型企事业单位需要获取本行业宏观环境、政策动态与竞争对手信息IT从业人员需要获取IT行业最新资讯与IT技术动态????如果让这些用户去手动地去各个相关网站收集与加工所需数据信息显然是费时费力效率低下的。
而如今主流的
搜索引擎只向用户提供统一的接口不能对不同需求的用户提供个性化的服务很显然不能满足用户的需求。
针对这样的现状《互联网远程数据采集与检索技术的研究》这个课题的提出就是希望得到一个集互联网远程数据智能采集、分类索引整理、自动去重和分类发布等功能的智能数据采集系统。
不同的用户可以运用此系统把自己所关心的信息从互联网上有选择地采集下来并分门别类地存入数据库中以便查阅和使用。
l。
2
论文的研究内容 根据课题要求本次
论文的主要任务是在研究无线自组嘲即AdHoe的基础 上提出__种是适应豹路童携议。
鸯适疲的概念按广义讲觳是指
系统按照环 境的变化调整自身使得其行为在新的或者已经改变了的环境下达刻最好或者至 少达到容许豹特性范围嚏总之就是指系统通过鲁身的控制扶蕊具有适应环 境变化能力称为自适应。
在这里所讲的自适应主要是在研究菜种或某几种协议 基础之上对其特点进行分析和总结螽提出一种能适疲多种因素或不同场合且 较秀灵活的新协议以提高网络传输性麓。
此次
论文基于AdHoe网络环境下的按需路由协议选墩其中的种典型路 1.2
论文的研究内容 1.2.1 采集系统的应用环境 采集系统的服务器端的操作系统可以采用Linux服务器系统也可以使用操作较为简单的Windows Server 2008服务器操作系统。
如使用Linux操作系统可以在操作系统上搭建比较著名的LAMP环境即Linux服务器操作系统、Apache服务器软件、MySQL数据库软件和PHP解释器。
使用Linux服务器操作系统具有免费
开源、稳定性强、功能强、容错能力高、可定制性强等优点。
如使用Windows Server 2008服务器操作系统则需在操作系统上配置IIS服务器软件、MySQL数据库
软件和PHP解释器。
使用Windows Server 2008服务器操作系统具有操作配置简单、可靠性高、高效等优点。
采集系统客户机端的操作系统可以使用我们较为
常用的Windows系列操作系统。
不管是基于应用程序的采集系统或者基于WEB浏览器的采集系统Windows操作系统都能很好地胜任。
1.2.2采集系统的数据库环境 一个完整的采集系统至少需要使用两个数据库。
一个用来存储采集系统采集到的、未经整理的数据我们一般称之为暂存数据库另一个用来存储经过规范整理之后的采集数据。
暂存数据库一般使用较小的数据库软件如
免费开源的MySQL、单机应用的Microsoft Access数据库、
xml格式的数据库等。
第二种数据库存储大量整理过的数据一般使用大中型的数据库软件如Oracle、MySQL、DB2、Microsoft SQL Server等。
1.2.3 采集系统的开发技术 互联网信息采集系统根据其工作方式的不同一般分为两种基于应用程序的采集系统和基于WEB浏览器的采集系统。
开发这两种不同的采集系统所使用的开发技术也是不同的。
基于应用
程序的采集系统运行在客户机端由于客户机一般使用Windows系列的操作系统所以一般使用
Delphi、Visual C、Visual Basic等开发工具开发基于应用程序的采集系统。
基于WEB浏览器的采集系统运行在服务器端通过WEB浏览器发送指令完成相应的操作所以一般使用
PHP、ASP、ASP.
NET、
JSP等WEB开发语言开发基于WEB浏览器的采集系统。
1.3 研究内容 我将本课题《互联网远程数据采集与检索技术的研究》所提出的智能数据采集和检索系统命名为SINJAC。
SINJAC是塞尔维亚的一个地名它不具有含义它仅仅是SINJAC is not just a collector的递归缩写本
论文之后所提及SINJAC的地方均指这里讨论的智能数据采集和检索系统。
SINJAC具有以下所列出的所有功能 高效地采集远程互联网上页面的内容信息和附件等 将采集到的信息加入到本地数据库并建立相关的关键字索引 针对不同网站的数据库接口调整本地数据库 生成
HTML静态页面将生成的页面加入到指定网站中 一个简单的内容
管理系统CMS及其站内检索功能 简单的在线文本编辑工具和网页编辑工具方便对采集到的资料的编辑与整理。
SINHAC是使用PHP和MySQL开发的一款具有以上功能的Web应用程序系统。
设计该系统建立在研究一个典型的互联网采集系统的功能和功能拓展的基础上辅以站内检索
代码的实现构建该系统。
SINJAC的研究和设计过程中涉及到PHP编程技术的研究、MySQL数据库访问与控制技术的研究、采集流程的研究和优化、站内检索技术的研究和优化等。
1.4
论文的组织 本
论文共有XX章、XX篇附录。
13
论文的结构及章节安排 对
论文的内容作如下安排 第一章绪论 简述无线自组网的研究背景和意义说明本文的主要研究内容给出了
论文 的结构及章节安排。
第二章无线自组网络概述 详细介绍了AdHoc网络的相关知识包括Ad—Hoe网络的基本概念、特点和 关键技术以及它的起源和国内外发展状况。
第三章无线自组网路由协议 介绍了Ad—Hoc网络路由协议重点对AODV进行了详细的说明。
第四章无线自组网的分簇算法 介绍了AdHoc网路的几种分簇算法提出AOW为研究的对象。
第五章无线自组网的自适应路由协议 对新协议AODV-AOW进行算法的提出与功能的描述。
第六章路由协议的仿真实现 对课题所使用的仿真工具OPNET Modeler做了具体的分析介绍并利用该工 具分别从节点模型、进程模型两个方面对路由协议AODV进行建模并配置仿 4 无线自组网自适威路由技术 真场景执行仿真对囱适应协议AODV-AOW和AODV进行性能比较。
收集各项 性能指标的测试结果分析数据。
第一章 绪言 介绍本
论文研究的目的和意义概述课题使用的相关技术介绍本
论文的研究内容、结构安排。
第二章 一个典型的采集系统的研究 第二章 介绍协作通信 2.1 引言 信息采集是指利用
计算机软件技术针对特定的目标数据源实时进行信息采集、抽取、挖掘、处理从而为各种信息服务系统提供数据输入的整个过程。
一般采集系统要求从互联网上对特定目标数据源或不特定目标数据源进行采集与监控并对信息进行结构化抽取保存为本地结构化数据库然后按各自网站的需求与其它网站应用模块.