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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 ........................................................................................ 5 1.3 研究内容............................................................................................................................ 6 1.4
论文的组织........................................................................................................................ 6 第二章 一般信息采集系统的研究 ................................................................................................. 8 2.1 引言 ................................................................................................................................... 8 2.2 采集途径............................................................................................................................ 8 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 无线通信技术的发展日新月异在语言业务比重下降人们对高带宽高速率无线数据服务的需求越来越大。
无线信道的多径衰落特性是阻碍信道容量增加和服务质量改善的主要原因之一而多天线分集技术是应对衰落的有效方法。
多天线分集要求通信设备具有多个天线但是很多系统的节点受到体积和功耗等限制无法安装多个不相关的天线协作通信技术就是在这种背景下应运而生的。
协作分集通信是最普通的协作通信技术它的概念是建立在中继信道模型的基础上的它是一种新的空间分集技术。
它利用了无线电波的广播特性每一个节点都可以接收到其它节点发送的信号并经过一定的处理后转发到目的节点这样不同的用户就可以共享彼此的天线而形成空间分集。
协作分集可以提高无线通信系统的容量减少通信的中断概率扩大无线网络的覆盖范围和连通性节省传输数据的能量等从而提高无线通信系统的有效性和可靠性。
协作通信技术不仅可以应用在蜂窝移动通信网中而且在传感器网络、认知无线电等无线
通信系统中都可以得到很好的应用。
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而协作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作通信的主要方式有放大中继AF、解码中继3DF、编码协作4CC等方式。
相对于其他协作方式编码协作方式将协作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。
在协作系统中一个至关重要的
问题就是如何选择合适的协作节点它甚至决定了协作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作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作节点选择算法。
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 介绍集中式和分布式协作通信 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相结合导入与应用并服务于到相关的电子行业平台。
2.2 采集途径 无线中继传输 协作通信Cooperative communication 该方法可以使具有单根天线的移动台获得类似于MIMO系统中的某些增益其基本思想是在多用户环境中具有单根天线的移动台可以按照一定的方式来共享彼此的天线从而产生一个虚拟MIMO系统从而获得发分集增益。
一种建立协作通信的方法包括接收来自发起客户机的与指定用户进行协作通信的请求的步骤。
可使能中间客户机该中间客户机可以被设置在一个通过互联网协议网络与发起客户机通信连接的服务器中。
可以确定一个与指定用户相关的移动设备。
在中间客户机和移动设备之间的通信会话可以通过无线网络来实现。
通过使用中间客户机作为通信中介可以在发起客户机与移动设备之间传送至少一个协作消息。
该方法使用带有一根天线的移动台在多用户环境中可以共享其他移动用户的天线这样可产生多根虚拟发射天线进而得到相应的分集增益改善移动通信系统的性能。
现在通用的信号处理方法有检测转发机制、放大转发机制以及编码转发机制。
1979年Cover和Gamal在对中继信道的研究中首次提到了协作通信的模型。
他们研究了有源、中继和目的三节点构成的AWFN中继通信
网络模型的信道容量其中的所有节点工作在相同的频段上从而将系统划分成一个广播信道和一个多址信道。
而后对协作通信的研究基本都以此为基础。
而Lanema、Sendonaris等人的眼界标志对协作通信的研究正式开始了。
协作通信在无信通信系统中有多种应用主要有固定中继的协作通信协作MIMO和用户终端间的协作通信多用户协作两种方式。
考虑到移动终端只配置1到2跟天线为了保证天线数受限的终端用户也能获得MIMO增益提出了协作MIMO的概念。
另外在多跳无线通信网络中为提高传输速率提出了多用户协作分集即多个用户相互协作从而实现类似MIMO的传输方案以获得分集增益。
而目前非常热门的无线中继技术的重要理论基础也包含协作通信理论。
协作多点技术能有效改善小区边缘用户性能提高系统吞吐量。
协作多点技术需要
设计全新的切换机制否则将会限制其实际性能。
一般的信息采集系统的采集途径基本主要集中在门户网站、公共论坛、个人博客、专业网站等途径有一些特定的采集系统还可以采集自身固有的数据类型如RSS、分类新闻订阅、关键词订阅等。
1. 门户网站 门户网站提供综合性的互联网信息资源大多门户网站具有大量的子版面同一个版面中的信息资源一般具有相同的
HTML结构因此相关采集人员可以找到需要采集信息所在的版面让采集系统遍历版面所需信息即可采集到这个版面定制信息资源。
0 引言 当手机等移动终端在网络中移动时候如何选择最佳中继线路 中继器给无线网络信号以推动以使它们传输得更远。
在无线网络中终端所处网络环境是随时随机变化的需要作出达到用户满意体验 在随机参数下综合发射功率、信噪比、吞吐量、时延等因素非线性作出最优解 第三章 介绍无线模型 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相结合导入与应用并服务于到相关的电子行业平台。
2.2 无线传播环境 2.3 中继
方案 2 中继选择策略 本文的中继选择策略是一种分布式策略。
在源节点的M 个中继中每个中继通过自己的前向源到中继和后向中继 到目的节点信道的综合量度在候选中继集中分布式地选择 出一个最佳中继为源节点转发数据包。
如图1 所示hsi 表示 源节点与中继i 之间的信道信息hid 表示中继i 与目的节点 之间的信道信息。
中继选择就是在信道变化之前以分布式 的方式在所有的候选中继中迅速选择出一个最佳中继。
图1 中继选择策略模型 如图 1 所示源节点和目的节点可以直接通信它们周 围存在6 个候选中继。
假如采用先发式路由协议那么在路 由更新的过程中候选中继分别通过来自源节点和来自目的 节点的路由更新包提取并保存其前向和后向信道的信息。
每 个候选中继都设置了一个定时器其时间长度与前后向信道 信息有关。
源节点向目的节点和中继分别发送数据包每个 候选中继在接收到该数据包之后都会根据其保存的信道信 息计算自身定时器的时间。
定时器时间最先归零的节点即成 为最佳中继向目的节点转发数据包。
其他候选中继则将该数 据包丢弃同时将定时器清零。
3 算法实现 3.1 中 机会中继指在一组节点集合中选择最佳中继用于源端和目的端之间提供最好的端到端路径。
2.4 节点选择策略 2.4.1中继节点选择算法的评价标准 2.4.2中继节点选择算法的评价标准 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 协作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作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作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 协作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作节点选择的算法复杂度并达到理想的系统性能是评价协作节点选择算法的重要标尺。
3算法带来的通信开销 在协作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。
因此在协作节点选择算法也要充分考虑这一点仅仅当协作增益大于额外开销的性能损失时才选择协作。
协作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作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作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。
不同的协作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作节点选择算法。
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作节点选择算法并将结果反馈给源节点和相应的协作节点。
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.