基于衰落信道的无线链路调度算法研究-计算机科学与技术专业论文.docx

万方数据 万方数据 曲 阜 师 范 大 学 研 究 生 学 位 论 文 独 创 性 声 明 （根据学位论文类型相应地在“□”划“√”） 本人郑重声明：此处所提交的博士□/硕士□论文《基于衰落信道的无线链 路调度算法研究》，是本人在导师指导下，在曲阜师范大学攻读博士□/硕士□ 学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除注明部分外不包含他人 已经发表或撰写的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确的方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名： 日期： 曲 阜 师 范 大 学 研 究 生 学 位 论 文 使 用 授 权 书 （根据学位论文类型相应地在“□”划“√”） 《基于衰落信道的无线链路调度算法研究》系本人在曲阜师范大学攻读 博士□/硕士□学位期间，在导师指导下完成的博士□/硕士□学位论文。本论文 的研究成果归曲阜师范大学所有，本论文的研究内容不得以其他单位的名义 发表。本人完全了解曲阜师范大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。 本人授权曲阜师范大学，可以采用影印或其他复制手段保存论文，可以公开 发表论文的全部或部分内容。 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 摘要 摘要 摘 要 过去几十年，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）得到了飞速的发展， 取得了一系列的成果，极大的改善了人们的生活方式和生活质量。作为极具应用和发展前 景的一项高新技术，WSNs 同样存在一系列亟待解决的问题，其中链路调度问题直接影响 着无线网络的容量、时间延迟、生命周期等各个方面，成为 WSNs 研究中的热点问题。 然 而 现 在 存 在 的 大 多 数 的 结 果 都 是 在 图 干 扰 模 型 或 者 简 单 的 SINR （ Signal to Interference plus Noise Ratio）干扰模型下得出的，由于信号具有衰落的本质特征，因此这 些结果往往与实际情况存在差距，不够精确。Rayleigh 衰落模型充分考虑了传输信号的干 扰累加、慢衰落等对链路调度过程的影响，更加接近真实的传输环境，因此，我们选择 Rayleigh 衰落模型作为研究链路调度问题的干扰模型。 考虑到功率控制对于链路调度的重要意义，功率控制手段的选择就显得极为重要。本 文中，我们选择 Oblivious 功率控制作为功率控制的手段，有效降低了传感节点的能量消耗， 同时减小了节点之间的相互干扰，进而提高了同时调度的通信链路的数目，降低了通信链 路的传输等待时间。 链路调度成功率和系统吞吐量同样是评价一个调度算法的重要指标。如果同时调度的 通信链路数量太少的话，系统的吞吐量就会过低。而如果同时调度的通信链路数量过多的 话，相互之间的累加干扰就会增大，链路传输的成功概率就会降低。在本文中，我们首先 通过合理设置每一个调度区域的大小来尽可能的增加同时调度的通信链路的数量，同时， 保证系统中的通信链路以一个合适的概率被成功调度，然后，借助差错重传机制进一步地 提高通信的成功率。事实上，尽管我们是在衰落模型下研究链路调度问题，我们依然能保 证取得和 SINR 模型下相似或者更高的成功概率，与此同时，系统的吞吐量维持在一个较 高的水平上。 本文中，我们提出了以下几种有效的分布式链路调度算法：基于正三角形的调度算法、 基于正方形的调度算法、基于正六边形的调度算法、基于正六边形的 3-染色调度算法、基 于正六边形的 4-染色调度算法。并分别比较了几种调度策略以及与现有结果在链路通信质 量，系统的通信容量以及发送节点的平均等待时延上的差异，从而能够针对不同的系统需 求更好的选择算法。理论分析和仿真表明，我们的算法不仅能否有效的避免调度冲突，提 高系统利用率，而且能够获得一个较高的系统容量和较低的时间延迟，同时与最优调度相 比，仅相差一个常数近似因子。 关键词：无线传感器网络，链路调度，瑞利干扰模型，Oblivious 功率分配，分布式算法 I Abs Abstract Abstract In the past decades, Wireless Sensor Networks (WSNs) have gained rapid progress and a series of achievements, which improved the life style and quality of people greatly. As one of the new and high technology which has wide application prospects, WSNs have a series of pro