多跳无线mesh网络中协作通信关键技术研究

无线mesh网络步入快速发展阶段，将成为下一代无线接入网的主流技术。但是多径衰落效应严重影响了它在复杂无线环境中应用。协作通信技术是适合于单天线用户的空间分集技术，可以在不增加设备复杂度的情况下提高无线传输性能，成为无线网络中最有前途的技术。本项目利用协作通信这种新型的物理层技术来优化多跳无线mesh网络。然而，多跳无线mesh网络的网络特征、业务特征给协作资源管理带来了新的挑战。本项目设计基于结点角色特点、数据流转发关系和信道分配干扰关系的建模方法，将多跳无线mesh网络特性和业务特性转化为协作资源管理的约束条件；基于该约束条件，设计基于邻居图的分布式协作伙伴选择算法、基于博弈论的分布式功率分配算法和面向优化目标分解的分布式联合协作资源分配算法（联合协作伙伴选择、功率分配和传输模式选择），来最大化多跳无线mesh的网络覆盖，传输吞吐量和可靠性。

协作通信因能克服信道衰落、提高传输容量和可靠性、扩展覆盖范围和降低能量消耗已被广泛关注和应用。协作通信技术在单跳网络中的优势已经得到广泛证实，然而，多跳无线mesh 网络的网络特征、业务特征给协作通信带来了新的挑战。为了在多跳无线mesh网络中获得高的协作分集增益，本项目研究多跳无线mesh网络中协作通信技术。本项目的创新性成果主要体现在以下几个方面：为了获得多跳无线mesh网络特征并对网络性能进行优化，本项目首先研究多跳无线mesh网络性能优化和测量技术，提出QoS敏感的802.11e分组调度算法、基于扩散的无线网络负载平衡算法、联合频谱切换调度和QoS重路由的性能优化算法、基于邻居图的多跳无线网络拓扑发现和拓扑控制算法、以及面向新型应用的联合元组空间和位图设计的二维分组分类算法。其次，为了在多跳无线网络中获得高协作分集增益，本项目研究无线mesh网络下协作资源管理机制，提出基于联盟博弈的协作中继选择算法，基于凸优化的联合传输模式选择、协作中继分配和功率分配算法，以及基于分支定界的协作接口分配算法。再次，为了在多跳无线网络中获得高的协作分集增益，本项目联合物理层的协作通信技术和网络层的路由技术研究跨层路由——协作路由，提出联合协作资源分配和多流路径选择算法、最大化网络生存周期的协作路由算法、分簇协作路由算法、基于博弈的VMIMO协作路由算法、以及机会路由算法，从而实现为无线mesh网络的多条数据流找到最优端到端协作路由。最终，为了给终端用户提供最优的用户体验，在上述研究的基础上，本项目研究应用层高性能协作数据分发和检索技术，提出资源密度敏感的多跳无线mesh网络资源检索和分发算法等其他应用层优化算法。所提算法均进行充分实验验证，实验结果表明本项目的研究可以充分发挥无线网络高频谱效率和协作通信高分集增益的优点，提高多跳无线网络传输的吞吐量和可靠性。