不确定信道下无线CSMA网络优化理论与算法研究

CSMA (Carrier Sensing Multiple Access) is widely used in wireless networks. However, related work for uncertain channels is little. In our proposal we study the optimization theory and algorithms of wireless CSMA under uncertain channel (mainly considering time-varying channel quality and variable channel bit rates). The research issues are: optimization theory of wireless networks under uncertain channels; carrier sensing optimization for variable channel rates; adaptive CSMA (approximated) optimization algorithms under uncertain channels. Considering channel uncertainty, our research will establish accurate optimization models, which lays a solid foundation on improving carrier sensing technology and make new contributions to the theory and algorithms of wireless CSMA, making end-to-end users access wireless resources efficiently and fairly, and thus has good influences in both theoretical and practical aspects.

CSMA（载波监听多路访问）技术在无线网络中有广泛应用需求，但是在不确定信道下的工作较为缺乏。本项目将无线信道不确定性（主要是信道质量时变性和信道速率可调节性）引入到无线CSMA优化理论与算法研究中，使之更接近真实无线环境。具体有三方面研究内容：不确定信道下无线网络优化理论、可调节信道速率下载波监听优化问题、不确定性信道下自适应CSMA（近似）优化算法。本研究考虑了无线信道的不确定特性，将建立更为真实的无线网络优化模型，为改进载波监听技术提供理论依据，将进一步丰富无线CSMA优化理论和算法，使端到端用户高效、公平地访问无线信道资源，具有较强理论意义和实际意义。

由于无线信道随时空而变化，无线网络建模较之有线网络更加复杂。本项目研究内容主要包含两个部分：I 不确定信道的行为和性能研究；II 无线CSMA网络的优化。在第I部分，我们重点研究了多径衰落时变信道的载波监听准确性以及证明了在此情况下干扰半径和载波监听半径的scaling laws（考虑了802.11a/b/g/n多种比特速率），这些研究具有原创性的理论意义，为统一描述多径衰落信道与静态信道提出了一个有意义的理论参照面。在第II部分，我们将马尔科夫近似优化算法优化方法扩展到多速率网络容量最大化问题求解中；应用随机网络微积分分析了队列延迟，并比较了两种网络微积分的理论（Cruz的和Yaron的）；改进了数据命名移动自组织网络中的路由和缓存算法；研究了流媒体的用户浏览行为模型，并从ISP监控流量的角度提出了流媒体卡顿检测算法。这些研究极大扩充了无线CSMA网络容量的传统概念，指出无线网络容量的利用率受到延迟的影响、受到节点缓存的影响、以及受到用户预览提前退出观看视频的影响。其中，基于到达流量来监控流媒体卡顿程度，在手机视频用户不断增长的今天，有助于ISP及时对无线访问网络进行升级换代，具有实际意义。本项目在结题时取得了一系列实质性成果和发表的论文，这些成果中既有新的理论模型，又有实际的算法和系统。我们将在未来工作中沿着这个方向进一步深入拓展。.