无线网络功率最小化的分布式中继选择方法

中继协作已视作提高边沿用户能量有效性和服务质量的新型技术.因此,针对存在瑞利衰落的解码转发中继网络如何选择中继节点以最小化系统总功率的问题,提出了使用分布式拍卖算法选择合适的中继节点以最小化系统总传输功率.该算法首先通过信道传输功率的闭合表达式得到用户节点和中继节点的最小传输功率,然后根据分布式拍卖算法为用户节点分配合适的中继节点.仿真结果显示用户节点仅需要通过和中继节点交换少量信息就可以选择合适的中继节点.     

基于Ad hoc网络的最佳中继选择方案研究

针对多个源节点和目的节点的Ad hoc网络,提出了基于有限反馈的分布式最佳中继选择方案。该方案通过有限反馈,选出信道条件最好的作为中继节点。解决最佳中继冲突问题时,提出用最大化传输链路功率算法解决中低SNR时的功率分裂问题,使有限的总功率能够获得最大的成功传输数目。仿真结果表明,该方案具有更好的中断率性能,有效降低了中继选择时的信息交互开销,提高了系统的性能。     

5G微蜂窝网络中面向传输能效的分布式中继选择优化

提出了一种5G微蜂窝中面向业务传输能效的分布式中继选择优化方法。在满足用户自身传输需求的条件下以最小化传输能量消耗为目标,综合分析了用户业务传输需求、所处无线环境、中继服务节点的位置以及其他用户的决策情况,建立了业务传输知觉的中继选择分布式优化模型。构建了微蜂窝网络能效优化中继选择博弈模型,并证明了该博弈为精确势能博弈。本文设计了能效优化中继选择分布式优化决策算法,证明了算法的收敛性。仿真结果验证了所提博弈模型和学习算法的理论分析结论,表明了所提算法能以分布式决策的方式有效优化微蜂窝网络的中继选择结果,在满足用户传输需求的同时,减小了网络业务传输的能量消耗。     

一种正交混合空时网络编码的中继通信算法

针对无线通信网络中频谱利用效率较低以及网络吞吐量不足等问题,提出一种正交混合空时网络编码的中继通信算法(QHNR)。该算法通过系统模型分析了在传输周期中的MAC阶段和BC阶段中的中继通信方式以及节点发送数据的出错率,采用分级增益的方法来提高信道利用效率,提升系统性能,并通过中继概率来选择较好的中继节点。通过网络吞吐量和网络功率分配情况来分析QHNR算法的性能。实验仿真结果表明,QHNR算法在提高网络吞吐量,提升信道利用效率上,相比采用TWR通信方案和MWR通信方案具有更好的效果。     

基于误码率的快速中继选择算法

针对协作网络中的中继选择算法的最优性与运算效率的矛盾问题,在放大转发(AF)协作网络中,提出一种基于误码率的快速中继选择算法。该算法先在等功率条件下,根据信道统计特性及系统误码率,引入一个等效信道增益参数,该参数反映了在协作通信过程中,源节点到中继节点以及中继节点到目的节点两个阶段的信道特性。然后将该参数降序排列,以当前信噪比(SNR)为门限,在等功率条件下选择中继节点集合,使系统的误码率最小。并结合次优功率分配,进一步降低系统的误码率。仿真结果表明,该算法能够取得和穷举算法相似的性能,但计算复杂度至少降低到穷举算法的1/20,且随着中继节点数的增加计算复杂度更进一步降低。同时,仿真结果还表明该中继选择算法的误码率性能优于所有中继节点参与转发（AP-AF）及预先选择一个最优中继节点转发数据（S-AF）算法。     

基于拍卖理论的中继协作网络功率分配研究

针对放大转发无线协作中继网络,文中提出了一种改进的基于拍卖理论的分布式功率分配算法。该算法中用户以最大化自身的效用为目标,通过向中继节点发送投标量的方式购买中继功率,中继节点根据价格更新策略指定合理的中继价格,并根据用户的投标量进行功率分配。改进算法重新定义了用户节点的效用函数,降低了算法的复杂度。文中分析了单中继无线协作网络中继功率的分配过程以及用户的最佳投标量。仿真结果表明,该改进算法收敛速度快,中继节点覆盖范围大,有效提高了网络的传输速率。     

一种结合拍卖的D2D协作通信中继选择算法

D2D协作通信技术可以满足提高蜂窝通信系统容量、扩大网络覆盖范围的通信需求。针对一些边缘用户受到信道衰落影响较大,从而影响用户的服务质量问题,提出了一种将拍卖原则引入D2D协作通信的中继选择算法。该算法首先在满足D2D通信要求和信噪比限制条件下得到中继备选集合;然后以优化链路吞吐量为目标选择最优中继节点;最后当两个或多个用户同时选中一个最优中继节点时,采用拍卖原则为D2D发射端分配最终中继。仿真结果表明,所提算法不仅有效地提高了吞吐量,同时保证了系统的中断概率。     

基于能效的异构无线网络联合切换调度和资源分配算法

在宏蜂窝和微蜂窝并存的异构无线网络中,为了提高系统能效,提出了一种联合切换调度和资源分配(JSRA)算法。首先,利用基于微基站睡眠的集中式切换调度算法(CUSA)来确定用户的关联基站,CUSA将微基站用户全部切换到宏基站是否能减少功耗作为判断微基站睡眠的准则;然后,基站采用基于最优信道质量的子载波分配调整(BCSA)算法为用户分配子载波和传输功率,BCSA算法通过调整最大能效用户和最小能效用户之间的子载波分配,保证网络能效逼近最优解。理论分析和实验仿真表明,同单独考虑用户切换或资源分配的三种算法相比,JSRA算法复杂度偏高,但是在用户数为120时网络功耗最多降低44.4%,用户总速率只比一种对比算法略有下降,最多提升80%,网络能效最多提升200%。实验结果表明,JSRA算法能够有效提高异构无线网络的网络能效。     

蜂窝网络中基于双层博弈的吞吐量最大化研究

如何提升系统的吞吐量是蜂窝网络中研究的热点。利用设备到设备通信(D2D)技术为蜂窝边缘用户设备提供中继支持，进而提升系统的吞吐量。描述一种中继节点选择和频谱分配的联合问题，帮助蜂窝边缘用户设备寻找合适的中继节点，并为D2D链路分配频谱，在满足D2D和传统蜂窝用户设备干扰约束的条件下使系统吞吐量最大化。为此，提出一种基于双层博弈模型的分布式算法，对上述问题进行求解。该博弈模型分为内层和外层；内层通过Stackelberg博弈理论为蜂窝边缘用户设备选择中继节点，并将其作为主节点，蜂窝边缘用户设备作为从节点；外层采用联合博弈理论为蜂窝边缘用户设备及其中继节点间的链路分配合适的频谱。仿真结果表明本文算法在能耗、吞吐量等方面的性能要优于其他典型算法。     

Two way中继系统中的双向中继选择及功率分配策略*

通过中继选择和功率分配,可以达到提高two-way中继系统总速率的目的。综合考虑中继节点处的接收信噪比和中继节点到目的节点间的信道增益,提出了two-way AF中继系统中的双向中继选择策略(BRS);同时,在总功率受限的条件下,建立了two-way AF中继系统中的优化功率分配模型,通过对模型进行数学分析求解,提出了一种自适应的最优功率分配策略(OPA)。仿真结果证明两种策略均能提高系统总速率。     

非对称双向多中继系统机会式网络编码中断概率分析

首先建立了非对称双向多中继系统数学模型,采用机会中继策略,推导出了该模型在译码转发方式下采用网络编码时的中断概率表达式, Monte Carlo仿真和理论值非常吻合,充分验证了该表达式的正确性。其次分析了不同中继节点位置,不同中继节点个数和不同功率分配因子等情况下的系统中断性能,揭示了功率分配因子与中继节点个数和位置以及系统总功率的内在关系。仿真结果表明,在非对称双向多中继系统中同时采用网络编码和机会中继时,功率分配因子取值为0.6时可获得最佳的系统中断性能,并指出在研究中断概率问题时,中继节点位置是一个不可忽略的因素。     

协作通信中基于AHP的灵活节能中继选择算法

目前无线协作通信系统中存在系统能量消耗大、网络生命周期短等问题,良好的中继选择方案是减小能耗的有效途径。因此,提出基于AHP的灵活节能中继选择算法。在信息传输阶段,由控制单元根据协作概率判断节点是否激活自身侦听广播信息包,为减小能耗对协作概率进行优化,并根据系统中断概率获得预计信息量的表达式。采用层次分析法综合考虑节点剩余能量比、链路信噪比、中断概率,从激活状态下的节点中灵活选择优化中继节点进行协作传输。仿真结果表明,该方案在预计即时信息量、中断概率、能耗均衡方面具有一定优势,能够有效减少协作通信网络中的能量消耗,提升网络整体性能。     

中继选择协议下的认知无线电系统性能研究

在保证授权用户服务质量(QoS)和认知用户峰值功率限制的前提下,推导出高信噪比时放大转发中继选择(SAF)协议、解码转发中继选择(SDF)协议和混合中继选择协议(HPRS)下认知中继系统中断概率的近似表达式。Monte Carlo仿真验证了三种协议下中断概率近似表达式的合理性,理论和仿真结果表明,三种协议的中断概率与干扰限制条件和认知用户峰值功率密切相关,且HPRS中断性能要优于SAF和SDF。     

Two-path中继系统中基于最小化中断概率的功率分配方法

为了降低two-path中继系统的通信中断概率,针对DF协议中继,推导了two-path中继系统在存在中继间干扰情况下的中断概率闭式解,并在总功率受限的情况下,提出了一种最小化中断概率的最优功率分配算法。仿真验证结果表明该算法能够有效地降低系统的中断概率,提高系统的性能。     

基于Stackelberg博弈的双层水下传感器网络功率分配算法

针对水下传感器协作通信网络中能量消耗严重的问题,为了平衡节点间的能量消耗,同时提高系统的信道容量,提出了基于节点剩余能量的分布式博弈功率分配算法。将用户节点和中继节点间的交易模型构建为双层的Stackelberg博弈,使剩余能量少的节点提供较少的功率进行转发服务,反之则提供较多的功率进行服务,从而平衡节点间的能量消耗。与未考虑剩余能量的算法相比,在有2、3和4个中继节点时,信道容量分别提升了9.4%、23.1%和16.7%。仿真结果表明,该算法不仅提高了系统总的信道容量,而且延长了水下传感器协作通信网络的生存时间。     

基于非规则LDPC码的协作MIMO系统性能分析

该文提出了一种基于非规则LDPC码设计的用户协作分集方案,并且给出了准静态的瑞利衰落信道下单用户单中继环境下的三种中继协议的性能比较和中断概率理论推导,比较分析了采用编码协作策略的双用户多中继环境下的系统的误比特性能和中断概率的仿真图。结果表明通过将非规则LDPC码引入到协作MIMO中,系统误比特率大大降低,同时中断概率也明显降低,性能得到显著改善。     

Joint relay selection and power control for robust cooperative multicast in mmWave WPANs

We propose an optimization algorithm for joint relay selection and source and relay power allocation under mixed line-of-sight (LoS) and non-LoS path scenarios for both power saving and robustness enhancement of cooperative multicast in millimeter-wave wireless personal area networks. Our aims are to reduce power consumption and enhance the robustness of cooperative multicasts in millimeter-wave wireless personal area networks. First, we describe a novel beam training protocol that is capable of overhearing and information feedback to filter relay candidates with non-LoS links and avoid selecting relays for transceivers with LoS paths. Second, the joint relay selection and power allocation issue is formulated as an optimization problem with the objective of minimizing the maximum combined power consumption of the source and relay under maximum tolerable outage probabilities and transmit powers. By introducing relaxation and Lagrange multiplier methods, a closed-form expression for the joint relay selection and power allocation is obtained. Finally, simulation results indicate significant improvements in terms of both outage probability and power consumption over the conventional combined transmit power minimization algorithm.     

基于Stackelberg博弈的协作网络功率分配策略

针对协作网络中的功率分配问题,提出基于Stackelberg博弈的分配策略。首先建立博弈模型,源节点根据中继节点分配的功率给出价格;中继节点根据自身资源情况、信道状态、位置信息以及源节点提出的价格,进行协作传输功率的分配,从而构建用户效用函数;接着证明了该效用函数满足凹函数的条件,且存在均衡点,因此参与决策的用户可以通过求解协作功率和价格的Stackelberg均衡解(SE)最大化自己的效用;最后,通过仿真实验验证了均衡点的存在,并对源节点位置不同情况下节点的价格、功率和效用进行了分析,实验中离中继更近的源节点的协作功率和效用分别是距离较远用户的1.29倍和1.37倍。理论分析与实验结果证明了策略的有效性,而且该策略能适用于协作网络及其他分布式网络。