基于信道探测和多控制器切换的 Ad Hoc 网络功率控制

论文摘要

Ad Hoc网络无需固定基础设施的支持,具有组网方便快捷、可靠性高、灵活性强等优点。Ad Hoc网络作为移动通信新崛起的一个重要分支,从最初的军事应用逐渐渗透到民用领域,在最近十几年得到了快速发展。由于网络中的节点一般是由有限能量的电池供电的,Ad Hoc网络面临生存时间、吞吐量、网络容量以及时延等方面的挑战,因此功率控制成为Ad Hoc网络研究中的一个重要方向。本文从控制理论的角度出发,分析了Ad Hoc网络中的功率控制问题,利用控制理论的方法来解决MAC层发射功率的动态调节问题。本文围绕Ad Hoc网络的实际应用,首先介绍了Ad Hoc网络的发展历史、体系结构及未来的应用前景,然后分别从通信技术和控制理论角度介绍了解决功率控制问题的思路及其优缺点。接下来总结了Ad Hoc网络功率控制性能的评价指标,并用这些指标对几个功率控制方法的性能进行了评价。随后介绍了基于发射探测信号的信道探测方法,该方法可以通过发射功率信号对信道状况做出及时、准确的探测。基于多控制器自适应切换方法在功率控制中的应用,提出了将信道探测与多控制器自适应切换功率控制相结合的方法：多控制器切换方法利用信道探测对时变的网络环境准确感知,可以使发射功率更快收敛到最优值,同时改善了网络其它方面的性能。为了防止控制器切换时刻控制器输出的扰动对系统稳定性造成影响,加入基于快慢分解的无扰切换方法,消除了切换时刻的控制器输出不连续和尖峰现象,改善了控制器在切换时刻不利的瞬态响应。最后,为了验证该方法在真实网络中的性能,采用接近网络实际环境的仿真软件NS2进行了仿真研究。仿真结果表明,多控制器切换功率控制方法加入信道探测后,发射功率收敛速度加快,从而使网络的整体性能得到了增强。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 Ad Hoc网络概述与功率控制方法研究现状
• 1.1 Ad Hoc网络概述
• 1.1.1 Ad Hoc网络发展历史
• 1.1.2 Ad Hoc网络特点
• 1.1.3 Ad Hoc网络应用
• 1.2 Ad Hoc网络功率控制算法的研究现状
• 1.2.1 基于通信的功率控制算法
• 1.2.2 基于控制理论的功率控制算法
• 1.3 本文的主要内容
• 2 Ad Hoc网络功率控制性能评价指标及信道探测方法基本原理
• 2.1 Ad Hoc网络功率控制性能指标概述
• 2.2 Ad Hoc网络的功率控制的性能指标
• 2.2.1 信干噪比
• 2.2.2 传输功率/能量消耗
• 2.2.3 吞吐量/网络容量
• 2.2.4 收敛速度
• 2.2.5 端到端延时
• 2.2.6 延时抖动率
• 2.2.7 丢包率
• 2.2.8 中断概率
• 2.3 信道探测方法介绍
• 2.3.1 信道探测方法概述
• 2.3.2 信道探测具体过程
• 2.3.3 信道探测的Matlab原理性仿真验证
• 2.4 本章小结
• 3 基于信道探测的多控制器切换功率控制
• 3.1 多控制器切换方法介绍
• 3.1.1 多模型自适应切换
• 3.1.2 多控制器自适应切换
• 3.2 去伪控制理论介绍
• 3.3 控制器的无扰切换
• 3.3.1 无扰切换方法回顾
• 3.3.2 基于快慢分解无扰切换方法在去伪控制中的实现
• 3.4 基于信道探测和去伪控制的Ad Hoc网络功率控制
• 3.5 算法的Matlab原理仿真
• 3.5.1 控制器无扰切换的仿真
• 3.5.2 多控制器切换的功率控制原理仿真
• 3.6 本章小结
• 4 基于模拟网络环境的NS2仿真分析
• 4.1 NS2仿真工具介绍
• 4.2 NS2仿真工具的不足与改进
• 4.2.1 NS2仿真工具存在的不足
• 4.2.2 针对NS2进行的修改
• 4.3 NS2仿真与分析
• 4.3.1 能量消耗
• 4.3.2 吞吐量
• 4.3.3 收敛速度
• 4.3.4 端到端延时
• 4.3.5 延时抖动
• 4.3.6 丢包率
• 4.3.7 中断概率
• 4.3.8 仿真结果总体分析
• 5 研究工作总结
• 参考文献
• 图索引
• 作者简历
• 学位论文数据集