無(wú)線通信跨層設(shè)計(jì)

前言

　　隨著下一代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展和業(yè)務(wù)需求的爆炸式增長(zhǎng)，有限的無(wú)線資源與多媒體業(yè)務(wù)不斷提高的服務(wù)質(zhì)量（QoS，Quality of Service）要求之間的矛盾日益尖銳，使得既能提高網(wǎng)絡(luò)整體性能又可以支持高速、高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)的資源分配策略成為當(dāng)前無(wú)線通信研究領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。然而基于傳統(tǒng)分層協(xié)議架構(gòu)的資源分配策略是不能解決此矛盾的，于是打破傳統(tǒng)分層思想的跨層設(shè)計(jì)方法應(yīng)運(yùn)而生，是下一代無(wú)線通信系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵的理論創(chuàng)新?？鐚釉O(shè)計(jì)方法將原來(lái)被割裂的網(wǎng)絡(luò)各層作為統(tǒng)一的整體進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、優(yōu)化和控制，同時(shí)充分利用各層之間強(qiáng)烈的相關(guān)性信息，進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的整體優(yōu)化。實(shí)際上，無(wú)線通信跨層設(shè)計(jì)概念自提出以來(lái)，便迅速引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注，并逐漸成為未來(lái)通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)中的重要組成部分?！　∽髡咴谧陨硌芯抗ぷ鞣e累的基礎(chǔ)上精心編寫(xiě)了本書(shū)，以期待為有一定研究基礎(chǔ)的本專(zhuān)業(yè)學(xué)者提供較為系統(tǒng)的理論和技術(shù)參考，并彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)此領(lǐng)域研究資源相對(duì)匱乏的狀況。需要指出的是，由于跨層設(shè)計(jì)是近幾年才提出的研究理論，到目前為止還未形成系統(tǒng)的框架，本書(shū)作者在書(shū)中除了闡述了自己的研究成果和觀點(diǎn)外，還汲取了一些研究界其他學(xué)者的研究成果?！　”緯?shū)共分為7章，根據(jù)無(wú)線通信中跨層設(shè)計(jì)的最新發(fā)展，有重點(diǎn)地介紹了跨層設(shè)計(jì)的基本原理和主流設(shè)計(jì)理論?！　〉?章簡(jiǎn)要介紹了無(wú)線通信跨層設(shè)計(jì)的基本概念。從無(wú)線通信跨層設(shè)計(jì)的背景意義入手，討論了跨層設(shè)計(jì)的基本原理及基本要素，并對(duì)現(xiàn)有的跨層設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了分類(lèi)總結(jié)，最后給出了一些跨層設(shè)計(jì)方法的實(shí)例?！　〉?章重點(diǎn)討論了多用戶(hù)無(wú)線資源管理中基于博弈理論的跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)。

內(nèi)容概要

　　《無(wú)線通信跨層設(shè)計(jì)：從原理到應(yīng)用》針對(duì)無(wú)線通信跨層設(shè)計(jì)這一研究熱點(diǎn)，全面系統(tǒng)地介紹了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中跨層設(shè)計(jì)的原理及應(yīng)用，是一本關(guān)于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)最新理論與技術(shù)的專(zhuān)業(yè)書(shū)?！稛o(wú)線通信跨層設(shè)計(jì)：從原理到應(yīng)用》以全新的視野，全面介紹了無(wú)線通信中主流的跨層設(shè)計(jì)方法，讓讀者在最短的時(shí)間內(nèi)能夠跟蹤并掌握無(wú)線跨層設(shè)計(jì)這一新技術(shù)?！　　稛o(wú)線通信跨層設(shè)計(jì)：從原理到應(yīng)用》可供通信與信息系統(tǒng)、電子與信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等研究人員、相關(guān)專(zhuān)業(yè)教師、研究生以及高年級(jí)本科生參考使用。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論1.1 跨層設(shè)計(jì)的概念 21.2 跨層設(shè)計(jì)原理及基本要素 41.2.1 物理層 41.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 41.2.3 網(wǎng)絡(luò)層 51.2.4 傳輸層 51.2.5 應(yīng)用層 61.3 跨層設(shè)計(jì)的方法分類(lèi) 61.3.1 按消息傳遞方向分類(lèi) 61.3.2 按問(wèn)題求解方法分類(lèi) 71.4 跨層設(shè)計(jì)方法應(yīng)用實(shí)例 71.4.1 基于博弈理論的跨層設(shè)計(jì) 81.4.2 基于有效容量的跨層設(shè)計(jì) 91.4.3 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于反饋優(yōu)化的設(shè)計(jì) 101.4.4 基于鏈路自適應(yīng)的跨層設(shè)計(jì) 101.4.5 基于跨層設(shè)計(jì)的傳輸層擁塞控制機(jī)制 111.4.6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的跨層設(shè)計(jì) 12參考文獻(xiàn) 18第2章 基于博弈理論的多用戶(hù)多媒體無(wú)線資源管理2.1 博弈理論概述 242.1.1 NBS 252.1.2 KSBS 262.2 基于討價(jià)還價(jià)策略的網(wǎng)絡(luò)多媒體資源管理 272.2.1 相關(guān)工作及研究背景 272.2.2 效用函數(shù)定義 282.2.3 凹凸性分析 292.2.4 基于NBS的資源管理策略 292.2.5 基于KSBS的資源管理策略 312.2.6 性能分析 322.2.7 小結(jié) 352.3 標(biāo)量信道中的多媒體資源管理競(jìng)合策略 362.3.1 競(jìng)合理論概述及相關(guān)工作 362.3.2 基于KSBS的競(jìng)合策略 372.3.3 競(jìng)合策略舉例 382.3.4 性能分析 392.3.5 小結(jié) 412.4 矢量信道中的多媒體資源管理競(jìng)爭(zhēng)策略 412.4.1 多載波信道簡(jiǎn)介及相關(guān)工作 422.4.2 問(wèn)題建模 422.4.3 基于用戶(hù)分解的方法——兩用戶(hù)情況 432.4.4 基于用戶(hù)分解的方法——多用戶(hù)的情況 432.4.5 兩用戶(hù)加權(quán)速率和最大化方法 442.4.6 性能分析 452.4.7 小結(jié) 482.5 矢量信道中的多媒體資源管理競(jìng)合策略 482.5.1 基于多載波的認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng) 482.5.2 數(shù)學(xué)模型 492.5.3 競(jìng)合策略的實(shí)現(xiàn) 502.5.4 性能分析 522.5.5 小結(jié) 56參考文獻(xiàn) 56第3章 基于有效容量的跨層優(yōu)化理論3.1 基于有效容量的跨層設(shè)計(jì) 603.1.1 信道模型 603.1.2 有效帶寬理論 623.1.3 有效容量模型 633.1.4 基于有效帶寬與有效容量的跨層設(shè)計(jì) 663.2 基于有效容量理論的功率和速度分配機(jī)制 673.2.1 系統(tǒng)模型 673.2.2 保證QoS的功率和速率分配機(jī)制 683.2.3 基于MQAM機(jī)制且保證QoS的功率和速度控制機(jī)制 723.2.4 信道相關(guān)性影響 763.3 多信道系統(tǒng)中保證QoS的功率和速度分配機(jī)制 823.3.1 系統(tǒng)模型 823.3.2 分集系統(tǒng)的優(yōu)化問(wèn)題 833.3.3 多載波系統(tǒng)的優(yōu)化問(wèn)題 843.3.4 MIMO復(fù)用系統(tǒng)的優(yōu)化問(wèn)題 853.3.5 獨(dú)立優(yōu)化問(wèn)題 863.3.6 復(fù)用系統(tǒng)的最優(yōu)功率控制策略 863.3.7 數(shù)值結(jié)果分析 89參考文獻(xiàn) 92第4章 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)跨層調(diào)度算法研究4.1 概述 954.2 基于IEEE 802.16無(wú)線城域網(wǎng)的跨層調(diào)度算法 964.2.1 無(wú)線城域網(wǎng)概述 964.2.2 系統(tǒng)模型 974.2.3 跨層調(diào)度算法 1004.2.4 小結(jié) 1064.3 基于認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的跨層調(diào)度算法 1064.3.1 認(rèn)知無(wú)線電概述 1064.3.2 系統(tǒng)模型 1074.3.3 基于系統(tǒng)性能聯(lián)合優(yōu)化的調(diào)度算法 1094.3.4 基于最小性能保證的兩步調(diào)度算法 1174.3.5 小結(jié) 122參考文獻(xiàn) 123第5章 基于鏈路自適應(yīng)的跨層設(shè)計(jì)5.1 基于鏈路自適應(yīng)的跨層設(shè)計(jì)概述 1265.1.1 鏈路自適應(yīng)技術(shù) 1265.1.2 鏈路自適應(yīng)技術(shù)在跨層設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 1265.2 基于HARQ的跨層設(shè)計(jì) 1285.2.1 HARQ技術(shù) 1285.2.2 HARQ技術(shù)在跨層設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 1335.2.3 數(shù)據(jù)仿真及分析 1385.3 基于RC-LDPC碼的跨層設(shè)計(jì) 1395.3.1 RC-LDPC碼 1395.3.2 RC-LDPC碼在跨層設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 144參考文獻(xiàn) 146第6章 TCP擁塞控制機(jī)制跨層優(yōu)化的研究6.1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中TCP擁塞控制 1496.1.1 TCP在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的特點(diǎn) 1496.1.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)擁塞控制技術(shù) 1516.1.3 跨層優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于傳輸層的現(xiàn)狀及面臨的問(wèn)題 1556.1.4 跨層模型 1566.2 無(wú)線環(huán)境下保證QoS的TCP擁塞控制機(jī)制 1606.2.1 基本原理 1606.2.2 可用帶寬估計(jì) 1616.2.3 TCP_VR的算法 1636.2.4 仿真結(jié)果 1676.3 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)跨層擁塞控制中的功率效能控制 1716.3.1 高效功率控制算法 1716.3.2 性能分析 1736.3.3 小結(jié) 175參考文獻(xiàn) 175第7章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的跨層設(shè)計(jì)7.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)及跨層設(shè)計(jì)的意義 1807.1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn) 1807.1.2 跨層設(shè)計(jì)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用 1817.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層體系框架 1837.2.1 傳感協(xié)議(SP) 1837.2.2 TinyCubus 1847.2.3 Lu 1857.2.4 Jurdak 1867.3 基于跨層設(shè)計(jì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)信源區(qū)信息采集方案 1877.3.1 系統(tǒng)模型 1887.3.2 融合算法 1887.3.3 傳輸調(diào)度算法 1927.3.4 小結(jié) 1957.4 基于虛擬MIMO技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層設(shè)計(jì) 1957.4.1 虛擬MIMO技術(shù) 1957.4.2 系統(tǒng)框架和協(xié)議設(shè)計(jì) 197參考文獻(xiàn) 204

章節(jié)摘錄

　　1.4.1 基于博弈理論的跨層設(shè)計(jì)　　同傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)一樣，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)跨層設(shè)計(jì)中的首要問(wèn)題也是提高系統(tǒng)的有效性，并兼顧用戶(hù)之間的公平性。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)一般是在資源域進(jìn)行，不考慮資源分配對(duì)用戶(hù)效用的影響。這里，用戶(hù)的效用一般是定義在比資源域更高的協(xié)議層上?？鐚釉O(shè)計(jì)考慮協(xié)議層之間的交互，其中采用效用函數(shù)作為層與層之間交互的橋梁是一種常用的方法。運(yùn)用經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域中的博弈理論結(jié)合效用函數(shù)進(jìn)行跨層設(shè)計(jì)在近年來(lái)得到了越來(lái)越多的研究。將博弈理論運(yùn)用于跨層設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先，博弈理論不像傳統(tǒng)的資源分配，它是直接在效用域進(jìn)行資源管理；其次，博弈理論在系統(tǒng)有效性和用戶(hù)公平性方面均有著廣泛而實(shí)用的理論成果，這些理論可以直接應(yīng)用到無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的跨層設(shè)計(jì)中來(lái)。下面對(duì)博弈理論及其在通信領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹?！　〔┺睦碚撈鹪从谏鐣?huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域，研究社會(huì)資源在不同個(gè)體之間的分配策略，分析不同個(gè)體之間的競(jìng)爭(zhēng)與合作行為。近年來(lái)，隨著交叉學(xué)科的迅速發(fā)展，博弈理論在無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)的多用戶(hù)資源管理中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。從科學(xué)研究的角度來(lái)看，基于博弈理論的動(dòng)態(tài)資源管理和分配策略，即資源博弈，直接決定了如何高效地分配、使用無(wú)線資源。因此，資源博弈已成為無(wú)線資源管理研究中的一個(gè)重要課題，引起了國(guó)際學(xué)者的廣泛關(guān)注。2007年從博弈理論的角度概述了在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行動(dòng)態(tài)頻譜分配的關(guān)鍵問(wèn)題及可能解決方案，并重點(diǎn)研究了網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)行為、分布式頻譜資源管理，以及策略的最優(yōu)性等三方面問(wèn)題。美國(guó)加州理工大學(xué)洛杉磯分校的M.van der Schaar小組已經(jīng)在認(rèn)知資源博弈領(lǐng)域展開(kāi)了全面的研究。該小組分別利用博弈理論中的機(jī)制設(shè)計(jì)理論、競(jìng)價(jià)理論，并結(jié)合排隊(duì)論和統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論，對(duì)動(dòng)態(tài)資源管理問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。美國(guó)加州理工大學(xué)圣巴巴拉分校的鄭海濤教授小組利用博弈理論，提出了一種基于局部博弈策略的分布式頻譜分配算法；進(jìn)而，他們還研究了認(rèn)知無(wú)線電中分布式頻譜分配算法的效率、復(fù)雜度等問(wèn)題嘲，。國(guó)內(nèi)在這方面的研究才剛剛起步，代表性的有浙江大學(xué)張朝陽(yáng)教授小組。該小組利用討價(jià)還價(jià)理論（Bargaining Theory）對(duì)無(wú)線電協(xié)作通信中無(wú)線資源分配問(wèn)題進(jìn)行建模，進(jìn)而分析了協(xié)作通信的條件和實(shí)現(xiàn)方式。需要強(qiáng)調(diào)的是，在上面論述中，我們并沒(méi)有刻意強(qiáng)調(diào)博弈理論與跨層設(shè)計(jì)的結(jié)合，因?yàn)槿缟厦嫠觯┺睦碚摫旧砭鸵笤谛в糜蜻M(jìn)行資源管理，而效用函數(shù)本身就體現(xiàn)著跨層的思想。

編輯推薦

　　科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，否定之否定的發(fā)展規(guī)律和內(nèi)在本質(zhì)　　打破了傳統(tǒng)的分層設(shè)計(jì)思想，回歸整體優(yōu)化的設(shè)計(jì)思路　　在“新一代寬帶無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)課題中，跨層設(shè)計(jì)已作為一種主要方法被提出

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