高性能信道复用多包接收无线自组网

One of the most important issues for wireless ad hoc networks is how to efficiently use the limited communication band width. The communication band width in wireless networks is related to the number of spectrums allocated to the wireless channel; hence they are very limited resources. Spectrum reuse is known as the key technique to fully utilize the limited band width and to increase the throughput of wireless communication. How to improve the ratio of spectrum reuse without significant changes on current PHY layer is one of the most important topics for next generation wireless ad hoc networks. In this project, we will study a new channel reuse technique based on baud level interference cancellation, in order to enable multiple packet reception in wireless ad hoc networks. We will prove through models and analyses that technique is practical and quantify the improvement on the band width and network capacity. We will also design mechanisms and protocols on MAC layer to optimize the network capacity with multi-packet reception, in order to improve the performance of transmission in wireless ad hoc networks. We target to increase the network capacity with one order of magnitude with our channel reuse technique.

无线自组网所面对的主要问题是对有限通信带宽的利用。无线传输中的通信带宽由无线电信道所划分的频谱量决定，是十分有限的稀缺资源。频谱复用是充分利用有限带宽、提高无线传输吞吐量的关键技术。如何在尽量少的改动现有物理层的情况下，提高频谱复用率成为下一代无线自组织网的重要课题。本课题将研究一种新的信道复用技术，基于波特级别的干扰消除达到无线自组织网络的多包接收，实现频谱复用。通过理论建模和分析来证明这新技术在理论上的可行性，并分析和量化其对网络带宽和容量的改进效果。另外在媒体接入层入手，设计针对多包接收的机制与协议来优化实际网络容量，从而使无线自组 织网络的传输性能得到切实的提高，目标是通过信道复用多包接收技术提高现有网络容量一个数量级以上。

无线自组织网络作为一种极具竞争力的通信技术倍受学术界和工业界的青睐，被广泛应用在无线传感器网络、信息物理系统、智能家居中。无线自组织网络普遍存在多个子节点同时向一个父节点发送数据的情况，导致通信干扰与冲突发生，数据丢失严重。一方面、信道复用是充分利用有限带宽、提高无线传输吞吐量的关键技术。现有的信道复用技术包括时分复用、频分复用和码分复用，每一种复用技术都通过一种新的维度进一步提高吞吐量。另一方面、现有的无线自组织网络已经有了通用的传输协议，如果彻底更新硬件设备和上层协议，将对现在的产品都不兼容。因此在尽量少的改动现有物理层的情况下，提高信道复用率对无线自组织网的发展和推广有非常重要的应用价值。.本项目旨在研究一种新的信道复用技术，基于波特级别的干扰消除达到无线自组织网络的多包接收，实现频谱复用。通过理论建模和分析来证明这新技在理论上的可行性，并分析和量化其对网络带宽和容量的改进效果。同时从物理层，对各模块做尽量少的改动，从而在多包接收实现的同时最大化的兼容现有产品的物理层。另外在媒体接入层入手，设计针对多包接收的机制与协议来优化实际网络容量，从而使无线自组织网络的传输性能得到切实的提高，并体现在实际的应用中。.项目组通过4年努力，搭建了基于USRP的多包接收原型系统一套，在国际学术刊物和会议上发表论文19篇，其中CCF A类期刊和会议论文1篇，B类8篇，C类6篇；专利申请2项；毕业博士生3名，毕业硕士生6名。