以协作中继为核心的无线网络多资源联合分配问题研究

Signal fading is a major factor in the decline of wireless transmission efficiency and performance which have become the technical bottleneck for wireless network applications. In recent years, a novel technology, cooperative communication, has been proposed to overcome the affect of signal fading. Under this scheme, several single-antenna nodes share the antennas with each other in an agreed way to obtain the spatial diversity and multiplexing gain which are similar as MIMO system. In this way, wireless transmission efficiency can also be enhanced. As cooperative communication requires the relay node participating into cooperative transmission, cooperative relay becomes the core element inside this mechanism. The previous works on relay assignment often can not meet with the features of wireless networks, such as resource constraints. Thus, it is of vital importance to study the joint allocation of cooperative relay node and other resources so as to improve the performance for wireless networks. Our project aims to minimize the power consumption and improve the quality of service by designing the efficient algorithms and mechanisms of joint resource allocation for wireless networks. These algorithms and protocols are able to adapt in a resource-constrained wireless network and satisfy the application requirements of wireless networks. Also, some algorithms and protocols will be verified on the real platform to promote the applications of cooperative communication technology for the next-generation wireless networks.

限制无线网络应用的技术瓶颈是无线传输的效率和性能，而信号衰落是降低无线传输效能的主要因素。近年来，研究者提出了新颖的协作通信技术来克服信号衰落效应，即多个单天线节点通过某种方式来共享彼此的天线，以获得类似于MIMO系统的空间分集与复用增益，提高无线传输效能。由于协作通信要求中继参与传输，因而协作中继是实现该机制的核心要素。国内外已有针对中继分配的研究往往不能满足无线网络资源受限等特性，因此研究协作中继与其他资源的联合分配对提高无线网络性能至关重要。本课题将以无线网络特性为出发点，以降低网络能耗或提高服务质量为优化目标，紧紧围绕协作网络多资源联合分配建模与实现机理这两个科学问题，设计以协作中继为核心的无线网络多资源联合分配算法和机制，使其适用于资源（如能量、带宽等）受限的无线网络环境，满足不同的应用需求，并在相关测试床上进行算法与协议验证，推动协作通信技术在下一代无线网络和移动通信中的应用。

限制无线网络应用的技术瓶颈是无线传输的效率和性能，而信号衰落是降低无线传输效能的主要因素。近年来，研究人员提出了新颖的协作通信技术来克服信号衰落效应，即多个单天线节点通过某种约定的协作方式来共享彼此的天线，以获得类似于MIMO系统的空间分集与复用增益，提高无线传输效能。由于协作通信要求中继参与传输，因而协作中继是实现该机制的核心要素。已有针对中继分配的研究往往不能满足无线网络资源受限等特性，因此研究协作中继与其他资源的联合分配对提高无线网络性能至关重要。本课题将以无线网络特性为出发点，以降低网络能耗或提高服务质量为优化目标，紧紧围绕协作网络多资源联合分配建模与实现机理这两个科学问题，设计以协作中继为核心的无线网络多资源联合分配算法，使其适用于资源（如能量、带宽等）受限的无线网络环境，满足不同的应用需求，并在相关测试床上进行性能验证，推动协作通信技术在下一代无线网络和移动通信中的应用。在本课题中，我们研究了基于伙伴选择（Partner Selection）的协作拓扑控制、基于虚拟MIMO的能量有效数据收集、面向协作数据收集的公平速率分配和延迟优化的协作多径带宽分配等问题。汇总4年的研究成果，已经逐步形成了以协作中继为核心的无线网络多资源联合分配算法簇。经过项目组四年的努力，已在IEEE Trans. on Mobile Computing、IEEE Trans. on Parallel and Distributed Systems、IEEE Trans. on Wireless Communications等国际著名期刊和IWQoS、SECON、ICC等著名国际会议上共发表论文30篇，其中CCF 推荐的期刊和会议论文17篇，申请专利4项，超额完成原定计划。总体而言，经过项目组4年的努力，本项目取得的研究成果能提高无线通信系统的性能，包括提升系统容量、增大数据传输速率、有效对抗衰落、降低网络能耗，以及提高系统的服务质量和可靠性等，推动了协作通信技术在下一代无线网络和移动通信中的应用。