基于网络状态测度的多跳无线网络分布式链路调度及优化算法研究

It is widely accepted that link scheduling is the bottleneck in resource allocation in multi-hop wireless networks（MHWNs). Despite a long history , a satisfactory simple, distributed link scheduling protocol has remained allusive for MHWNs under pratical scenarios.In this project, we intend to address this problem carefully. First，we will present a quantifying network state model for descripting network dynamics，and study methods of sharing network state information（NSI）. Secondly，stochastic geometry based link conflict graphics formulation with NSI is then to be studied. Thirdly，infering the natural relation between NSI and independent link sets，we will propose an optimal distributed scheduling algorithm for practical solutions in wireless multihop networks by Glauber dynamic theory. Finally，we combine numerical and simulation analysis to make a verification of the proposed methods. In a word，the project will take theory，scheduling algorithm，and implementation all round to efficiently achieve the NSI and global optimization in MHWN under real scenario. Although we can't consider any nonideal issue of the real network, we believe that many of the insights developed in this project will also apply to more complicated practical scenarios.

链路调度是无线网络资源优化理论研究的重点之一。在面向多跳无线网络（MHWN）链路调度研究中，目前针对实际网络环境非理想条件下的理论研究还相对薄弱，成果远不能满足实际MHWN的需要，从而在很大程度上阻碍了MHWN的发展与完善。基于此，本项目拟研究如下内容：（1）研究描述网络动态性的基础性问题，包括网络状态量化描述模型、网络状态信息共享方法等；（2）运用随机几何理论，结合网络状态测度，研究实际应用相关的链路冲突图动态构建方法；（3）基于Glauber动态过程，并结合网络状态信息、链路调度集关系，研究MHWN最优化链路调度的分布式实现方法;（4）搭建仿真实验平台，评估算法性能。本项目拟从理论、算法到实现三个层面，从提高网络状态信息获取效率和MHWN最优化两个角度，解决在符合工程实践的假定条件下MHWN分布式链路调度最优化问题，其成果将为MHWN链路调度的进一步研究与实际应用提供新思路和理论依据。

本课题组按照项目计划书所设定的目标及工作计划开展研究。总体目标是在考虑实际多跳无线网络环境下，以网络性能为优化目标，设计一套适于多跳无线网络自组织、多跳、服务流多变、干扰动态变化等特性，满足低开销、低复杂度、可分布式实现等要求的链路控制、调度、配置等优化算法，并通过理论分析和网络仿真、试验的手段评价和比较所设计算法的性能。.在量化考核指标完成方面，本课题设定的量化考核指标为：在国内外重要刊物及会议上发表论文4篇以上，形成国内发明专利2项。本课题超额完成了考核指标，共发表论文21篇，其中国际会议论文5篇；发表期刊论文14篇，包括《EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking》1篇、《Journal of Internet Technology》1篇、《Journal of Applied Mathematics》1篇、《Soft Computing》1篇、《中国科学F》2篇、《软件学报》1篇等；受理国内发明专利2项。本课题组的研究成果获得多个学术奖励，包括荣获国际学术会议BWCCA’2014 “最佳论文”以及国内CCICS’ 2014“最佳论文”。.在重要研究成果方面，本课题取得成果如下：.（1）在网络状态测度与网络性能方面，提出了基于活跃性度量的网络状态测度方法；提出了融合网络活跃性与随机几何理论网络性能分析方法。.(2)在干扰估计、链路控制及调度优化方面，提出了基于随机几何理论和网络活跃性测度下的干扰估计方法并给出链路控制自适应方法；提出了基于几何理论的自适应功率控制方法；提出了累加性干扰考虑下的基于Glauber动态性过程的分布式链路调度方法；提出了针对移动多跳无线网络的启发式链路调度算法。.(3)在干扰考虑下的路由优化、传输控制优化方面，提出了基于干扰动态性建模的MHWN多路径路由协议；提出了基于对策论的动态干扰下无线网络传输控制优化方法；提出了基于度分布的多跳无线网络干扰节点配置优化方法。.在本项目资助下，项目负责人获得高级工程师职称，项目组一成员入选2015年江苏省第四期“333高层次人才培养工程”培养对象，一成员获2014年军队科技进步二等奖；1名博士、2名硕士生毕业并取得学位；培养青年科研骨干1名，并开拓出新的研究方向“短距离无线通信数据中心管控”和“MHWN干扰节点部署”。