面向矿井机车的干扰管理移动通信网络高吞吐策略研究

Recently, interference management (IM) has been proposed to improve wireless network performance. Applying IM for wireless networks of underground locomotives will improve underground working environment, and improve the productivity. In this project, we will aim to apply IM to improve the capacity of underground locomotives. We will design the optimal communicated algorithms between the locomotive and the Access Point (AP), and design switching mechanisms for the locomotive among multiple APs. The main contents are as follows..1, Based on the characteristics of the mobility and the schedulability of the locomotives and using successive interference cancellation (SIC) for IM, we will fully consider the multipath interference in the underground tunnels and design a scheduling model and a multi-AP handoff model. .2, Based on the scheduling model which is proposed in the first step and using the nonlinear programming and the heuristic algorithm theory, we will take into account the transmission band and the transmission power for communication elements, and the departure time and the running speed for the locomotive elements, and design frequency dual dimension IM communication algorithms and optimization algorithms for underground locomotive scheduling..3, In order to meet the switch requirements of the locomotives among APs, based on the multi-AP handoff model which is proposed in the first step, we will using the characteristic that the locomotive status can be predicted to design quickly and seamlessly switching mechanism by considering the current and the future status of the running locomotives.

干扰管理作为提高无线网络性能的热门手段，若将其应用于井下环境中，协助矿井机车的运输工作，势必能提高生产效率，改善工作环境。本项目尝试对机车和AP交互的通信算法以及机车在多AP间的切换机制分别设计和优化，建立面向矿井机车的干扰管理移动通信网络高吞吐策略。具体如下。.1，根据机车的移动性、可调度性特点，充分考虑井下巷道的多径干扰，采用串行干扰消除算法作为干扰管理的直接手段，设计基于干扰管理的井下机车通信调度和多AP切换模型；.2，运用非线性规划、启发式算法等理论，基于第一步建立的通信调度模型，同时考虑通信的传输频段、传输功率等要素和机车的运行速度、发车时间等要素，联合设计基于时频双维的干扰管理通信算法和井下机车调度机制；.3，为满足机车在AP间的切换要求，基于第一步建立的切换模型，利用机车运行状态可预测的特点，根据行驶机车的当前和未来状态，设计基于预测的干扰管理多AP快速无缝切换机制。

干扰管理作为提高无线网络性能的热门手段，若将其应用于井下环境中，协助矿井机车的运输工作，势必能提高生产效率，改善工作环境。本项目充分考虑井下移动通信网络的特点和复杂性，基于非线性规划理论，采用启发式算法设计合理的干扰管理高吞吐优化策略，在保证网络数据传输的实时性和可靠性要求的同时，提出合理的井下机车调度机制和多AP切换机制，为未来井下工作环境的改善和安全性的提高提供一定的理论支撑。然后，通过实验、仿真等手段验证所设计策略的有效性，争取能将研究成果早日推向应用。项目的主要研究内容包括三方面。.（一）基于干扰管理的井下移动通信模型；.（二）具有高吞吐特性的干扰管理井下移动网络通信算法；.（三）具有快速无缝切换特征的干扰管理井下多AP切换机制。. 经过三年的研究，项目工作基本完成。项目组共发表相关论文10篇，其中包括4篇SCI论文，1篇CCF推荐的C类会议论文，4篇中文核心期刊论文以及1篇中文期刊论文。经过项目培养，项目组成员里共毕业研究生4人，包括1名博士和3名硕士，另有1名硕士生直接进入硕博连读阶段。项目组成员开展了广泛的国内外学术合作交流，在项目进行过程中，项目申请人以国家公派访问学者身份在美国访学一年，和国外导师以及国外研究人员直接发表相关论文2篇；项目主要参与教师在美国访学半年，发表相关论文1篇；同时，项目申请人和项目组成员参加国际会议3次，国内会议1次，发表相关论文多篇。另外，项目研究期间试制了样机。项目组成员中的相关硕博学生在此基础上参加了全国大学生挑战杯、互联网+等竞赛，获得了不错的成绩。具体获奖包括第十五届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖，“创青春”大学生创业大赛全国银奖，第四届“互联网+”大学生创新创业大赛初创组全国银奖，第三届“互联网+”大学生创新创业大赛创意组全国铜奖、安徽省金奖亚军等。. 项目也还存在进一步的研究空间。干扰管理相关技术是未来5G应用的核心技术。作为理论研究而言，应对其进一步扩展，应用到生产生活中的更多方面，这一点目前项目研究尚未涉及。另外，项目研究偏理论化，虽然试制了样机，但离工程应用还有一定的距离。因此可对项目进一步拓展和研究，以便对以上问题有更深入的处理。