MIMO多跳无线网络信道分配算法与跨层优化机制

重点研究多跳无线网络MIMO信道分配算法和层间优化机制以提升其实际应用效率和整体性能。拟采用空时信号处理技术与跨层设计方法，针对高层的路由与分组调度和底层的信道分配算法脱节的问题展开研究，设计其整体优化架构；分析MIMO物理层技术对信道分配的影响，建立MIMO多信道/多接口调度模型；结合业务流QoS和物理层可用信息，紧密联合网络层和MAC层提出分布式动态MIMO信道分配算法和跨层调度策略；优化网络层路由算法，建立层间优化模型。基于以上研究，从实用化的角度，提出自适应调整的MIMO信道动态优化算法及跨层协议架构，并通过仿真和实际测试平台对其进行评估与改进以得到最优化实用方案。.通过本项目的研究，可望在理论上揭示多天线多信道环境优化的信道分配算法对上层协议的性能影响机理，阐明高层与底层的交互关系，在此基础上建立精确的仿真分析模型，在应用上能根据具体需求快速建立整体性能优化的网络拓扑。

本项目的研究完全按项目申报书暨计划书设定的研究内容和研究计划进行，取得了预期的成果。包括：(1)在本项目研究中，课题组分析了多跳无线网络中MIMO技术对网络体系架构及各层次协议的影响，归纳和总结了基于MIMO的多跳无线网络所面临的关键问题；(2)针对混合业务流研究应用背景，研究MIMO组播技术和MIMO多信道动态配算法，通过建立MIMO无线MESH网络中多组播流环境下组播路由吞吐量最优化的线性规划，和最小化拥塞强度的网络带宽分配问题的线性规划，以及对组播路由优化子问题的研究和分析，提出了相应的优化模型，设计了一种增强型MIMO无线MESH网络组播路由协议MAODV-MR；(3)通过对新型MIMO媒质接入策略的分析，研究和设计了多信道多接口同步媒质接入方法，设计了一种适用于Ad Hoc网络的多信道多接口同步媒质接入（MCMI-SMAC）策略，从而充分利用接口和信道资源，增强网络性能；(4)通过对MIMO隐藏终端问题的分析，考虑业务流QoS特性，以视频流图像为业务对象，提出了一种基于统计链路负载的混合信道分配算法SLL-HCA，并将其与AODV路由算法结合加以实现；进一步研究，考虑了协议栈中的三层：应用层、数据链路层以及物理层，提出了一种由高效的信道分配策略和自适应前向纠错机制组成的自适应跨层算法，以实现实时视频流在MIMO网络中的可靠传输；(5)针对特殊环境的MIMO网络容量界限进行基础理建模与研究，首次针对无线MIMO移动通信环境、节点配备定向天线以及MPR(Multiple Packet Reception)多包接收技术，构建了MIMO网络数学模型进行容量分析，推导了出相应的容量上下界；（5）针对虚拟MIMO的多中继协作通信和资源优化问题，我们以多中继多用户OFDM通信系统为网络背景，针对实时流量和非实时流量并存的网络场景，研究能提供实时流量QoS保证的射频资源分配策略；针对OFDM双路径中继系统，提出了高效的资源分配策略；（6）建立MIMO仿真实验平台和硬件试验平台，并从实际应用的角度，展开多跳无线网络在诸如矿井和智能控制上的应用研究。本项目的研究工作和取得的主要成果均反映在已公开发表或录用的论文。