多跳无线网络中可用带宽的估计方法研究

获取多跳无线网络中的可用带宽信息有着重要意义，同时也是很有挑战性的工作。本项目拟对多跳无线网络中单跳链路、多跳路径和多节点协同（协同MIMO）三大问题中可用带宽的准确估计及其相关问题进行深入研究，以期能改善目前无线网络中可用带宽的获取方法，提高其准确度和实用性，并进一步提供具有通用性的可用带宽分析模型和估计算法。为此，本项目将首先建立更符合实际的多跳无线网络分析模型，然后提出能提高单跳链路可用带宽估计准确度的方法，并设计多跳路径上端到端可用带宽通用性的估计和预测算法，最终定量地分析协同MIMO在提高多跳无线网络端到端带宽容量上的作用。这些问题的解决将积极推动多跳无线网络研究领域前沿技术的发展及其实用化，并将使得目前研究的无线网络热点问题，如Ad hoc网络和Mesh网络等可以自然融入未来智能认知的通信环境。

获取多跳无线网络中的可用带宽信息对于支持网络中业务的QoS支持有着重要意义，同时也是很有挑战性的工作。本项目重点对多跳无线网络中单跳链路、多跳路径和多节点协同（协同MIMO）三大问题中可用带宽的准确估计及其相关问题进行深入研究，建立了更符合实际的分析模型，提出了能提高单跳链路可用带宽估计准确度的方法，设计了较通用的多跳路径上端到端可用带宽估计算法和预测算法，并定量地回答了典型协同MIMO系统在提高带宽容量上的作用，从而提供了具有较强通用性的多跳无线网络可用带宽分析模型和估计算法。更进一步，本项目将可用带宽估计技术引入到多信道动态接入的认知无线网络中，将其作为网络信息认知的关键技术，取得了良好的效果。具体而言，本项目的主要研究成果包括：（1）通过准确分析链路两端节点空闲信道间的同步概率，提高了单跳链路可用带宽估计的准确度；（2）采用卡尔曼滤波器结合变化检测器的方法，解决了可用带宽估计中估计周期难以选择的问题；（3）利用“流内竞争”问题来综合多跳路径中各种实际影响因素，提出了一种基于最优化分析方法的多跳路径端到端可用带宽估计方法，其中首次加入了对隐藏节点引起的碰撞概率的定量分析和对多速率情况的考虑；（4）以IEEE 802.11协议为参考，建立了一个完整、实用的网络分析模型，该模型从物理层和MAC层上考虑了多跳无线网络中可能遇到的真实情况，包括节点周围的干扰、隐藏节点问题、捕获效应、真实的信道环境、非饱和节点以及多速率发送等，使得基于该模型的分析结果更准确；（5）将多跳无线网络中业务的带宽需求映射到了其分析模型的参数中去，首次提出了一种多跳无线网络中可用带宽的预测算法；（6）完整考虑了典型单跳协同MIMO的整个过程，首次定量分析了其带宽容量，并进一步推导出了多跳协同MIMO最优的资源分配方案，定量地回答了多跳协同MIMO所能达到的端到端带宽容量。（7）可用带宽估计技术引入到多信道动态接入的认知无线网络构建中，通过可用带宽信息对网络物理层频谱资源和MAC 层信道资源进行综合，提供了一种简单直接的网络资源认知方法。在项目资助下发表论文31篇，其中SCI收录8篇(影响因子2.0以上论文3篇)，EI收录14篇；获军队科技进步二等奖1项，授权国家发明专利3项，在申请1项；与国外学者撰写英文专著1部，正在独立撰写中文专著1部；培养博士生3名，硕士生2名。