多速率WLAN中的比例公平性与负载均衡的研究

In 802.11 multi-rate wireless local area network( WLAN), the problem of access points(APs) association, system fairness and load balancing is always the bottleneck in performance optimization of network and rational allocation of resource such as system spectrum and power. The solution to this problem is important , and directly affect the improment of association and dynamic resource management in multi-rate WLAN network. This research focuses on the association and load balancing of algorithms and protocol in the network, including;1) Study how the system fairness and load balancing are affected by APs connectivity 2) Propose proportional fairness and load balancing algorithms by analysing the design of APs association.; 3)Study the power control of nodes to control the APs association; 4)Investigate the relationship between proportion fainess and time-based fairness to design the protocol based on 802.11DCF. As far as we know, the study on key technology problems in mutli-rate WLAN mentioned above is still in its infancy. Therefore this research posesses improtant theoretical and pratical meaning.

针对802.11多速率无线局域网来说，接入节点AP的关联性与网络内系统的公平性与负载均衡问题一直是困扰提升系统频谱、功率等资源合理的分配与网络性能优化的瓶颈，其解决方案的性能对于提升多速率WLAN网络的接入性能，以及网络资源动态管理具有直接且重要的作用。本课题针对该网络主要研究多种算法与协议的公平性和负载均衡问题，包括：1.研究AP的关联性如何影响系统公平性和负载均衡；2.通过分析AP的关联性设计能够提供比例公平和比例负载均衡的算法；3.如何通过调节节点功率从而控制AP关联性问题；4.研究比例公平与基于时间的公平性之间的关系，从而设计基于802.11 DCF的协议。鉴于目前针对多速率WLAN网络中，上述关键技术问题的研究尚为初级阶段，因此本课题的研究无疑具有重要的理论和实际意义。

课题组主要围绕网络公平性与负载均衡，探讨了吞吐量、系统功耗、信息共享与路由优化、安全与隐私等工作。具体来说包含以下工作：.1、探讨了网络吞吐量与系统功耗之间的博弈。主用户利用其他用户作为中继节点转发数据包提高吞吐量。但由于合作用户的能量受限，会出现即使这些用户的信道条件很好也难以协助主用户进行数据包转发的情形。课题组利用无线电信号既可以携带信息又可以携带能量的本质，采用具有能量获取能力的其他用户从来自主用户的信号中获得能量并帮助其转发数据包，实现信息和能量的同步传输。.2、比例公平的分簇算法与退避算法设计。针对具有节点移动性强、拓扑结构变化迅速的网络，传统的移动自组织网络中的分簇算法将不再适用于未来需求，课题组研究并分析了该网络的特点和现有的分簇机制，并针对簇稳定性、节点通信开销、节点负载均衡和网络安全等性能，设计相应的分簇方案。.3、面向负载均衡的信息共享与路由优化。课题组探讨如何优化信标传输机制以快速响应网络节点密度大幅度变化，如何提高信标消息传输能量有效性，以及如何改善已有优化方法的滞后性等问题。.4、网络邻近节点的隐私保护研究。课题组针对临近检测服务中可能出现的用户和好友的位置泄露问题进行研究，设计相应的安全机制。.5、基于干扰的分布式信号安全传输设计。课题组结合使用了MIMO技术和协作干扰技术，通过合理的优化网络中各类节点的发射功率、波束成型向量等参数，达到了提高安全性能的目的。