Cooperative Communication and Improved Resource Allocation in 60-GHz Networks

• 作 者: Waheed ur Rehman(瑞曼)
• 机 构: 北京邮电大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2018年期
• 关键词: 数据通信 信号传输 集中式中继选择算法 分布式中继选择算法

由于数据流量的指数式增长，可实现Gbp速率的60 GHz网络已备受关注。然而60 GHz网络严重的传播以及穿透损耗成为其实现理想传输速率的主要限制因素。此外，信号遮挡也是限制其实现系统高性能的因素。因此，针对上述限制因素，如何在动态环境中满足用户对数据的需求是面临的主要挑战。为了满足60 GHz网络对带宽的巨大需求，本文采用了协作通信以及增强的资源分配方法。为了提升60 GHz网络的系统性能，本文提出了一种并行的调度算法;一种基于距离的集中式中继选择算法;以及一种新的基于接收机的分布式中继选择算法。本文的主要内容和创新总结如下:　　(1).以高速数据为主的网络，其系统容量主要依赖于资源分配方案。针对60 GHz网络中高效的资源分配问题，本文提出了一种基于顶点着色方案的并发传输调度算法。该算法利用时间以及空间分割，可以使得发送机-接收机对横跨更多颜色，保证了良好的时隙效用。本文所提算法可使系统容量提升19％，且相比于竞争算法，每时隙的平均流量可提升12％。　　(2).在60 GHz网络中，信号传输主要依靠视距通信。环境中的障碍物，如家具和移动的行人都会遮挡信号。众所周知，随着传输路径的延长，阻挡信号的概率将会增大。此外，在较长的通信路径上传输将在网络中产生更多的干扰，同时减小并行传输数目。针对上述问题，本文提出了一种基于距离的集中式中继选择算法。该算法利用传输距离以及设备的流量负载进行中继选择，不仅可以减小信号遮挡的概率，且减少同频干扰，从而使得系统性能得到了补偿。相比于多跳并行传输算法以及随机中继选择方案，本文所提算法可使系统容量分别提升21％和46％。　　(3).针对近距离传输中的信号遮挡问题，本文提出了一种基于接收机的分布式中继选择算法，该算法充分利用了60 GHz网络的方向特性，无需全空间搜索，只需在信号遮挡方向的相邻扇区进行搜索，进而提高搜索效率。相比于固定的中继选择算法，本文所提算法可使遍历容量提升26％，中断概率降低40％。　　总之，本文通过协作通信以及高效的资源分配实现了60 GHz网络系统容量的显著提升。针对不同的场景分别提出了集中式和分布式的中继选择算法，仿真结果验证了所提算法的有效性，以期本课题相关研究可以未来动态网络提供一定的理论指导。