無線通信跨層設(shè)計

前言

　　隨著下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展和業(yè)務(wù)需求的爆炸式增長，有限的無線資源與多媒體業(yè)務(wù)不斷提高的服務(wù)質(zhì)量（QoS，Quality of Service）要求之間的矛盾日益尖銳，使得既能提高網(wǎng)絡(luò)整體性能又可以支持高速、高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)的資源分配策略成為當前無線通信研究領(lǐng)域關(guān)注的重點。然而基于傳統(tǒng)分層協(xié)議架構(gòu)的資源分配策略是不能解決此矛盾的，于是打破傳統(tǒng)分層思想的跨層設(shè)計方法應(yīng)運而生，是下一代無線通信系統(tǒng)中的一項關(guān)鍵的理論創(chuàng)新?？鐚釉O(shè)計方法將原來被割裂的網(wǎng)絡(luò)各層作為統(tǒng)一的整體進行設(shè)計、分析、優(yōu)化和控制，同時充分利用各層之間強烈的相關(guān)性信息，進行無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的整體優(yōu)化。實際上，無線通信跨層設(shè)計概念自提出以來，便迅速引起了學術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注，并逐漸成為未來通信網(wǎng)絡(luò)標準中的重要組成部分?！　∽髡咴谧陨硌芯抗ぷ鞣e累的基礎(chǔ)上精心編寫了本書，以期待為有一定研究基礎(chǔ)的本專業(yè)學者提供較為系統(tǒng)的理論和技術(shù)參考，并彌補國內(nèi)此領(lǐng)域研究資源相對匱乏的狀況。需要指出的是，由于跨層設(shè)計是近幾年才提出的研究理論，到目前為止還未形成系統(tǒng)的框架，本書作者在書中除了闡述了自己的研究成果和觀點外，還汲取了一些研究界其他學者的研究成果。　　本書共分為7章，根據(jù)無線通信中跨層設(shè)計的最新發(fā)展，有重點地介紹了跨層設(shè)計的基本原理和主流設(shè)計理論。　　第1章簡要介紹了無線通信跨層設(shè)計的基本概念。從無線通信跨層設(shè)計的背景意義入手，討論了跨層設(shè)計的基本原理及基本要素，并對現(xiàn)有的跨層設(shè)計方法進行了分類總結(jié)，最后給出了一些跨層設(shè)計方法的實例。　　第2章重點討論了多用戶無線資源管理中基于博弈理論的跨層優(yōu)化設(shè)計。

內(nèi)容概要

　　《無線通信跨層設(shè)計：從原理到應(yīng)用》針對無線通信跨層設(shè)計這一研究熱點，全面系統(tǒng)地介紹了無線網(wǎng)絡(luò)中跨層設(shè)計的原理及應(yīng)用，是一本關(guān)于無線通信網(wǎng)絡(luò)最新理論與技術(shù)的專業(yè)書?！稛o線通信跨層設(shè)計：從原理到應(yīng)用》以全新的視野，全面介紹了無線通信中主流的跨層設(shè)計方法，讓讀者在最短的時間內(nèi)能夠跟蹤并掌握無線跨層設(shè)計這一新技術(shù)?！　　稛o線通信跨層設(shè)計：從原理到應(yīng)用》可供通信與信息系統(tǒng)、電子與信息系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)等研究人員、相關(guān)專業(yè)教師、研究生以及高年級本科生參考使用。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 跨層設(shè)計的概念 21.2 跨層設(shè)計原理及基本要素 41.2.1 物理層 41.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層 41.2.3 網(wǎng)絡(luò)層 51.2.4 傳輸層 51.2.5 應(yīng)用層 61.3 跨層設(shè)計的方法分類 61.3.1 按消息傳遞方向分類 61.3.2 按問題求解方法分類 71.4 跨層設(shè)計方法應(yīng)用實例 71.4.1 基于博弈理論的跨層設(shè)計 81.4.2 基于有效容量的跨層設(shè)計 91.4.3 無線網(wǎng)絡(luò)中基于反饋優(yōu)化的設(shè)計 101.4.4 基于鏈路自適應(yīng)的跨層設(shè)計 101.4.5 基于跨層設(shè)計的傳輸層擁塞控制機制 111.4.6 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的跨層設(shè)計 12參考文獻 18第2章 基于博弈理論的多用戶多媒體無線資源管理2.1 博弈理論概述 242.1.1 NBS 252.1.2 KSBS 262.2 基于討價還價策略的網(wǎng)絡(luò)多媒體資源管理 272.2.1 相關(guān)工作及研究背景 272.2.2 效用函數(shù)定義 282.2.3 凹凸性分析 292.2.4 基于NBS的資源管理策略 292.2.5 基于KSBS的資源管理策略 312.2.6 性能分析 322.2.7 小結(jié) 352.3 標量信道中的多媒體資源管理競合策略 362.3.1 競合理論概述及相關(guān)工作 362.3.2 基于KSBS的競合策略 372.3.3 競合策略舉例 382.3.4 性能分析 392.3.5 小結(jié) 412.4 矢量信道中的多媒體資源管理競爭策略 412.4.1 多載波信道簡介及相關(guān)工作 422.4.2 問題建模 422.4.3 基于用戶分解的方法——兩用戶情況 432.4.4 基于用戶分解的方法——多用戶的情況 432.4.5 兩用戶加權(quán)速率和最大化方法 442.4.6 性能分析 452.4.7 小結(jié) 482.5 矢量信道中的多媒體資源管理競合策略 482.5.1 基于多載波的認知無線電系統(tǒng) 482.5.2 數(shù)學模型 492.5.3 競合策略的實現(xiàn) 502.5.4 性能分析 522.5.5 小結(jié) 56參考文獻 56第3章 基于有效容量的跨層優(yōu)化理論3.1 基于有效容量的跨層設(shè)計 603.1.1 信道模型 603.1.2 有效帶寬理論 623.1.3 有效容量模型 633.1.4 基于有效帶寬與有效容量的跨層設(shè)計 663.2 基于有效容量理論的功率和速度分配機制 673.2.1 系統(tǒng)模型 673.2.2 保證QoS的功率和速率分配機制 683.2.3 基于MQAM機制且保證QoS的功率和速度控制機制 723.2.4 信道相關(guān)性影響 763.3 多信道系統(tǒng)中保證QoS的功率和速度分配機制 823.3.1 系統(tǒng)模型 823.3.2 分集系統(tǒng)的優(yōu)化問題 833.3.3 多載波系統(tǒng)的優(yōu)化問題 843.3.4 MIMO復用系統(tǒng)的優(yōu)化問題 853.3.5 獨立優(yōu)化問題 863.3.6 復用系統(tǒng)的最優(yōu)功率控制策略 863.3.7 數(shù)值結(jié)果分析 89參考文獻 92第4章 無線網(wǎng)絡(luò)跨層調(diào)度算法研究4.1 概述 954.2 基于IEEE 802.16無線城域網(wǎng)的跨層調(diào)度算法 964.2.1 無線城域網(wǎng)概述 964.2.2 系統(tǒng)模型 974.2.3 跨層調(diào)度算法 1004.2.4 小結(jié) 1064.3 基于認知無線電網(wǎng)絡(luò)的跨層調(diào)度算法 1064.3.1 認知無線電概述 1064.3.2 系統(tǒng)模型 1074.3.3 基于系統(tǒng)性能聯(lián)合優(yōu)化的調(diào)度算法 1094.3.4 基于最小性能保證的兩步調(diào)度算法 1174.3.5 小結(jié) 122參考文獻 123第5章 基于鏈路自適應(yīng)的跨層設(shè)計5.1 基于鏈路自適應(yīng)的跨層設(shè)計概述 1265.1.1 鏈路自適應(yīng)技術(shù) 1265.1.2 鏈路自適應(yīng)技術(shù)在跨層設(shè)計中的應(yīng)用 1265.2 基于HARQ的跨層設(shè)計 1285.2.1 HARQ技術(shù) 1285.2.2 HARQ技術(shù)在跨層設(shè)計中的應(yīng)用 1335.2.3 數(shù)據(jù)仿真及分析 1385.3 基于RC-LDPC碼的跨層設(shè)計 1395.3.1 RC-LDPC碼 1395.3.2 RC-LDPC碼在跨層設(shè)計中的應(yīng)用 144參考文獻 146第6章 TCP擁塞控制機制跨層優(yōu)化的研究6.1 無線網(wǎng)絡(luò)中TCP擁塞控制 1496.1.1 TCP在無線網(wǎng)絡(luò)中的特點 1496.1.2 無線網(wǎng)絡(luò)擁塞控制技術(shù) 1516.1.3 跨層優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于傳輸層的現(xiàn)狀及面臨的問題 1556.1.4 跨層模型 1566.2 無線環(huán)境下保證QoS的TCP擁塞控制機制 1606.2.1 基本原理 1606.2.2 可用帶寬估計 1616.2.3 TCP_VR的算法 1636.2.4 仿真結(jié)果 1676.3 無線網(wǎng)絡(luò)跨層擁塞控制中的功率效能控制 1716.3.1 高效功率控制算法 1716.3.2 性能分析 1736.3.3 小結(jié) 175參考文獻 175第7章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的跨層設(shè)計7.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點及跨層設(shè)計的意義 1807.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點 1807.1.2 跨層設(shè)計在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用 1817.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層體系框架 1837.2.1 傳感協(xié)議(SP) 1837.2.2 TinyCubus 1847.2.3 Lu 1857.2.4 Jurdak 1867.3 基于跨層設(shè)計的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信源區(qū)信息采集方案 1877.3.1 系統(tǒng)模型 1887.3.2 融合算法 1887.3.3 傳輸調(diào)度算法 1927.3.4 小結(jié) 1957.4 基于虛擬MIMO技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層設(shè)計 1957.4.1 虛擬MIMO技術(shù) 1957.4.2 系統(tǒng)框架和協(xié)議設(shè)計 197參考文獻 204

章節(jié)摘錄

　　1.4.1 基于博弈理論的跨層設(shè)計　　同傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計一樣，無線網(wǎng)絡(luò)跨層設(shè)計中的首要問題也是提高系統(tǒng)的有效性，并兼顧用戶之間的公平性。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計一般是在資源域進行，不考慮資源分配對用戶效用的影響。這里，用戶的效用一般是定義在比資源域更高的協(xié)議層上?？鐚釉O(shè)計考慮協(xié)議層之間的交互，其中采用效用函數(shù)作為層與層之間交互的橋梁是一種常用的方法。運用經(jīng)濟學領(lǐng)域中的博弈理論結(jié)合效用函數(shù)進行跨層設(shè)計在近年來得到了越來越多的研究。將博弈理論運用于跨層設(shè)計主要有兩個優(yōu)點：首先，博弈理論不像傳統(tǒng)的資源分配，它是直接在效用域進行資源管理；其次，博弈理論在系統(tǒng)有效性和用戶公平性方面均有著廣泛而實用的理論成果，這些理論可以直接應(yīng)用到無線通信網(wǎng)絡(luò)的跨層設(shè)計中來。下面對博弈理論及其在通信領(lǐng)域中的應(yīng)用進行簡單的介紹?！　〔┺睦碚撈鹪从谏鐣?jīng)濟學領(lǐng)域，研究社會資源在不同個體之間的分配策略，分析不同個體之間的競爭與合作行為。近年來，隨著交叉學科的迅速發(fā)展，博弈理論在無線移動通信系統(tǒng)的多用戶資源管理中得到了越來越多的應(yīng)用。從科學研究的角度來看，基于博弈理論的動態(tài)資源管理和分配策略，即資源博弈，直接決定了如何高效地分配、使用無線資源。因此，資源博弈已成為無線資源管理研究中的一個重要課題，引起了國際學者的廣泛關(guān)注。2007年從博弈理論的角度概述了在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進行動態(tài)頻譜分配的關(guān)鍵問題及可能解決方案，并重點研究了網(wǎng)絡(luò)用戶行為、分布式頻譜資源管理，以及策略的最優(yōu)性等三方面問題。美國加州理工大學洛杉磯分校的M.van der Schaar小組已經(jīng)在認知資源博弈領(lǐng)域展開了全面的研究。該小組分別利用博弈理論中的機制設(shè)計理論、競價理論，并結(jié)合排隊論和統(tǒng)計學習理論，對動態(tài)資源管理問題進行了深入研究。美國加州理工大學圣巴巴拉分校的鄭海濤教授小組利用博弈理論，提出了一種基于局部博弈策略的分布式頻譜分配算法；進而，他們還研究了認知無線電中分布式頻譜分配算法的效率、復雜度等問題嘲，。國內(nèi)在這方面的研究才剛剛起步，代表性的有浙江大學張朝陽教授小組。該小組利用討價還價理論（Bargaining Theory）對無線電協(xié)作通信中無線資源分配問題進行建模，進而分析了協(xié)作通信的條件和實現(xiàn)方式。需要強調(diào)的是，在上面論述中，我們并沒有刻意強調(diào)博弈理論與跨層設(shè)計的結(jié)合，因為如上面所述，博弈理論本身就要求在效用域進行資源管理，而效用函數(shù)本身就體現(xiàn)著跨層的思想。

編輯推薦

　　科學的設(shè)計方法，否定之否定的發(fā)展規(guī)律和內(nèi)在本質(zhì)　　打破了傳統(tǒng)的分層設(shè)計思想，回歸整體優(yōu)化的設(shè)計思路　　在“新一代寬帶無線移動通信網(wǎng)”國家科技重大專項課題中，跨層設(shè)計已作為一種主要方法被提出

圖書封面

評論、評分、閱讀與下載

---

    無線通信跨層設(shè)計 PDF格式下載

---