無線通信網(wǎng)絡(luò)AdHoc中的功率控制及相關(guān)控制理論問題.ppt

無線通信網(wǎng)絡(luò)(Ad Hoc)中的功率控制及相關(guān)控制理論問題,1.集中控制式網(wǎng)絡(luò)，以蜂窩電話系統(tǒng)為代表 2.分布控制式網(wǎng)絡(luò)，以Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)為代表 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò): 節(jié)點可移動的、無基站的、多跳連接的分布控制式無線通信網(wǎng)絡(luò),兩類無線通信網(wǎng)絡(luò)控制方式,無線通信網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點能量有限，共享傳播媒體，在達(dá)成通信要求的前提下盡量減少無線節(jié)點的能量消耗，需要各個節(jié)點使用最合適的發(fā)射功率來減輕信號之間的干擾。在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，不同的功率分配策略甚至?xí)?dǎo)致不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，影響網(wǎng)絡(luò)的連通。這些都對有效的功率控制策略提出了迫切的要求。,功率控制目標(biāo),1.減少無線節(jié)點的能量消耗 2.減輕網(wǎng)絡(luò)中的信號干擾 功率控制是無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的一項關(guān)鍵技術(shù)；在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，其設(shè)計跨越網(wǎng)絡(luò)中物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層等若干層次，影響到網(wǎng)絡(luò)連通性、擁塞控制、路由算法等重要問題，是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的一個核心問題。,問題描述與分析,1.有限的控制信息 A.有限的帶寬 B.Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中缺少中心設(shè)施以提供反饋控制信息 C.反饋控制信息的精確及時與帶寬有限的矛盾,2.不可信任的控制結(jié)構(gòu) A.不可信任的無線媒體 不經(jīng)過確認(rèn)，我們無法確信任何信號的傳輸是準(zhǔn)確有效的，即便是控制信道上的信號也是如此 B.功率控制引發(fā)單向信道 信道衰減在方向上的不同，更重要的是因為采取的功率控制策略的影響，并非所有的節(jié)點都使用相同的信號發(fā)射功率，因而無法保證所有的信道都是雙向的。而單向信道使功率控制過程無法形成閉環(huán)。,問題描述與分析,3.執(zhí)行機(jī)構(gòu)的局限 作為功率調(diào)節(jié)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，無線節(jié)點往往并不能任意調(diào)節(jié)自己的發(fā)射功率。一般而言，節(jié)點的發(fā)射功率有嚴(yán)格的上限，同時在這個上限以內(nèi) ，功率也往往不能連續(xù)調(diào)節(jié)，而是只有幾個離散的功率可用。 4.局部性與異步性 各個節(jié)點的功率調(diào)節(jié)行為相互之間是獨立的（或者只有鄰近的幾個節(jié)點有關(guān)聯(lián)），沒有一個全局的時鐘來同步所有節(jié)點的調(diào)節(jié)行為。從整個網(wǎng)絡(luò)來看，這種調(diào)節(jié)是異步進(jìn)行的。,問題描述與分析,復(fù)雜性,子系統(tǒng)復(fù)雜互聯(lián) 就CDMA網(wǎng)絡(luò)中的功率控制系統(tǒng)而言，每個手機(jī)跟基站之間都是一個獨立的反饋控制系統(tǒng)，整個網(wǎng)絡(luò)就是多個獨立的反饋控制系統(tǒng)聯(lián)合形成的一個復(fù)雜的大系統(tǒng)。 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)沒有蜂窩網(wǎng)絡(luò)中明確的“手機(jī)基站”模式的反饋系統(tǒng)，它里面的節(jié)點通過控制信息的反饋所形成的子系統(tǒng)以及子系統(tǒng)之間的互聯(lián)模式要比蜂窩網(wǎng)絡(luò)中更加復(fù)雜和難以處理。,Ad Hoc中的功率控制策略影響多個層 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計同樣要遵守計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分層設(shè)計、各層提供接口的設(shè)計理念。但由于無線網(wǎng)絡(luò)中功率控制的特殊性，它的設(shè)計會影響到網(wǎng)絡(luò)的幾個層。首先，功率的調(diào)節(jié)影響信號是否可以正確傳輸，從而影響到物理層和MAC層；其次，各個無線節(jié)點不同的功率分配，影響到鄰近的節(jié)點是否可達(dá)，這可能會導(dǎo)致不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑥亩绊懙骄W(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計；另外，節(jié)點采用過大的功率有可能會阻塞信息的傳輸，而擁塞控制是傳輸層的任務(wù)。 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的功率控制就跟計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分層設(shè)計、層間獨立的設(shè)計思路產(chǎn)生了矛盾,復(fù)雜性,多個控制目標(biāo),A 網(wǎng)絡(luò)角度 a)網(wǎng)絡(luò)連通性 在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，不適合的功率分配可能會使有的節(jié)點被孤立到網(wǎng)絡(luò)之外，因而保持網(wǎng)絡(luò)的連通性是功率控制策略的基本要求。 b)能量消耗 為了移動便利，無線節(jié)點一般由電池供電，在有些情況下，比如為森林防火而由飛機(jī)散布傳感器形成的無線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)布好以后不允許再更換無線節(jié)點的電池。因而，在這些情況下，節(jié)省節(jié)點的能量消耗成為一項重要的要求。,多個控制目標(biāo),A 網(wǎng)絡(luò)角度 c)網(wǎng)絡(luò)容量 在蜂窩網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的容量一般是指小區(qū)中可以同時正常通話的用戶數(shù)的最大值。而在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)容量可能有不同的描述方式，比較常見的是“傳輸容量”的概念，它是網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的信息量與發(fā)送距離的乘積。功率控制很重要的一個目標(biāo)就是通過調(diào)節(jié)各節(jié)點的功率分配，使得網(wǎng)絡(luò)達(dá)到最大的容量。 d)傳輸時延 這個指標(biāo)就是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)而言的。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是分組多跳網(wǎng)絡(luò)，功率控制策略會影響分組到達(dá)目的的節(jié)點的路由，從而影響傳輸時延。使網(wǎng)絡(luò)具有較小的傳輸時延也是功率控制的重要目標(biāo)之一。,多個控制目標(biāo),B 控制角度 a)收斂性 收斂性是功率控制算法的基本要求。不收斂或者不能快速收斂到穩(wěn)定值的算法會嚴(yán)重?fù)p害網(wǎng)絡(luò)的性能，甚至造成網(wǎng)絡(luò)的崩潰。 b)魯棒性 魯棒性要求在網(wǎng)絡(luò)受到外界的干擾或者由于節(jié)點的移動造成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖兊鹊那闆r下，功率控制算法有良好的適應(yīng)性能。由于外界干擾和節(jié)點移動等原因是不可避免的，魯棒性也是功率控制算法必須具備的品質(zhì)。,控制理論問題,1.面向控制的建模 2.網(wǎng)絡(luò)的連通性 連通是網(wǎng)絡(luò)正常運行的基本要求。對一個節(jié)點不斷移動，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳粩嘧兓木W(wǎng)絡(luò)，如何調(diào)節(jié)各個節(jié)點的發(fā)射功率，才能夠使網(wǎng)絡(luò)保持連通