無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)AdHoc中的功率控制及相關(guān)控制理論問(wèn)題.ppt

無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)(Ad Hoc)中的功率控制及相關(guān)控制理論問(wèn)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(diǎn)可移動(dòng)的、無(wú)基站的、多跳連接的分布控制式無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò),兩類無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)控制方式,無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)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(wú)線節(jié)點(diǎn)的能量消耗，需要各個(gè)節(jié)點(diǎn)使用最合適的發(fā)射功率來(lái)減輕信號(hào)之間的干擾。在計(jì)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(duì)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(wú)線節(jié)點(diǎn)的能量消耗 2.減輕網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)干擾 功率控制是無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)；在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，其設(shè)計(jì)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(wèn)題，是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)核心問(wèn)題。,問(wèn)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(shí)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(wú)線媒體 不經(jīng)過(guò)確認(rèn)，我們無(wú)法確信任何信號(hào)的傳輸是準(zhǔn)確有效的，即便是控制信道上的信號(hào)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?yàn)椴扇〉墓β士刂撇呗缘挠绊?，并非所有的?jié)點(diǎn)都使用相同的信號(hào)發(fā)射功率，因而無(wú)法保證所有的信道都是雙向的。而單向信道使功率控制過(guò)程無(wú)法形成閉環(huán)。,問(wèn)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(wú)線節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的發(fā)射功率有嚴(yán)格的上限，同時(shí)在這個(gè)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(gè)離散的功率可用。 4.局部性與異步性 各個(gè)節(jié)點(diǎn)的功率調(diào)節(jié)行為相互之間是獨(dú)立的（或者只有鄰近的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)有關(guān)聯(lián)），沒(méi)有一個(gè)全局的時(shí)鐘來(lái)同步所有節(jié)點(diǎn)的調(diào)節(jié)行為。從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)看，這種調(diào)節(jié)是異步進(jìn)行的。,問(wèn)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(gè)手機(jī)跟基站之間都是一個(gè)獨(dú)立的反饋控制系統(tǒng)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就是多個(gè)獨(dú)立的反饋控制系統(tǒng)聯(lián)合形成的一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)。 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)沒(méi)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(diǎn)通過(guò)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(gè)層 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)同樣要遵守計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分層設(shè)計(jì)、各層提供接口的設(shè)計(jì)理念。但由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中功率控制的特殊性，它的設(shè)計(jì)會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)的幾個(gè)層。首先，功率的調(diào)節(jié)影響信號(hào)是否可以正確傳輸，從而影響到物理層和MAC層；其次，各個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)不同的功率分配，影響到鄰近的節(jié)點(diǎn)是否可達(dá)，這可能會(huì)導(dǎo)致不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，從而影響到網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計(jì)；另外，節(jié)點(diǎn)采用過(guò)大的功率有可能會(huì)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分層設(shè)計(jì)、層間獨(dú)立的設(shè)計(jì)思路產(chǎn)生了矛盾,復(fù)雜性,多個(gè)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(huì)使有的節(jié)點(diǎn)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(dòng)便利，無(wú)線節(jié)點(diǎn)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)布好以后不允許再更換無(wú)線節(jié)點(diǎn)的電池。因而，在這些情況下，節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能量消耗成為一項(xiàng)重要的要求。,多個(gè)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(shí)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(jiàn)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(gè)目標(biāo)就是通過(guò)調(diào)節(jié)各節(jié)點(diǎn)的功率分配，使得網(wǎng)絡(luò)達(dá)到最大的容量。 d)傳輸時(shí)延 這個(gè)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(huì)影響分組到達(dá)目的的節(jié)點(diǎn)的路由，從而影響傳輸時(shí)延。使網(wǎng)絡(luò)具有較小的傳輸時(shí)延也是功率控制的重要目標(biāo)之一。,多個(gè)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(huì)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(diǎn)的移動(dòng)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(diǎn)移動(dòng)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(wèn)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(yùn)行的基本要求。對(duì)一個(gè)節(jié)點(diǎn)不斷移動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳粩嘧兓木W(wǎng)絡(luò)，如何調(diào)節(jié)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，才能夠使網(wǎng)絡(luò)保持連通