無線通信網(wǎng)絡AdHoc中的功率控制及相關控制理論問題.ppt

無線通信網(wǎng)絡(Ad Hoc)中的功率控制及相關控制理論問題,1.集中控制式網(wǎng)絡，以蜂窩電話系統(tǒng)為代表 2.分布控制式網(wǎng)絡，以Ad Hoc網(wǎng)絡為代表 Ad Hoc網(wǎng)絡: 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,兩類無線通信網(wǎng)絡控制方式,無線通信網(wǎng)絡中的節(jié)點能量有限，共享傳播媒體，在達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。在計算機網(wǎng)絡中，不同的功率分配策略甚至會導致不同的網(wǎng)絡拓撲，影響網(wǎng)絡的連通。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,1.減少無線節(jié)點的能量消耗 2.減輕網(wǎng)絡中的信號干擾 功率控制是無線蜂窩網(wǎng)絡中的一項關鍵技術；在Ad Hoc網(wǎng)絡中，其設計跨越網(wǎng)絡中物理層、MAC層、網(wǎng)絡層、傳輸層等若干層次，影響到網(wǎng)絡連通性、擁塞控制、路由算法等重要問題，是Ad Hoc網(wǎng)絡中的一個核心問題。,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)絡中缺少中心設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.不可信任的控制結構 A.不可信任的無線媒體 不經(jīng)過確認，我們無法確信任何信號的傳輸是準確有效的，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)行機構的局限 作為功率調節(jié)的執(zhí)行機構，無線節(jié)點往往并不能任意調節(jié)自己的發(fā)射功率。一般而言，節(jié)點的發(fā)射功率有嚴格的上限，同時在這個上限以內 ，功率也往往不能連續(xù)調節(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)點有關聯(lián)），沒有一個全局的時鐘來同步所有節(jié)點的調節(jié)行為。從整個網(wǎng)絡來看，這種調節(jié)是異步進行的。,問題描述與分析,復雜性,子系統(tǒng)復雜互聯(lián) 就CDMA網(wǎng)絡中的功率控制系統(tǒng)而言，每個手機跟基站之間都是一個獨立的反饋控制系統(tǒng)，整個網(wǎng)絡就是多個獨立的反饋控制系統(tǒng)聯(lián)合形成的一個復雜的大系統(tǒng)。 Ad Hoc網(wǎng)絡沒有蜂窩網(wǎng)絡中明確的“手機基站”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)絡中更加復雜和難以處理。,Ad Hoc中的功率控制策略影響多個層 Ad Hoc網(wǎng)絡的設計同樣要遵守計算機網(wǎng)絡分層設計、各層提供接口的設計理念。但由于無線網(wǎng)絡中功率控制的特殊性，它的設計會影響到網(wǎng)絡的幾個層。首先，功率的調節(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，這可能會導致不同的網(wǎng)絡拓撲，從而影響到網(wǎng)絡層的設計；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。 Ad Hoc網(wǎng)絡中的功率控制就跟計算機網(wǎng)絡分層設計、層間獨立的設計思路產(chǎn)生了矛盾,復雜性,多個控制目標,A 網(wǎng)絡角度 a)網(wǎng)絡連通性 在Ad Hoc網(wǎng)絡中，不適合的功率分配可能會使有的節(jié)點被孤立到網(wǎng)絡之外，因而保持網(wǎng)絡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散布傳感器形成的無線網(wǎng)絡，網(wǎng)絡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,A 網(wǎng)絡角度 c)網(wǎng)絡容量 在蜂窩網(wǎng)絡，網(wǎng)絡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)絡中，網(wǎng)絡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就是通過調節(jié)各節(jié)點的功率分配，使得網(wǎng)絡達到最大的容量。 d)傳輸時延 這個指標就是Ad Hoc網(wǎng)絡而言的。Ad Hoc網(wǎng)絡是分組多跳網(wǎng)絡，功率控制策略會影響分組到達目的的節(jié)點的路由，從而影響傳輸時延。使網(wǎng)絡具有較小的傳輸時延也是功率控制的重要目標之一。,多個控制目標,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)定值的算法會嚴重損害網(wǎng)絡的性能，甚至造成網(wǎng)絡的崩潰。 b)魯棒性 魯棒性要求在網(wǎng)絡受到外界的干擾或者由于節(jié)點的移動造成網(wǎng)絡拓撲改變等的情況下，功率控制算法有良好的適應性能。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。,控制理論問題,1.面向控制的建模 2.網(wǎng)絡的連通性 連通是網(wǎng)絡正常運行的基本要求。對一個節(jié)點不斷移動，網(wǎng)絡拓撲不斷變化的網(wǎng)絡，如何調節(jié)各個節(jié)點的發(fā)射功率，才能夠使網(wǎng)絡保持連通