基于协作通信的能量有效无线网络多信息流路由问题研究

影响无线网络应用的技术瓶颈是无线传输的效率和性能，而信号衰落是降低无线传输效能的主要因素。因此，近年来人们提出了一种新的协作通信技术来克服信号衰落问题，即多个单天线节点通过某种约定的协作方式来共享彼此的天线，以获得类似于MIMO系统的空间分集增益与空间复用增益，来提高无线系统的传输效能。由于协作通信改变了传统的通信模式，而路由选择又是无线网络中最核心的问题之一，因此设计新的协作路由机制来提高无线网络中多信息流的传输性能至关重要。本课题将以无线网络特性和性能需求（如带宽等）为出发点，以降低无线网络能耗为优化目标，紧紧围绕多信息流协作传输建模与协作路由实现机理这两个科学问题，设计基于协作通信的多信息流路由协议和算法，使其适用于资源（如能量、带宽等）受限的无线多跳网络环境，满足无线网络不同的应用需求，并将在相关测试床上进行协议和算法的验证，推动协作通信技术在下一代无线网络和移动通信中的应用。

阻碍无线网络发展和普及的关键问题是网络的可靠性和稳定性。其主要原因是无线传输中由于受带宽、传输功率的限制，以及信号衰落效应的影响，会大大降低无线系统的性能，包括系统容量、传输效率、服务质量与能量有效性等。因此，近年来人们提出了一种新的协作通信技术来克服信号衰落问题，即多个单天线节点通过某种约定的协作方式来共享彼此的天线，以获得类似于MIMO系统的空间分集增益与空间复用增益，来提高无线系统的传输效能。这种通过不同网络元素之间的相互合作来达到网络资源的共享，进而提高传输可靠性和系统吞吐量，改善无线通信系统服务质量的协作通信技术已经成为下一代无线通信系统的关键技术之一。针对无线网络中存在的多对一传输、点对点多径传输、多对多传输、多点交互传输等传输模式，本课题重点研究协作通信在无线网络多信息流路由（简称多流路由）中的应用，具体包括多信息流协作传输分析与建模、多源单目标协作路由、源目标传输对间的多径协作路由、多源多目标协作路由及多点间的协作信息交换等，我们针对这些内容开展了创新性的研究，提出了多个新颖的多信息流路由算法。目前，已在IEEE Transactions on Mobile Computing、IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems、IEEE Transaction on Wireless Communication等国际著名期刊和IWQoS、ICCCN、WCNC等著名国际会议上共发表论文46篇，其中国际顶级会议和期刊论文11篇，申请专利4项，超额完成原定计划。总体而言，经过项目组4年的努力，本项目取得了良好的研究成果，提高了无线通信系统的性能，包括提升系统容量、增大数据传输速率、有效对抗衰落、降低系统的服务中断概率，以及提高系统的服务质量和可靠性等，推动了协作通信技术在下一代无线网络和移动通信中的应用。

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