多包接收无线传感器网络的跨层优化策略研究

doi:10.3969/j.issn.1000-0801.2011.03.014

摘要/Abstract

摘要：

多包接收能有效提高无线传感器网络的网络吞吐量，但由于该思想在物理层实现的复杂性，决定了在上层难以建立充分发挥多包接收性能的最优传输方案。本文根据基于信噪比的物理层数据发送模型，通过研究可同时传输数据的节点集合，建立了链路层的分时传输模型。为了使该模型可在多项式时间内求解，提出了最大可行集合的概念，减少了求解的时间和空间复杂度，最终提出基于多包接收的无线传感器网络跨层优化策略。仿真显示，采用该策略后数据传输速率比传统方案提高了1倍。

关键词: 无线传感器网络, 多包接收, 串行干扰对消, 线性规划, 最大可行集合

Abstract:

Multi-packet reception（MPR）technique is a promising approach to increase throughput for wireless networks. Due to its complex physical layer behavior，optimal solutions are yet to be determined. Based on the physical interference model，we analyze all constraints for concurrent transmissions under MPR and thus identify all feasible sets of concurrent transmissions. By scheduling these feasible sets into different time slots，the throughput maximization problem can be formulated as a linear program. However，the problem size is exponential due to the large number of feasible sets. We propose a concept of largest feasible set to decrease the problem size，which enables us to obtain a cross-layer optimal solution in polynomial-time. Comparing with optimal solutions without MPR，we show that throughput can be increased about 100% by using MPR in simulation.

Key words: wireless sensor network, multi-packet reception, successive interference cancellation, linear program, largest feasible set

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图/表 4

图1

表1

表2

图2

参考文献 15

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节点数	传统方案下的K值	采用MPR技术下的K值	改进率
10	23.97	39.78	65.96%
15	15.79	25.11	59.02%
20	11.62	22.24	91.40%
25	9.31	17.75	90.66%
30	7.18	14.88	107.24%
35	6.21	13.75	121.42%
40	5.25	10.9	107.62%
45	4.96	9.83	98.19%
50	4.50	8.66	92.44%

节点数	可行集合数上界	最大可行集合数上界	实际最大可行集合数
10	1 023	1 023	70.10
15	32 767	32 646	399.25
20	1.04×10⁶	9.1×10⁵	1 130.30
25	3.35×10⁷	1.68×10⁷	4 038.05
30	1.07×10⁹	1.94×10⁸	12 490.10
35	3.44×10¹⁰	1.54×10⁹	32 803.45
40	1.10×10¹²	2.55×10⁹	64 575.75
45	3.52×10¹³	9.12×10⁹	74 604.60
50	1.13×10¹⁵	1.72×10¹¹	135 103.20

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