无线体域网资源分配研究
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5G通信网络中的无线资源分配研究随着5G技术的快速发展,无线通信网络成为了人们生活中不可或缺的一部分。
在5G通信网络中,无线资源的分配是一个至关重要的问题。
本文将探讨5G通信网络中的无线资源分配研究。
一、5G通信网络的背景和挑战随着移动互联网的普及,人们对于无线通信的需求越来越大。
5G通信网络应运而生,以满足人们对于高速、低延迟、大容量的需求。
然而,由于频谱资源有限,5G通信网络面临着巨大的挑战。
二、无线资源分配的重要性无线资源分配是指将有限的频谱资源分配给不同的用户或服务,以实现高效的通信。
合理的无线资源分配可以提高网络的容量和效率,同时也能够保证用户的体验。
三、无线资源分配的研究方向1. 动态资源分配动态资源分配是指根据实时的网络负载情况,将无线资源分配给不同的用户或服务。
通过动态资源分配,可以根据网络的需求来灵活地分配资源,从而提高网络的效率和容量。
2. 频谱共享频谱共享是指不同的用户或服务共享同一频段的无线资源。
频谱共享可以提高频谱的利用率,从而满足更多用户的需求。
然而,频谱共享也会带来干扰问题,因此需要设计合适的调度算法来解决干扰问题。
3. 虚拟化资源分配虚拟化资源分配是指将物理资源虚拟化为多个虚拟资源,并根据不同的用户或服务的需求来分配虚拟资源。
虚拟化资源分配可以提高资源的利用率,同时也能够根据用户的需求来灵活地分配资源。
四、无线资源分配的挑战和解决方案1. 频谱资源有限频谱资源是有限的,如何合理地分配频谱资源是一个重要的挑战。
解决方案之一是通过频谱共享来提高频谱的利用率。
另外,还可以通过频谱切片的方式将频谱资源划分为不同的切片,以满足不同用户或服务的需求。
2. 网络负载不均衡在5G通信网络中,不同的用户或服务的网络负载可能存在不均衡的情况。
解决方案之一是通过动态资源分配来根据网络负载情况来分配资源,从而实现负载均衡。
3. 干扰问题频谱共享可能会带来干扰问题,如何解决干扰问题是一个重要的挑战。
无线体域网MAC层IEEE802.15.6协议研究无线体域网(Wireless Body Area Network,WBAN)是一种基于无线传感器网络的技术,用于监测人体内或周围的生理参数和动态活动。
WBAN技术在医疗保健、体育运动、军事和娱乐等领域具有广泛的应用前景。
在WBAN中,MAC层扮演着重要的角色,决定了网络节点之间的通信方式和资源分配。
IEEE802.15.6是专门针对无线体域网的MAC层协议,本文将对IEEE802.15.6协议进行研究和分析。
1. 无线体域网MAC层概述无线体域网MAC层是指网络中负责控制数据传输的部分,它管理节点之间的数据交换、资源分配和冲突检测等功能。
在无线体域网中,由于节点密度高、功耗低、传输质量要求高等特点,MAC层的设计必须考虑这些特殊需求。
2. IEEE802.15.6协议介绍IEEE802.15.6是专门针对无线体域网设计的MAC层协议,它提供了适用于医疗保健等应用场景的低功耗、低传输延迟和高可靠性的通信机制。
IEEE802.15.6协议对不同类型的传感器数据进行了分类,为各种传感器提供了不同的通信机制,以满足其特定的需求。
3. IEEE802.15.6协议特点(1)低功耗:IEEE802.15.6协议采用了诸多节能技术,包括睡眠模式、自适应传输功率和数据压缩等,以降低传感器节点的功耗。
(2)多传感器支持:IEEE802.15.6协议支持多种不同类型的传感器节点,如生理参数传感器、运动传感器和环境传感器等,为不同应用场景提供了灵活的支持。
(3)高可靠性:IEEE802.15.6协议采用了多种传输机制和错误控制技术,以确保数据传输的可靠性和稳定性。
(4)多层安全保护:IEEE802.15.6协议提供了多层数据安全保护机制,包括身份认证、数据加密和防重放攻击等,以保障数据的安全性。
4. IEEE802.15.6协议结构IEEE802.15.6协议包括PHY层和MAC层两部分,其中MAC层负责实现数据的传输控制和资源分配。
基于博弈论的无线网络资源分配策略研究基于博弈论的无线网络资源分配策略研究摘要:随着无线通信技术的不断发展,无线网络的资源分配问题日益成为一个重要的研究方向。
本文基于博弈论的方法,探讨了无线网络资源分配的策略研究。
首先介绍了博弈论的基本概念与理论框架,然后采用博弈论的思路来解决无线网络资源分配中的挑战和问题。
通过模型的构建和分析,本文提出了一种基于博弈论的无线网络资源分配策略,并对其进行了性能评估与比较。
实验结果表明,该策略能够有效地提高无线网络的资源利用率和用户体验。
关键词:无线网络;资源分配;博弈论;策略研究1. 引言随着移动通信设备的普及和无线通信技术的不断发展,无线网络已经成为人们日常生活不可或缺的一部分。
然而,由于无线网络资源有限,资源分配成为一个关键问题。
有效地进行无线网络资源分配可以提高网络的容量和性能,进而提升用户的体验。
因此,研究无线网络资源分配策略具有重要的理论和实践意义。
2. 博弈论基础博弈论是研究多个参与方在相互关联决策的情况下的博弈行为和策略的数学理论。
博弈论的基本概念包括参与者、参与者的策略集合和收益函数等。
博弈论提供了一种理性决策的模型,可以用于解决冲突、合作和竞争等问题。
3. 无线网络资源分配问题在无线网络中,由于带宽、频率和功率等资源的有限性,资源分配问题变得尤为重要。
传统的资源分配方法基于统计和规则,无法适应无线网络中的实时、动态和复杂的环境。
而博弈论可以提供一种理性决策模型,将无线网络资源分配问题转化为博弈策略的选择问题。
4. 基于博弈论的资源分配模型为了解决无线网络资源分配的挑战,本文提出了一种基于博弈论的资源分配模型。
在该模型中,将无线网络节点视为参与者,资源的分配策略作为参与者的策略集合,节点的收益函数为参与者的收益函数。
通过定义博弈的规则和目标函数,可以将资源分配问题转化为博弈策略的选择问题。
通过求解该博弈模型,可以得到最优的资源分配策略。
5. 实验与分析为了验证基于博弈论的资源分配策略的有效性,本文进行了一系列的实验与分析。
计算无线网中无线资源分配算法研究随着无线通信技术的快速发展,移动通信市场的竞争日益激烈,无线资源分配问题也日益突显。
无线资源分配算法是指在有限的无线频带资源下,如何合理地分配给各种无线用户和应用,从而实现高效稳定的通信。
1. 传统无线资源分配算法传统的无线资源分配算法主要有静态分配和动态分配两种方式。
静态分配是指在网络建设初期,将不同的频段或子频段分配给不同的服务提供商,各自使用时不会互相干扰。
但这种方式无法灵活应对实际网络运营中用户数量增加、数据流量增加等因素的影响,无法满足网络资源分配的需求。
动态分配则是通过算法对不同的用户或服务按实际情况动态分配资源。
动态资源分配算法可以实现更为灵活的资源管理,但需要考虑更多的因素,包括用户数量、信号质量、数据传输速率等等,其实现难度也比较大。
2. 基于神经网络的资源分配算法随着神经网络技术的快速发展,越来越多的无线资源分配算法也开始采用基于神经网络的技术。
这种方法通过对数据进行分析,寻求数字信号处理与神经网络的结合。
其核心是用神经网络代替繁琐的设备过程,提高算法的可用性、鲁棒性和自适应性。
神经网络具有较强的自学习能力和适应性,能够不断适应网络中用户的数量和数据流量等变化,实现更为精细的无线资源分配。
经过长期的实践,基于神经网络的资源分配算法已经逐渐成熟,并在诸多无线通信系统中得到应用。
3. 基于机器学习的资源分配算法机器学习是在人工智能领域中迅速发展的一种技术,近年来也开始应用于无线资源分配算法。
机器学习技术通过建立数学模型,对数据进行模拟和分析,从而提高资源分配算法的精准度和效率,并可以减少算法的复杂性和错误率。
机器学习技术还可以引入监督式学习或非监督式学习的方式,对数据进行分类、识别和预测,提高资源分配的智能化程度。
因此,基于机器学习的无线资源分配算法也成为了目前无线通信领域的重要研究方向。
4. 总结随着无线通信技术的不断发展,无线资源分配算法的研究也日益深入。
5G通信中的无线资源分配算法研究与性能优化随着数字化时代的到来,人们对于无线通信的需求越来越高。
为满足高速、大容量通信的需求,5G通信技术应运而生。
5G通信技术不仅具有更高的数据传输速度,更重要的是它能够支持海量设备的连接,从而为物联网的发展提供了支撑。
在5G通信中,无线资源分配算法起到了关键作用。
它的主要任务是根据通信需求和网络状况,合理分配可用的无线资源给各个用户,并确保资源的高效利用和网络性能的最大化。
本文将对5G通信中的无线资源分配算法进行探讨,并对其性能进行优化的方法进行研究。
首先,我们将介绍一些常见的无线资源分配算法。
目前,最常用的算法包括静态分配、动态分配和协作分配。
静态分配将一定的资源预留给每个用户,通过固定的方式分配资源,无法适应网络的动态变化。
动态分配算法可以根据不同用户的需求,在实时的情况下进行自适应的资源分配,提高资源利用率。
协作分配算法则是通过用户之间的协作,共享资源,从而达到资源高效利用和网络性能优化的目的。
这些算法各有优劣,需要根据具体的情况选择合适的算法进行应用。
之后,我们将重点关注动态分配算法的研究与优化。
动态分配算法根据网络实时的情况,对无线资源进行分配。
最常见的动态分配算法有负载均衡算法、强化学习算法以及博弈论算法等。
负载均衡算法通过合理分配资源,确保各个基站之间负载均衡,从而提高整体网络性能。
强化学习算法则是通过机器学习的方式,根据网络的反馈信息来优化资源分配策略。
博弈论算法则是基于博弈论的原理,将资源分配问题建模为博弈的过程,通过博弈的求解,得到最优的资源分配策略。
这些算法可以有效地提高资源的利用率和网络的性能。
除了以上算法之外,还有一些其他的方法可以对无线资源分配进行优化。
例如,可通过频谱分配、功率控制以及干扰管理等方法来进行优化。
频谱分配可以合理规划无线信号在频域上的分配,从而降低信号干扰,提高频谱利用率。
功率控制则是调整无线信号的发射功率,确保通信质量的同时降低功耗。
无线通信网络资源分配算法研究随着移动互联网的快速发展,无线通信网络的应用越来越广泛,如手机通讯、家庭无线网络、车联网、物联网等。
在这些应用场景下,由于不同终端设备对网络资源的需求存在差异,因此需要一种有效的资源分配算法来实现资源的合理分配,以最大化网络的性能和服务质量。
一、问题分析资源分配算法是一个复杂的问题,需要考虑多个因素,如带宽、功率、时延、拥塞等。
因此,资源分配算法必须考虑网络的实时状态和动态变化,并根据终端设备的需求进行合理的资源分配,以实现最优的网络性能。
传统的资源分配算法主要是基于静态分配,即为每个终端设备分配固定的网络资源,这种方法不能满足网络实时动态变化的需求。
因此,近年来,研究者们开始探索在动态网络环境下进行资源分配的算法。
二、资源分配算法的研究现状针对无线通信网络的资源分配问题,目前主要有四种算法:1. 贪心算法贪心算法是一种局部最优解的算法,在资源分配中应用较为广泛。
在资源分配的过程中,贪心算法会优先为满足当前终端设备需求量最大的用户分配资源。
这种算法可以以较低的计算时间得到较为满意的解,在网络比较简单的情况下应用较为合适。
2. 等距算法等距算法是一种较为简单的资源分配算法。
它将可用的资源均分给所有终端设备,以满足网络覆盖率的要求。
这种算法的优点在于计算时间短,但在网络拥塞时,会出现资源浪费的问题。
3. 基于用户需求的分配算法这种算法根据终端设备的需求进行资源分配,包括对带宽、时延、拥塞等指标的考虑。
这种算法可以使网络在不同情况下达到最佳性能,但需要进行复杂的计算和实现。
4. 基于机器学习的分配算法近年来,随着人工智能和机器学习技术的不断发展,基于机器学习的资源分配算法开始受到研究者们的关注。
这种算法通过对网络大数据的分析和学习,不断优化资源分配策略,使网络的性能不断提升。
但是,这种算法需要在大量数据基础上进行学习,计算复杂性较高。
三、发展趋势未来的无线通信网络,将越来越复杂多样化,需要更加智能化的资源分配算法。
无线通信网络的带宽优化与资源分配研究一、引言随着无线通信技术的快速发展和广泛应用,人们对无线通信网络的带宽优化与资源分配问题提出了更高的要求。
在无线通信网络中,带宽优化和资源分配是实现高效通信的关键。
本文将重点探讨无线通信网络中的带宽优化与资源分配的研究。
二、带宽优化的方法1. 信道划分为了优化带宽利用率,可以通过信道划分来实现。
传统的无线通信网络中,通常采用频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)等方式进行信道划分。
这些方法在某种程度上可以提高带宽利用率,但是由于信道划分需要固定的资源分配,会导致资源浪费和无法满足动态通信需求。
2. 动态分配为了克服固定资源分配的弊端,可以采用动态资源分配的方法来优化带宽利用率。
动态分配可以根据实际需求进行灵活的资源调度,提高带宽利用率。
常用的动态分配方法包括载波自适应调度(CA)和频率复用调度(FR)等。
3. 合理规划网络拓扑在设计无线通信网络时,需要合理规划网络拓扑,以提高带宽利用率。
网络拓扑的规划应该考虑到用户分布、传输距离、干扰等因素,避免资源浪费和带宽冲突。
三、资源分配的研究1. 无线频谱分配无线通信网络中的频谱资源是非常宝贵的,如何高效利用频谱资源是资源分配研究的重点。
传统的频谱分配方法存在浪费和干扰问题,因此需要采用先进的频谱分配算法,如动态频谱分配(DSA)和协作频谱分配(CSA)等。
2. 功率分配无线通信网络中,功率是资源的一种表现形式,合理的功率分配可以提高通信质量和带宽利用率。
功率分配应该根据通信距离、信号质量等因素进行调整,以实现最优的资源利用效果。
3. 数据包调度数据包调度是无线通信网络中资源分配的重要环节,合理的数据包调度可以提高网络的带宽利用率和通信效率。
数据包调度的研究主要包括排队理论、调度算法等方面,需要综合考虑延迟、吞吐量等性能指标,以实现最佳的资源分配效果。
四、带宽优化与资源分配的挑战无线通信网络中的带宽优化与资源分配面临着一些挑战。
无线通信中的资源分配与优化研究哎呀,说起无线通信中的资源分配与优化,这可真是个让人又爱又头疼的话题!就拿我之前的一次经历来说吧。
有一回,我去参加一个科技展会,在那儿看到了好多展示无线通信技术的展位。
其中有一家公司,他们展示了一个超级酷炫的无线通信系统,能够实现高速的数据传输和稳定的连接。
我凑过去跟工作人员聊了聊,才发现这背后可离不开对资源的巧妙分配和优化。
咱先来说说资源分配。
这就好比给一群小朋友分糖果,得保证每个小朋友都能分到差不多的数量,而且还得根据他们的需求和表现来调整。
在无线通信里,频谱资源、功率资源、时间资源等等,都得合理地分给不同的用户和业务。
比如说,打电话和看视频对网络资源的需求就不一样,要是分配不合理,打电话的人可能会觉得声音断断续续,看视频的人则会不停地卡顿。
那优化又是咋回事呢?想象一下,你有一堆东西要装进一个箱子,怎么摆放才能装得最多、最合理?这就是优化。
在无线通信中,要通过各种算法和策略,让资源的利用效率达到最高。
比如说,调整信号的发射功率,既能保证信号质量,又能节省能源;或者合理安排频谱的使用,避免干扰和浪费。
再说说实际应用吧。
比如说在城市里,高楼大厦林立,信号很容易被阻挡和干扰。
这时候就得通过优化资源分配,让信号能够绕过障碍物,准确地到达用户那里。
还有在人多的地方,比如体育场、火车站,大量的人同时使用无线网络,要是资源分配不好,那网络就会瘫痪。
研究无线通信中的资源分配与优化可不简单。
就像解谜一样,要考虑各种各样的因素。
比如说,用户的移动性,一会儿这个人在这儿,一会儿又去了那儿,资源得跟着他跑;还有不同业务的优先级,紧急救援的通信肯定要比普通的聊天更优先得到资源。
而且,技术一直在发展,新的需求不断出现。
比如现在的物联网,成千上万的设备都要连接到网络,这对资源分配和优化提出了更高的要求。
研究人员们就得不停地想新办法,开发新的算法和技术。
总的来说,无线通信中的资源分配与优化就像是一场永不停歇的战斗。
关于WiFi信道资源分配的研究1. 前言在如今信息互联和网络化发展的世界中,无线网络技术的应用越来越广泛,Wi-Fi技术作为当今最为流行和被应用最多的无线网络技术,已经被广泛应用在家庭、企业、学校、公共场所等领域。
在实际的应用中,WiFi的信道资源分配是无线网络技术的重要问题,它直接影响着WiFi网络效率和使用体验。
因此,对WiFi的信道资源分配进行研究是非常有必要的。
2. WiFi信道资源分配的背景与现状2.1 WiFi信道资源分配的背景WiFi技术作为一种无线网传输技术,其实现方式是通过发射的无线电波来实现信息传输。
WiFi信道资源是指在无线网络传输中的无线电频段,主要由2.4GHz和5GHz两个频段组成。
每个频段又被分为多个信道。
这些信道可以在同一时刻被不同机器所使用。
在多台机器同时使用WiFi网络的时候,各个机器之间会争夺信道资源,这样就会出现网络拥塞等问题。
因此,如何对WiFi信道资源进行合理的分配,减少网络拥堵问题,提高WiFi网络的传输速度和效率,成为相关领域内研究的热点之一。
2.2 WiFi信道资源分配的现状随着WiFi技术的普及和广泛应用,WiFi的信道分配问题越来越受到人们关注。
当前,对于WiFi的信道分配问题,主要是通过无线电频段的分配来实现对信道资源的分配控制。
针对WiFi网络拥挤和混杂的情况,目前主要的WiFi信道分配方案主要有基于时间的分配、基于功率的分配、基于信道感知的分配等。
但由于这些方案的使用场景和实现方法不同,同时对于不同网络环境下的表现也不一样,因此需要在不同的使用场景下对各种方案进行调整和优化。
3. WiFi信道资源分配的研究方法3.1 理论研究方法目前,WiFi信道资源分配的研究主要采用以下几种理论研究方法:1)基于统计方法的研究。
利用随机过程的概率统计方法进行信道分配策略的选取和优化。
2)基于数学建模的研究。
通过对网络的建模和分析,求解最佳的信道分配策略。
5G通信网络中的无线资源分配策略研究随着科技的不断发展,人们对于通信网络的需求也越来越高。
传统的移动通信网络已经逐渐无法满足日益增长的数据传输需求,因此,5G通信网络的出现成为必然趋势。
在5G通信网络中,无线资源分配策略的研究变得尤为重要,以满足社会对高速无线通信的需求。
无线资源分配是指在5G通信网络中,无线信道资源的合理分配和调度。
由于5G通信网络采用了更高的频谱效率和更低的时延,使得网络能够更好地满足用户对大容量、高速率和低时延的需求。
然而,由于频谱资源的有限性,如何合理分配这些无线资源成为了研究的重点。
在5G通信网络中,无线资源分配策略的研究主要围绕以下几个方面展开:1. 频谱分配策略:频谱是无线通信的核心资源,其分配对于网络性能至关重要。
在5G网络中,为了提高传输速率和容量,使用更高的工作频段,例如毫米波频段进行通信。
然而,由于毫米波频段的穿透能力较差,信号受到环境和建筑物的阻挡较多,因此需要采用动态频谱分配策略来解决这一问题。
2. 功率分配策略:在5G网络中,由于传输距离的增加和信号强度的衰减,信号质量可能会下降。
为了保证较好的通信质量和覆盖范围,需要合理地分配不同设备的传输功率。
目前,研究人员已经提出了一些功率控制算法,通过动态调整设备的传输功率,以确保通信质量和能量效率的平衡。
3. 数据传输调度策略:在网络中存在多个用户同时传输数据的情况下,如何合理调度用户的传输请求,以提高网络的吞吐量和传输效率,是资源分配中的关键问题。
当前的研究主要集中在设计在网络拥塞状态和动态网络环境下的调度算法,以优化数据传输的时延和传输质量。
4. 链路分配策略:5G通信网络中,不同设备之间可能存在多种链路选择,比如,直连链路、转发链路和多跳链路等。
如何根据不同设备的特性和网络拓扑结构,合理地分配链路资源,以提供更高的网络容量和可靠性,是无线资源分配策略研究的另一个重要方向。
为了有效地应对无线资源分配策略研究的挑战,研究者们利用优化算法和机器学习等技术,提出了一系列的解决方案和策略。
5G通信中的无线资源分配技术研究随着移动互联网的快速发展,5G通信已经逐渐成为现实。
作为下一代移动通信技术,5G通信将带来更高的数据传输速度和更广泛的连接,为人们的日常生活和工作带来了深远的影响。
然而,5G通信所面临的一个关键挑战是无线资源的有效分配。
本文将对5G通信中的无线资源分配技术进行研究和探讨。
首先,我们需要了解无线资源是指通信系统中有限的频谱资源。
在5G通信中,频谱资源的紧缺性将是一个主要问题。
由于频谱资源受限,我们需要找到一种高效的方式将这些资源合理分配给各个用户和服务。
因此,无线资源分配技术变得尤为重要。
在5G通信中,无线资源分配技术主要包括静态分配和动态分配两种方法。
静态分配是指提前为用户分配一定的频谱资源,然后根据用户需求进行调整。
这种方法相对简单,但无法应对用户需求的快速变化。
动态分配则是根据实时的数据流量需求动态地分配频谱资源。
这种方法可以更加灵活地应对不同用户和服务的需求。
然而,动态分配需要更加复杂的算法和机制来进行实时的资源分配。
在无线资源分配技术中,一种常见的方法是通过频谱资源的空间复用来提高频谱利用率。
这种技术可以通过将不同的用户和服务分配到不同的频谱资源上,以避免干扰和冲突。
例如,空时分组多址(STTD)技术可以将多个用户的数据流量在时间和空间上进行编码和复用,以提高频谱利用率。
此外,分簇技术也可以用来将用户分为多个簇群,每个簇群使用不同的频谱资源,以减少干扰和增加系统容量。
除了空间复用,时间复用也是一种常见的无线资源分配技术。
时间复用是通过将时间分成不同的时隙来为不同的用户和服务分配频谱资源。
这种方法可以在时间上轮流分配频谱资源,以满足不同用户的需求。
例如,动态信道分配技术可以根据用户的实时需求来调整频谱资源的使用,并将频谱资源动态地分配给不同的用户。
此外,在5G通信中,还有一些新兴的无线资源分配技术出现,如基于物理层感知的分配、基于博弈论的分配和基于机器学习的分配等。
软件定义的无线网络中的资源分配与调度研究软件定义的无线网络(SDWN)是一种新兴的通信技术,它利用软件定义网络(SDN)的概念和技术,将无线网络的资源分配与调度交给中央控制器进行管理。
在传统的无线网络中,资源分配与调度往往是由基站或移动设备自主完成的,缺乏统一的调度策略和对网络全局性的优化。
而在SDWN中,通过从网络控制平面中抽象出集中的管理平台,可以实现对无线网络资源的集中管理,并通过智能算法进行资源分配与调度的优化。
在SDWN中,资源分配与调度的研究面临着许多挑战。
首先,由于无线网络的复杂性,资源分配与调度需要考虑多个因素,例如无线信道的质量、用户的需求、网络拓扑结构等。
因此,如何设计高效的资源调度算法成为一个重要的问题。
其次,由于SDWN中的资源分配和调度是由中央控制器进行管理的,因此如何实现高效的控制器与基站或移动设备之间的通信和协作也是一个关键问题。
最后,由于无线网络中的资源分配和调度是实时的,因此如何在有限的时间内做出决策并进行调度也是一个重要的挑战。
为了解决以上挑战,研究者们提出了许多资源分配与调度的方法和算法。
其中之一是基于马尔可夫决策过程(Markov Decision Process,MDP)的方法。
MDP是一种用于模拟随机决策过程和资源分配的数学框架,通过建立模型和定义奖励函数,能够实现对资源的优化分配。
在SDWN中,通过建立MDP模型,可以根据网络状态、用户需求和系统性能等因素,制定最佳的资源分配策略,从而提高网络的吞吐量和用户的体验。
另外,还有一些基于机器学习的方法被应用于SDWN的资源分配与调度中。
机器学习算法可以通过从大量的数据中学习和提取规律,实现对资源的智能分配。
例如,可以使用强化学习算法训练一个智能控制器,使其能够根据网络状态和用户需求,自动调整资源分配策略。
另外,也可以使用监督学习算法训练一个分类器,来预测不同网络状态下的最佳资源分配方案。
这些机器学习的方法在一定程度上能够提高SDWN的资源分配和调度性能。
无线体域网资源分配研究 张莉 (重庆邮电大学,重庆400065)
摘 要 无线体域网旨在提供实时的、无处不在的人体监测来执行独立的早期预测、诊断和身体跟踪响应的护理,并 日渐成为研究和应用的热点。随着WBAN在人类日常生活中的重要性日趋突出,专用于无线体域网的标准 IEEES02.1 5.6于2012年颁布。本文主要针对多个体域网网间和单个体域网内部的资源分配进行研究,考虑 WBAN的异质性以及传感器节点的异质性,同时对体域网资源分配的研究现状和不足进行分析和总结。最 后,分析了无线体域网资源分配需要解决的问题和未来研究的方向。 关键词 无线体域网;网问资源分配;网内资源分配 中图分类号TN929.5 文献标识码A 文章编号1008—5599(2014)08—0033—04
目前无线体域网(WBAN,Wireless Body Area Network)倾向于是无线个域网的延伸,在近距离无线 通信领域,虽然存在无线个域网技术,但体域网这一 概念将近距离无线通信的传输距离规定得更短,从而 限定在人体周围。WBAN就是以人体为中心,由分布 在人身体上、衣物上、甚至人身体内部的各个节点和 个人终端等组成的通信网络。通过WBAN,人可以和 其身上携带的个人电子设备如个人数字助理、手机等进 行通信,数据同步等,也可以在多个WBAN之间实现 信息的交互。 无线体域网虽然是无线通信技术的进一步发展和延 伸,但是由于无线体域网中的很多设备主要在人体周围 或者体表甚至体内工作,所以无线体域网较传统无线传 感器网络和ad—hoc网络有很多独特的特点:无线体域 收稿日期:201 4 06—05 网的传输范围小;无线体域网传输技术对人体的伤害必 须小;无线体域网中节点的异质性;无线体域网用户的 异质性;无线体域网中的各个节点的生命周期长;无线 体域网需要具有移动性;无线体域网中数据的安全性; 无线体域网的节点体积要小。 无线通信技术的飞速发展,使可用的有限无线频谱 资源十分珍贵。而无线体域网由于其自身的特点和要 求,对无线频谱资源的要求更为苛刻,必须实现能够 充分利用所分配的频谱资源的同时也要保证对人体健 康没有伤害,故WBAN所能使用的频谱资源是相当有 限的。也就使得已有的应用于其它无线网络中的网络 协议和算法并不能直接适用于无线体域网,因此必须 寻找新的满足无线体域网特征和需求的网络通信协议和 算法。
・2014年第8期・ 33 鉴于WBAN共享频谱资源,于是当多个WBAN 物理上相距较近时,若每个WBAN各自独立地使用频 谱资源进行信息传输,必然导致WBAN之间的干扰。 如果此情形下能够将多个WBAN组织起来,协调资源, 自然能够有效消除它们之问的干扰。本文试图从无线体 域网网间资源分配和网内资源分配两个方面,阐述现有 的研究如何实现网间干扰消除,网内资源分配,并对这 些方法进行简要的阐述总结,最后指出网间资源和网内 资源分配的新思路。
1 无线体域网标准协议 为了协调不同国家和地区的研究机构和企业在 WBAN研究中存在的不可避免的差异性,国际标准 化组织IEEE一直积极推动WBAN和其相关技术标 准的制定。IEEES02.15.4工作组自1998年3月成立 以来,主要致力于无线个域网络(WPAN,Wireless Personal Area Network)物理层和媒体接入控制层的 标准化。由于WBAN被认为是WPAN的扩展和延伸, 因此,IEEE把WBAN的标准化工作纳入IEEES02.15 工作组。2003年l0月,IEEE802.15工作组推出了用 于低速无线个域网的IEEE802.15.4标准。2007年11 月,IEEE 802.15工作组正式建立了第6任务组TG6, 致力于WBAN的标准化工作。从此,无线体域网很 多技术的研究开始朝着统一的概念和标准迈进。2012 年4月,IEEE工作组正式提出了应用现有的工业、科 学和医疗(ISM)频段的针对人体内外的短距离通信的 IEEE802.15.6标准——无线体域网。这也标志着体域 网的发展翻开了崭新的一页。 该标准定义了一种介质访问控制(MAC)层来支持 多种物理(PHY)层。简要概述了PHY层和MAC层规 范以及IEEE 802.15.6标准的带宽效率。并且对网络层, 跨层协议和服务质量做了一个简单的介绍,还讨论了标 准的安全模式。目前,IEEE 802.15.6标准定义了两种 频谱使用方式:窄带(频分)和宽带(UWB);两类信道: 34 无线信道和人体信道;3种接人模式:信标超帧模式、 非信标超帧模式和非信标非超帧模式;3种PHY层: 窄带(NB)层,超宽带(UWB)层和人体通讯(HBC) 层。每个PHY的选择都取决于应用的要求。在它的 顶部,该标准定义了一个完善的MAC协议控制访问 通道。 在IEEES02.15.6标准中定义,窄带频谱被规划为 7个频段,分别是:402~405 MHz,420~450 MHz, 863~870 MHz,902~928 MHz,950~958 MHz, 2 360~2 400 MHz,2 400~2 483.5 MHz。每个频 段又被划分为不同数目的信道。超宽带工作频段可以 分为低频段(3.25~4.75 GHz)和高频段(6.6~ l0.25 GHz),每个频段被划分为不同的信道,低频段 共有3个信道,高频段的信道数目为8,不同中心频 率之间的信道间隔相同,为499.2MHz。另外,由于 WBAN是以人体为中心的,不同类型的人对其需求程 度各不相同,所以WBAN异质性。而WBAN节点异 质性主要体现在信道质量、通信距离、功能、几何火小、 数据通信量需求、能耗大小、电池剩余量以及其它传感 器节点的关联性等方面的差异性。
2组网架构 在IEEE802.15.6标准中规定了WBAN网络架构 有两种基本形式:单跳的星形和多跳的扩展星形,如图 1所示。
Node2 Nodel iHub ]-~一 )Node4 Node3 ()Node5
・2014年第8期・
Q Node6 、、 Node1
Node2、 ; lHub-l--- : 一一 / Node4 N Node3 ‘‘Node5
单跳星形拓扑 (b)含多跳的拓腱星形 图1 WBAN的网络拓扑示例 典型的自组织网络结构模型 主要有分布式、集中式和混合式 3种。在WBAN网络中,若是把 单个WBAN看做是一个用户,那 么WBAN组网方式可以借鉴自组 织网络的组网方式。所以WBAN 网间组网方式也有集中式和分布 式两种基本方式,如图2所示。 WBAN的组网方式和规模与组网 开销、服务质量、人体类别、能 量消耗等密切相关。 采用集中式组网时,由控制中心(CC)集中实施 各WBAN的频谱资源管理与分配。各WBAN向CC 提交相关信息,如数据通信量需求和WBAN异质性(可 以是WBAN优先级),然后CC根据已有的频谱资源和 从各WBAN获取的相关信息,基于一定的公平性准则 统筹频谱资源的分配。 采用分布式组网时,WBAN之间需要交换相关信 息。考虑到网络中WBAN的退出或新的WBAN的加入, 网络中的每一个WBAN均需要即时更新这些消息。基 于一定的公平性准则,WBAN之间可采用协作或非协 作的方式使用频谱资源,如何引入合作博弈或非合作博 弈理论指导频谱分配。 3相关研究现状 目前,有关体域网的研究大部分都集中在物理层。 而对于体域网中的MAC研究,很多研究者都是在直接 假设星型拓扑是最佳拓扑的情况下进行的。 4存在的问题及进一步的工作 对于体域网来说,由于采用无线链路和电池供电, 以及WBAN用户使用的Hub终端不同,WBAN可以 使用的带宽资源和能量资源十分有限,且带有一定的差 图2 WBAN组网示例 异性,以致链路间干扰问题很难处理。所以要求处于同 一密集空间下的体域网间能够合理分配信道资源,ltt ̄t, 体域网中的节点也要合理使用信道资源,但又必须要考 虑到最大限度的减少对人体的影响或者是伤害,因此研 究体域网在能量和资源受限的情况下,如何合理的分配 资源以使得效用最大化成为热点。 4.1网间资源分配存在的问题及进一步的工作 随着WBAN技术的发展,多个WBAN同时出现 的场景会越来越常见,如监护中心、娱乐中心等。有关 WBAN网间的研究大部分都是针对如何降低网间干扰, 主要包括功率控制、组网方式、接入模式与媒体访问控 制等方面,其中资源分配也是降低干扰的有效途径之 一。
由于新制定的IEEES02.15.6标准只给出了单个体
域网内部的相关规定,并未涉及多个WBAN,所以本 文认为对于网间资源问题目前主要存在以下4个方面亟 需解决。 (1)新标准中并未给出多个WBAN组网方式,也 未涉及到如何分配有限资源才能够减少WBAN之间的 干扰并且实现资源的合理利用,可以考虑参考自组织网 络组网特性进行组网设计。 (2)多个WBAN组网的容量最大化问题。在给定 频谱资源和有多种约束条件下,多个WBAN组网规模 大小。并且针对组网规模大小,WBAN类型等因素, 来考虑选择何种组网方式进行组网,来尽可能的减少网
・2014年第8期・ 35—— 间干扰,降低能耗。 (3)考虑不同组网方式对资源分配的影响,针对不 同组网方式设计最优资源分配方案,获得资源分配的合 理性和WBAN用户的公平性。 (4)考虑WBAN的异质性对资源分配的影响,既 考虑尽可能多的为WBAN提供服务,又要考虑满足各 种不同优先级WBAN的服务质量要求,如需求程度高 的用户可以获得优先分配资源的权利。 4.2网内资源分配存在的问题及进一步的工作 目前有关体域网资源分配的研究,大部分研究文献 或者研究对象都是针对于标准IEEE802.1 5.4来开展的, 而针对新出的IEEE802.1 5.6标准所做的研究相对来说 比较少。这也使得以前的部分研究较现有标准有了一定 的偏差性。不能很好的和现有标准匹配结合起来。所以 本文对存在的问题和未来的研究方向提出以下几方面的 思路。 (1)在现有研究工作的基础上,重新结合 IEEE802.15.6标准来进行系统和深入的研究设计。针 对不同的信道资源特性和WBAN业务特性,来设计最
36 Abstract Keywords
优的网内资源分配方案。 (2)考虑WBAN中节点的异质性,根据传感器节 点所传输信息对人体的重要程度的不同来设置优先级, 优先分配信道资源,来满足WBAN旨在监护人体健康 的目的。 (3)建立一个梯度方案,将多个无线体域网间的 资源分配与单个无线体域网内的资源分配有效的结合起 来,形成完善的WBAN资源分配方案。