鲁静雅—外文文献翻译(修改版)

1华中科技大学文华学院毕业设计（论文）外文文献翻译（本科学生用）题目：_在多跳协作通信无线网络中节点流量路由和中继节点分配_学生姓名：_鲁静雅_学号：_100102021119_学部（系）:_信息科学与技术_专业年级:_10级电子信息工程_指导教师：_王丽君_职称或学位：_讲师_2014年3月3日2外文文献翻译（译成中文1000字左右）：【主要阅读文献不少于5篇，译文后附注文献信息，包括：作者、书名（或论文题目）、出版社（或刊物名称）、出版时间（或刊号）、页码。提供所译外文资料附件（印刷类含封面、封底、目录、翻译部分的复印件等，网站类的请附网址及原文】在多跳协作通信无线网络中节点流量路由和中继节点分配摘要：协作通信（CC）具有可以显著增加无线网络容量的潜力。然而，大多数现有的结果被限制为单跳无线网络。为了探索协作通信在多跳无线网络中的行为，我们为一组会话研究了中继节点分配和流量路由的联合优化问题。。我们建立了一个数学模型，提出了一种基于分支定界框架增强与切削平面（BB-CP）的解决方案。我们设计了一些新颖的组件来加速计算BB-CP的时间。经由数值计算结果，我们证明了潜在的收益率可以通过将协作通信整合进多跳网络中来实现。关键词：协同通信，流量路由，中继分配，多跳，无线网络。一、引言协作通信（CC）是一种新型的物理层机制，其中每个节点只配备一个单一的天线和空间分集，而这是通过利用网络中的其他节点上的天线来实现的。虽然一直有在协作通信方面针对物理层或是单跳通信积极的研究，但是多跳无线网络协作通信领域中的研究结果仍然非常有限。在本文中，我们通过研究中继节点分配与多跳路由流量的联合问题来探讨在多跳无线网络中的协作通信。这个问题的目的是最大限度地提高一组会话之间的最低利率，其中每个会话可能需要从源头到目的地经过多个跳。我们将解决的关键问题包括：（1）将继电器的节点（无论是用于协作通信的目的，或是作为多跳中继）分配到每个用户会话中去（2）多跳流量路由的耦合问题和中继节点分配。为了解决这个问题，我们为协作中继节点分配和多跳流量路由开发了一个数学特性描述。在该问题的非线性约束制定中，我们将通过利用一些特定问题的性质展示如何将它们转换成线性约束。最后一个问题是制定一个混合整数线性规划（MILP）的形式。我们提出了一个基于分支定界框架增强与切削平面（BB-CP）的解决方案。我们提出的解决方案包括三个可以使其高效的新型元器件。首先，我们制定一个有效的多项式时间的局部搜索算法，以产生利用沿各个跳数的协作通信的可行的流动路线。第二，通过开发我们的问题结构，我们设计出一个巧妙的策略，用于生成能显著减少我们的分支定界树中分支的数量的切割面。第三，我们提出一个创新的方法来执行分支操作，它利用特定问题的性质来选择优秀的分支，同时降低了整体的计算时间。我们的解决方案过程提供了最优的解决方案，ε即为所期望的逼近误差界限。本文的其余部分安排如下。第二部分列出了相关的工作。第三部分介绍了我们对于协作通信的参考模型。在第四部分中，我们为联合协作中继节点分配与多跳路由建立了一个数学模型并进行了问题制定。在第五部分中，我们提出了针对优化问题的解决方案。第六部分给出了数值计算结果以及第七部分总结了这篇论文。二、相关的工作最近几年来在物理层上关于协作通信的研究一直非常活跃。这些研究结果在物理层都发现他们的应用程序存在于adhoc网络中，无论是单跳网络还是多跳网络。在单跳网络中，重点主要是中继节点分配。3三、参考模型协作通信的实质是（1）利用无线广播优势（2）利用相邻节点的中继功能从而达到更高的数据速率，更低的传输错误，或是在传输中达到其它的目的。图1显示了一个关于协作通信的三节点的参考模型，其中节点s是源节点，节点d是一个目的节点，节点r为中继节点。在本文中，我们采用正交信道来解决在多跳无线网络中的争用。在这种模式下，每个节点使用用于发送和接收的单独信道，可以在不同的信道中传输和接收数据的同时没有自我干扰。这种操作可以通过使用单个天线来实现，这种天线具有足够的天线带宽，以适应不同的信道用于发送和接收。在下文中，我们提出在协作通信的情况下节点s和节点d之间可以达到的速率。我们考虑放大转发（AF）和解码转发（DF）的编码方案，以及直接传输。在放大转发(AF)下的协作通信在此模式下，中继节点R接收，放大，并将信号从源节点s（全部处于模拟形式）到目的节点d，然后目的节点d结合从节点s和节点r接收到的不同的信号，让hsd，hsr，hrd捕获分别在节点s与d，s与r，以及r与d之间各自的信道中的路径损耗，遮蔽和衰落的影响。另外，由Zd和Zr表示的分别在节点d和r的零均值背景噪声，其值分别为方差σd2和σr2，为简单起见，我们假定在一个节点上的背景噪声在不同的信道上有相同的随机属性，分别用Ps和Pr表示在节点s和节点r的发送功率。按照同样的方法，为了导出在放大转发模式下的速率，它可以表明在节点s和d之间可一达到的速率（以节点r为中继）是CAF(s,r,d)=W·IAF(s,r,d),其中，IAF(s,r,d)=log2(1+SNRsd+(SNRsr·SNRrd)/(SNRsr+SNRrd+1))，以及W为信道带宽。在解码转发(DF)下的协作通信在这种模式下，中继节点r首先解码并估计从源节点s接收到的信号，然后将估计的数据传送到目的节点d，目的节点d再结合从节点s和r收到的不同信号。在DF模式下可达到的速率可以通过以下相同的方法获得，即CDF(s,r,d)=W·IDF(s,r,d),其中，IDF(s,r,d)=min{log2(1+SNRsr),log2(1+SNRsd+SNRrd)}.直接传输（在无协作通信条件下）当不使用协作通信时，从源节点s到目的节点d可达到的速率仅为CD(s,d)=Wlog2(1+SNRsd)。首先，请注意IAF（·）和IDF（·）都在分别增加Ps和Pr的功能，这表明，为了实现无论是在放大转发还是解码转发条件下的最大速率，源节点和中继节点都应该在其最大功率值P进行传输。因此，我们设置Ps=Pr=P。其次，基于速率表达式，可以看到，虽然放大转发和解码转发是不同的物理层机制，但是两者所能达到的速率都有相同的数学形式，例如，他们都是SNRsd，SNRsr和SNRrd的函数。因此，任何专为放大转发设计的解决方案都可以很容易地扩展为针对解码转发的解决方案。其结果是，只在两者之中重点开发其中一个的解决方案即可，为此我们在本文中选择放大转发。四、在多跳网络中的协作通信A．网络设置4我们考虑在多跳无线网络中的一组会话。每个会话的数据流从源到目的地可能跨越多个跳数。正如第三部分中所讨论的，我们在网络中采用正交信道，这使得不同的节点可以同时传输而彼此之间不受干扰。我们根据中继节点的功能将网络中的中继节点分成两种类型，我们将一个用于协作通信目的中继节点（例如，图1中的节点r）称之为协作中继（CR）,而将在传统意义上用于多跳继电保护的中继节点称之为多跳中继（MR）。值得注意的是，协作中继在物理层工作而多跳中继在网络层工作。一个无线节点的物理限制可能会禁止它在同一时间在多个信道中发送（或接收）不同的数据。因此，我们假定一个中继节点既可以作为协作中继又可以作为多跳中继，但是不能同时作为协作中继和多跳中继。这也限制了一个多跳中继只能从一个节点接收数据，，并在任何给定时间内将数据传输到其它的一个节点。同样的，一个协作中继节点可以至多作为一个发射机和接收机的服务对。出于同样的原因，一个源节点（或目的节点）不能作为协作中继。B．数学建模在本节中，我们为节点流量路由和中继节点分配问题提出了数学模型。用N表示网络中的节点集合，则|N|=N。在集合N中，有三个节点子集，即（i）源节点集合为Ns={s1,s2,···,sNs}，其中Ns=|Ns|，（ii）目的节点集合为Nd={d1,d2,···,dNd}，其中Nd=|Nd|=Ns，和（iii）剩余的可用于作为协作中继或多跳中继的节点集合为Nr={r1,r2,···,rNr}，其中Nr=|Nr|。为清楚起见，我们假设所有的源节点和目的节点均是不同的。那么我们得到N=Ns+Nd+Nr=2Ns+Nr。中继节点的作用由于CRs的存在，有必要引入整数变量来描述是否一个可用的中继节点将被用作协作中继。一个二元变量被定义用于此目的。具体来说，如果节点w在跳数（u,v）上作为一个协作中继，则该二元变量等于1，否则为0。我们还引入另一个二元变量Buv来指定在路由解决方案中从u到v的链路是否处于活动状态。即，如果v是节点u的下一跳节点，则Buv的值为一，否则为0。流量路由如前所述，由于收发器的局限性，一个节点可以在任何给定的时间内只在一个信道中传送。因此，我们将在网络层中数据的发送和接收仅限制于一个发射器和一个接收器。这可以通过以下的限制来进行数学特征描述：∑∑∑∑速率限制为了确保路由解决方案的可行性，我们必须考虑在网络中对每一跳的容量限制。也就是说，遍历链接（u,v）的总流量不得超过该链路的容量。例如，∑(∑)∑5请注意在上式的右手边（右轴），至多可有一个非零项，这取决于是否采用直接传输或是协作通信。如果采用直接传输，那么在右边的第一项是非零的且第二项为0，当采用协作通信是则反之为真。C.问题制定我们用Ns来表示在网络当中的一组会话。目标是通过一个最佳的多跳流量路由和协作中继分配来最大化所有活动会话中的最小流量。更正式地说，对于一个给定的会话（si，di），将终端到终端的流率（或吞吐量）表示为RSi，用Rmin来表示所有会话中的最小流量。那么，我们的目标就是最大化Rmin。作为我们的重新努力的一部分，我们想将非线性约束转换成线性约束。该约束包含两个变量和Buv，因此是非线性的形式。我们可以通过利用Auvw和Buv的特性来将其重新转换成线性约束。五、提出的解决方案对于混合整数线性规划问题的制定，我们提出了一个基于所谓的分支定界框架增强与切削平面(BB-CP)的解决方案。BB-CP是通过使用切削平面的方法来有效地处理整数变量的一种增强分支定界的框架。在此框架下，我们提出了一些新的具体问题的组件。我们发现在针对解决混合整数线性规划问题的过程中产生了一个最佳的解决方案，其中ε的值反映了所需的精度。在第五部分第A节中，我们给出了BB-CP框架的简要概述。然后在第B到D节中，我们描述了在求解过程中用到的几个新的组件。A．算法综述该BB-CP的求解过程由一组迭代的步骤组成，在第一个迭代步骤中，目标值的上限是通过求解混合整数线性规划问题的“宽松的版本”来获得的。这种放宽了要求的问题是以LP的形式存在的，因此可以在多项式时间内解决。但是，由于放松，在解决方案中和Buv的值可能成为分数，并且这种放宽了要求的解决方案将因此不适用于原始的混合整数线性规划问题。所以，一种局部搜索算法，我们称之为可行解建设（FSC），目的在于从放宽了要求的解决方案中获得一个可行的解决方案。从可行解建设中获得的可行的解决方案为我们提供了目标值的下限。如果上限和下限之间的间隙大于（所需的间隙），切削平面将会成为新的问题。一个切割平面是线性约束，减少了放宽了要求的问题的可行区域（但不是原来的混合整数线性规划问题），从而提高了上限和下限的值。在添加了每一个新的切割平面后，放宽了要求的LP便又一次解决了。这种放宽了要求的解决方案将产生一个改进了的上限（可能含有分数形式的和Buv的值）。每个新的上界解决方案通过我们局部搜索可行解建设的算法之后都可以被用来找到一个新的可行的下界解决方案。将切削平面添加到放宽了要求的问题中的过程将会持续下去，直到上限和下限的改进成为边缘，即，在某个百分比阈值内。在切割平面后无法再改进界限，该问题被划分为两个子问题。而这两个子问题放宽了要求之后的版本将会被解决，而可行解建设算法也会用来得到每个子问题的上界和下界。这一步完成迭代。在每次迭代之后，如果最大上限之间的间隙（在所有的子问题之中）远远大于最大下限之间的间隙（在所有的子问题之中），另一个迭代步骤（类似于第一步骤）将会在子问题具有最大上限