無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)容量研究進展*

肖雪芳，雷國偉

(1.廈門理工學(xué)院光電與通信工程學(xué)院 廈門361024；2.北京郵電大學(xué)電子工程學(xué)院 北京100876；3.集美大學(xué)理學(xué)院 廈門361021)

1 引言

隨著無線通信網(wǎng)絡(luò)用戶的日益龐大，各種無線接入技術(shù)也飛速發(fā)展。特別是隨著“三網(wǎng)融合”概念的提出，更加速了多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的泛在融合。然而以頻譜為代表的無線網(wǎng)絡(luò)資源則顯得日趨緊張，因此，一方面必須對無線網(wǎng)絡(luò)資源進行整體規(guī)劃、智能管理、優(yōu)化決策和調(diào)度，以提高網(wǎng)絡(luò)資源的合理利用；另一方面，采用自適應(yīng)調(diào)制(AM)技術(shù)、多天線(MIMO)技術(shù)、認知無線電(CR)技術(shù)等提高無線頻譜利用的有效性，以提高無線通信系統(tǒng)的信道容量。然而，傳統(tǒng)無線通信的容量研究主要是建立在特定點對點信道下尋求達到最佳理論性能界限或信道容量?；邳c對點通信的香農(nóng)定理在無線蜂窩通信系統(tǒng)中的應(yīng)用獲得了巨大的成功，但是在高度網(wǎng)絡(luò)化的通信系統(tǒng)中面臨巨大的困難。如何將香農(nóng)信息理論推廣至多個無線節(jié)點組成的復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，解決多個發(fā)送者、多個接收者之間的相互作用(如干擾、合作等)問題，從而指導(dǎo)無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計，一直是網(wǎng)絡(luò)信息論研究者努力的目標。

目前，對無線網(wǎng)絡(luò)容量的研究已涌現(xiàn)了大量開拓性的成果[1～10]。Gupta和Kumar針對自組織(Ad Hoc)無線網(wǎng)絡(luò)下的網(wǎng)絡(luò)容量進行分析，提出了4種網(wǎng)絡(luò)模型情況下各自所能達到的容量界[1]，即隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)的增加，平均每個節(jié)點所能獲得的吞吐量則以標度率(scaling law)下降。該文獻成為無線網(wǎng)絡(luò)容量領(lǐng)域的經(jīng)典論文，從而拉開了無線網(wǎng)絡(luò)容量研究的序幕。但該文獻討論的對象僅限于獨立同分布的靜態(tài)節(jié)點，另外節(jié)點的功率、網(wǎng)絡(luò)流量模式等也比較單一。之后，Grossglauser等人研究了隨機網(wǎng)絡(luò)節(jié)點運動情況下，采用多用戶分集和數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)，理論上可以使源—宿之間的平均吞吐量不再受節(jié)點數(shù)目變化的影響[2]。但該結(jié)果是在信道狀態(tài)信息完全已知的前提下獲得的，如果節(jié)點運動速度太快，則無法獲取網(wǎng)絡(luò)的拓撲信息，由此帶來信道估計的困難勢必影響網(wǎng)絡(luò)的吞吐量[3]。另外，以上結(jié)果還沒有考慮到路徑損耗、節(jié)點功率及網(wǎng)絡(luò)時延等因素。參考文獻[4]在研究網(wǎng)絡(luò)傳輸容量時結(jié)合了路徑損耗和吸收衰減的因素。參考文獻[5，6]討論了節(jié)點的傳輸功率以及功率控制給網(wǎng)絡(luò)容量帶來的影響。參考文獻[7，8]在研究網(wǎng)絡(luò)吞吐量時考慮了數(shù)據(jù)分組時延的因素?？傊@些文獻都從理論上探討了無線網(wǎng)絡(luò)的容量界和不同參數(shù)對網(wǎng)絡(luò)容量的影響，但由于實際無線網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，因此還難以給出無線網(wǎng)絡(luò)容量的一般表達形式。參考文獻[9，10]嘗試著以二維柵格網(wǎng)和環(huán)型網(wǎng)為例，給出了規(guī)則拓撲網(wǎng)絡(luò)的容量閉式解，為一般網(wǎng)絡(luò)的容量研究提供了借鑒。伴隨著網(wǎng)絡(luò)容量理論研究的同時，一些提高網(wǎng)絡(luò)容量的優(yōu)化方法和技術(shù)也相繼提出[11～31]。如采用基礎(chǔ)設(shè)施[11～13]、多 信 道 多 射 頻[14，15]、智 能 天 線 技 術(shù)[16，17]、MIMO技 術(shù)[18～20]、超寬帶技術(shù)[21，22]、認知無線電技術(shù)[23～25]、網(wǎng)絡(luò)編碼與協(xié)作傳輸[26～29]、廣播和多播[30]策略、多分組多數(shù)據(jù)流[31，32]、路由策略[33]等。

無論是從理論還是從技術(shù)上來講，對自組織網(wǎng)的容量研究已趨于成熟。但是，在無線通信技術(shù)飛速發(fā)展的今天，涌現(xiàn)出了多種類型的無線網(wǎng)絡(luò)，如：無線局域網(wǎng)(WLAN)、WiMAX、Wi-Fi、無 線 個 域 網(wǎng)(WPAN)、無 線 網(wǎng) 狀 網(wǎng)(WMN)、無線傳感器網(wǎng)(WSN)等。雖然對這些網(wǎng)絡(luò)的容量也有相關(guān)的研究，如WMN的網(wǎng)絡(luò)容量[34，35]和WSN的網(wǎng)絡(luò)容量[36]，但這些研究無疑還是在自組織網(wǎng)的理論基礎(chǔ)上進行的。目前，雖然有相關(guān)綜述性的文章，但主要是針對某一類型如自組織網(wǎng)[37]或網(wǎng)狀網(wǎng)等進行討論[38]。在網(wǎng)絡(luò)泛在的大趨勢下，采用不同組網(wǎng)技術(shù)的異構(gòu)認知與網(wǎng)絡(luò)融合將是未來網(wǎng)絡(luò)容量研究的重點和關(guān)鍵。相關(guān)的研究還不多，本文正是在此背景下深入探討無線網(wǎng)絡(luò)容量的發(fā)展和研究方向。下面先從理論角度和技術(shù)角度分別進行闡述。

2 理論研究

由于無線網(wǎng)絡(luò)中有關(guān)網(wǎng)絡(luò)容量的概念比較繁雜，為此歸納了幾種典型的網(wǎng)絡(luò)容量概念[1～4，39～45]，見表1。

目前研究頻率最高的主要是圍繞傳送容量[1～4,39～40]和平均節(jié)點吞吐量展開的[41，42]。根據(jù)表1中的傳送容量定義，當平均空間傳送距離為1 m時，傳送容量即退化成吞吐量容量。參考文獻[1]首先介紹了兩種類型網(wǎng)絡(luò)：擴張型網(wǎng)絡(luò)(extended network)和密度型網(wǎng)絡(luò)(dense network)，然后主要就二維平面密度型網(wǎng)絡(luò)研究了4種情況下的平均節(jié)點網(wǎng)絡(luò)容量界，見表2。

表1 幾種典型的網(wǎng)絡(luò)容量概念

表2 平面密度型網(wǎng)絡(luò)的容量界

表2中采用了Knuth函數(shù)表示法，Ο表示漸進上限，Ω表示漸進下限，Θ表示上下同時逼近。相比傳送容量而言，傳輸容量以新的角度研究網(wǎng)絡(luò)容量[43]。其核心思想是基于網(wǎng)絡(luò)中信干比的統(tǒng)計特性，即Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的總干擾信號功率服從穩(wěn)態(tài)分布[44]?？梢钥吹?，傳輸容量和傳送容量還是有一定聯(lián)系的。根據(jù)表中傳輸容量的概念，其值與傳輸半徑的關(guān)系為Θ(r-2)，另外傳輸范圍和節(jié)點數(shù)的關(guān)系又為r2∝1/n，因此傳送容量就與λr有關(guān)，即規(guī)律為Θ(1/n1/2)。由于傳輸容量能夠反映在數(shù)據(jù)率、帶寬、中斷概率一定的情況下，無線網(wǎng)絡(luò)能夠支持的用戶數(shù)，因此，在分析Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)時傳輸能量也被看作一種重要的性能指標。除了表2中介紹的之外，還有一些傳輸容量的變種[45，46]，限于篇幅不進行贅述。

雖然Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)容量的理論分析已取得了大量的成果，但由于mesh網(wǎng)和Ad Hoc網(wǎng)之間的差別，其研究結(jié)果可能無法直接應(yīng)用于mesh網(wǎng)。比如，mesh網(wǎng)中可能同時存在固定的Ad Hoc節(jié)點，又存在移動的Ad Hoc節(jié)點，因此參考文獻[1]采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并不匹配。參考文獻[34]從mesh的鏈式拓撲推廣到任意拓撲，指出平均每個節(jié)點的吞吐量隨節(jié)點數(shù)以Ο(1/n)下降。隨后，參考文獻[35]發(fā)現(xiàn)在節(jié)點到網(wǎng)關(guān)這一段，給節(jié)點增加發(fā)射功率級可使吞吐量改善為Ο(1/δn)。特別在多網(wǎng)關(guān)情況下，可使效果更為明顯?？傊?，對mesh網(wǎng)絡(luò)來說，影響網(wǎng)絡(luò)容量的因素很多，網(wǎng)絡(luò)拓撲、網(wǎng)絡(luò)流量類型、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點密度、節(jié)點功率、節(jié)點移動性等在容量估計與優(yōu)化中都必須考慮[38]。因此，有很多文獻就mesh容量提出了跨層優(yōu)化的思想[47，48]。

3 技術(shù)研究

盡管Gupta和Kumar從理論上給出了無線網(wǎng)絡(luò)容量所能達到的性能界，人們還是努力通過各種技術(shù)提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐容量，分別有如下一些技術(shù)手段。

（1）物理模型下使用滲透理論

Franceschetti等人提出[49]，在物理模型下，使用滲透 (percolation)理論設(shè)計路由策略,由一些節(jié)點構(gòu)成類似“高速公路”的跨越源—宿之間的所有節(jié)點。該“高速公路”就像一個滲透的管道，源節(jié)點把數(shù)據(jù)傳送到附近處于管道內(nèi)的節(jié)點，再經(jīng)由管道以高數(shù)據(jù)率送達離宿節(jié)點最近的管道內(nèi)的節(jié)點，最后傳送給宿節(jié)點。理論證明，無論是隨機網(wǎng)絡(luò)還是任意網(wǎng)絡(luò)，都可以得到更為緊密的容量上下界值，即單個容量的界值是Θ(1/n1/2)的速率。

（2）采用固定基礎(chǔ)設(shè)施

由基礎(chǔ)設(shè)施支持的Ad Hoc網(wǎng)相繼被提出[11～13]，其中參考文獻[13]提出混合(hybrid)自組織網(wǎng)的概念，網(wǎng)中Ad Hoc節(jié)點獨立同分布且具有相同的發(fā)射功率，基站規(guī)則分布且把區(qū)域分成許多六邊形蜂窩狀?；局g的通信采用

高速寬帶有線網(wǎng)連接。加入基礎(chǔ)設(shè)施的好處是使源—宿之間的跳數(shù)保持不變，而純Ad Hoc網(wǎng)的源—宿之間的跳數(shù)則隨節(jié)點數(shù)以1/n1/2的關(guān)系增長。可以說采用固定基礎(chǔ)設(shè)施的實質(zhì)是以減少跳數(shù)的增加改善網(wǎng)絡(luò)容量。

（3）采用多信道多射頻接口

[1]研究的是單信道單射頻接口的情形,對此參考文獻[14，15]討論了多信道多接口的網(wǎng)絡(luò)容量。在無線網(wǎng)絡(luò)中采用多信道技術(shù)，讓相鄰鏈路使用不同信道，這樣就可以減少因干擾引起的信道容量衰減。但是在多信道無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，若每個節(jié)點只有單一射頻接口，那么每個射頻接口和不同節(jié)點進行通信時就要不停地切換信道。這樣會造成網(wǎng)絡(luò)拓撲的時刻變化，切換時間帶來的時延也會影響網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。因此，使用多射頻、多信道的無線網(wǎng)絡(luò)，可使每個射頻接口具有獨立的MAC和物理層特性，可以通過路由控制協(xié)調(diào)不同節(jié)點間的通信，從而達到網(wǎng)絡(luò)容量的優(yōu)化。

（4）利用智能天線技術(shù)

Yi等人通過討論在任意網(wǎng)絡(luò)中使用智能天線[16]發(fā)現(xiàn)：若發(fā)射端天線使用的波束寬度為α，接收端使用的波束寬度為β，則網(wǎng)絡(luò)容量可獲得2π的增益。而在隨機網(wǎng)絡(luò)中這個結(jié)果可以達到4π2/αβ。文中還特別提出，如果波束寬度α、β減小的程度與1一樣快，則網(wǎng)絡(luò)中的吞吐容量可以不受節(jié)點數(shù)的影響。參考文獻[17]則具體從硬件的角度討論天線參數(shù)如天線增益、波束寬度等對網(wǎng)絡(luò)容量的影響。

（5）利用MIMO技術(shù)

為了考察MIMO技術(shù)對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)容量的影響，參考文獻[18]介紹了容量界域(capacity region)和數(shù)據(jù)率界域(rate region)的概念。通過比較發(fā)現(xiàn)，采用MIMO技術(shù)對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)容量的增益和對點對點通信系統(tǒng)的增益貢獻是相似的。參考文獻[19]提出在網(wǎng)絡(luò)中有多個發(fā)射節(jié)點和單個接收節(jié)點，每個發(fā)射節(jié)點只使用一根天線發(fā)射，而接收節(jié)點同時使用多根天線分別接收來自不同發(fā)射天線的信號并且譯碼，這些天線使用的都是統(tǒng)計獨立信道。參考文獻[20]針對mesh網(wǎng)的傳輸配置問題，研究當節(jié)點的物理層使用MIMO技術(shù)時，在同樣的空間傳輸范圍內(nèi)，發(fā)射天線的數(shù)目對于網(wǎng)絡(luò)容量的影響。

（6）采用超寬帶技術(shù)

Negi等人首先將超寬帶(UWB)技術(shù)應(yīng)用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)容量的優(yōu)化[21]。文中假定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的傳輸功率均為W，在帶寬B→∞的極限情況下，推導(dǎo)得出：節(jié)點吞吐容量的上 界為O（（nln n）（α-1）/2），下界為在該基礎(chǔ)上，Honghai等人采用滲透理論，將其上下界減少了Θ（n（α-1）/2)的數(shù)量級[22]。

（7）采用認知無線電技術(shù)

認知無線電被視為解決頻譜覆蓋問題的充滿前景的方法之一，它采用機會通信的思想，在盡可能不影響主用戶通信的前提下，為從用戶開辟可用的頻譜空間。參考文獻[23]引入了輔助網(wǎng)絡(luò)ξ、α分析網(wǎng)絡(luò)容量上下界，推導(dǎo)出協(xié)議模型和物理模型下的一般結(jié)果。同時指出，參考文獻[1]的單信道、單射頻是CRN的特例。參考文獻[24]在mesh網(wǎng)中采用覆蓋認知無線電模型，基于Jovicic和Viswanath的范例[25]，在給定干擾區(qū)域內(nèi)就能夠并發(fā)傳輸。對文中討論的鏈式拓撲，增益可達33%。文中還給了一個復(fù)雜的拓撲類型，得到的增益更高。

（8）利用網(wǎng)絡(luò)編碼

網(wǎng)絡(luò)編碼的概念是由Ahlswede等人率先引入，參考文獻[26]以蝴蝶網(wǎng)絡(luò)的研究為例，指出通過網(wǎng)絡(luò)編碼，中間節(jié)點對收到的信息進行編解碼，可以達到多播路由傳輸?shù)淖畲罅鹘?。Liu等人研究了網(wǎng)絡(luò)編碼對無線網(wǎng)絡(luò)容量的貢獻[27]，并指出：在隨機網(wǎng)絡(luò)的物理模型或協(xié)議模型下，這種改善最多只有常數(shù)倍的提高；而在任意網(wǎng)絡(luò)的物理模型或協(xié)議模型下，可獲得最大Ο(ln n)數(shù)量級的容量增益。不過，文中也提出了如果不考慮物理層，很難從根本上解決參考文獻[1]的擴容問題。對此，出現(xiàn)了物理層網(wǎng)絡(luò)編碼(PLNC)的新概念[28]，即允許節(jié)點接收干擾的無線信號，再由物理層處理這些信號。參考文獻[29]從3種編碼機制討論了大規(guī)模無線網(wǎng)絡(luò)的吞吐容量。即：多點到多點編碼(MPPC)、基于MPPC的網(wǎng)絡(luò)編碼、基于MPPC的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼。為了比較前3種機制的容量增益，引入了尺度因子ω。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當ω增大到一定程度，MPPC比PPC更能改善網(wǎng)絡(luò)容量的標度率。另一方面，在尺度因子ω、傳輸功率、噪聲和路徑傳播損耗的多因素下，基于PLNC的容量增益在二維網(wǎng)絡(luò)接近2，而在一維網(wǎng)絡(luò)的容量增益可超過2。

（9）廣播、多播對網(wǎng)絡(luò)容量的影響量為Θ的多播流量為Θ（W/n）。

參考文獻[30]對多播容量問題進行了闡述。假設(shè)有n個無線節(jié)點隨機地分布在正方形區(qū)域內(nèi)，所有節(jié)點具有相同的傳輸半徑和干擾半徑R，R>r，每個無線節(jié)點均可以通過一個共同的無線信道以W bit/s的速率傳輸或接收數(shù)據(jù)。證明指出，如果有n個多播數(shù)據(jù)流，且每個數(shù)據(jù)流都有k個接收對象，那么當k=Ο(n/ln n)時，每個數(shù)據(jù)流的多播容

（10）采用多分組、多數(shù)據(jù)流的方法

無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點具有同時接收多個用戶數(shù)據(jù)分組并對它們進行有效分離的能力，而不是對于多個同時到來的數(shù)據(jù)分組只能當作沖突全部丟棄。多分組接收可有效地提高整個網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和減少數(shù)據(jù)分組的傳送等待 時 延[31，32]。

（11）采用路由策略

參考文獻[33]描述了一個移動Ad Hoc網(wǎng)的容量界域，引入了聯(lián)合調(diào)度和路由方法，把問題映射為關(guān)聯(lián)接觸圖法上的多流問題。通過關(guān)聯(lián)接觸圖法，提供了一個精確刻畫容量界域的一般方法。該方法可以把分析推廣到各向異性移動模式的同構(gòu)節(jié)點。

4 泛在網(wǎng)的容量研究

由于通信網(wǎng)絡(luò)朝著高速化、寬帶化、泛在化的方向發(fā)展，涌現(xiàn)出了各種網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，使得未來無線網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性和融合性更加突出。由于多種網(wǎng)絡(luò)的并存以及頻譜資源的日趨緊張，如何加強網(wǎng)絡(luò)間的融合、提高網(wǎng)絡(luò)智能化、保持網(wǎng)絡(luò)的頑健性、保證用戶的QoS要求等，都是新型無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需要面對的問題。而這些技術(shù)無疑都與網(wǎng)絡(luò)容量的研究密不可分，因此筆者認為，這些都將成為未來網(wǎng)絡(luò)容量研究的重要領(lǐng)域。

（1）異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的容量

網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性比較繁多，直接體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的各個層面，例如網(wǎng)絡(luò)的頻譜、網(wǎng)絡(luò)的功率和調(diào)制方式、網(wǎng)絡(luò)終端以及網(wǎng)絡(luò)的管理等方面。

目前關(guān)于異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)容量的文獻還不多，且研究得還不夠深入。參考文獻[50]提出在同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中加入幫助節(jié)點（helping node）而得到的雙層網(wǎng)絡(luò)模型。通過分析發(fā)現(xiàn)，若在帶寬等方面賦予幫助網(wǎng)絡(luò)節(jié)點更強的性能，就能獲得比同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)更高的吞吐容量。參考文獻[12]討論了混合網(wǎng)絡(luò)的容量，即無線網(wǎng)絡(luò)中與基站通信進行有線鏈接，可以通過功率控制獲得比純無線網(wǎng)絡(luò)更高的容量。這種網(wǎng)絡(luò)實質(zhì)就是傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)和純Ad Hoc網(wǎng)的融合[13]。參考文獻[51]在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中采用了認知路由矩陣以提高網(wǎng)絡(luò)容量。參考文獻[52]研究了UMTS、WiMAX及Wi-Fi等多種無線網(wǎng)絡(luò)并存的情況下，交通車輛之間采用并行多路徑傳輸帶來的吞吐量（也稱流量）情況。參考文獻[53]研究了一種mesh異構(gòu)網(wǎng)試驗平臺，對其網(wǎng)絡(luò)性能做了嘗試性的研究，但并沒有涉及到網(wǎng)絡(luò)流量或者吞吐量方面的內(nèi)容。且其對象也僅限于對特例進行仿真，并沒有做一般性的推廣。

（2）認知網(wǎng)絡(luò)的容量

認知網(wǎng)絡(luò)的概念源于認知無線電，但技術(shù)上還是存在很大差別。認知無線電一般只考慮物理層和MAC層，而認知無線網(wǎng)絡(luò)則是一種具有認知能力的網(wǎng)絡(luò)。它包括含頻譜在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)信息感知、智能決策、資源分配機制以及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等方面[54]。例如，在主網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和次網(wǎng)絡(luò)節(jié)點工作在相同頻段的情況下，準許次網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（也稱認知節(jié)點）調(diào)整傳輸功率來保證主網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的服務(wù)質(zhì)量。頻譜管理包括頻譜感知和頻譜分配。認知節(jié)點不斷感知未被主網(wǎng)絡(luò)節(jié)點使用的頻帶（也稱頻譜空洞），尋機使用頻譜進行通信。路由選擇是指節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)或離開網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓撲的變化，這就需要網(wǎng)絡(luò)具有鄰節(jié)點發(fā)現(xiàn)和拓撲重構(gòu)的能力。同時在未來的無線網(wǎng)絡(luò)中，認知網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)具備監(jiān)測更多參數(shù)的能力，包括周圍（協(xié)同或競爭）無線設(shè)備的其他共享資源、配置、時延、能耗等。在認知原理方面，認知網(wǎng)絡(luò)可以采用博弈理論、圖著色、多屬性判決等多種智能方法。

認知網(wǎng)絡(luò)容量的研究一般圍繞網(wǎng)絡(luò)中，同時存在主用戶節(jié)點和次用戶節(jié)點時，如何采用高效的頻譜管理[55]、路由策略[56]等技術(shù)，以提高網(wǎng)絡(luò)容量。而參考文獻[57]推出了一種由認知節(jié)點以多跳方式組成的智能網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)基于路由選擇與功率分配的跨層優(yōu)化，采用遺傳算法等優(yōu)化分析網(wǎng)絡(luò)吞吐量，以此性能逼近網(wǎng)絡(luò)容量上界。 參考文獻[58]研究了具有認知能力的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多射頻協(xié)作性優(yōu)化，但對該網(wǎng)絡(luò)的容量研究還不夠深入。

5 結(jié)束語

目前看來，無論在理論上或者在技術(shù)上，無線網(wǎng)絡(luò)容量的研究已取得了大量的成果。不過，這個領(lǐng)域仍然存在新的問題，也面臨著新的挑戰(zhàn)，主要有以下幾點。

（1）網(wǎng)絡(luò)容量定義的統(tǒng)一

無線網(wǎng)絡(luò)容量的定義繁多，其主流的定義可見表1。如前所述，雖然有些網(wǎng)絡(luò)容量概念在某種程度上具有關(guān)聯(lián)性，但若不加區(qū)別地運用則會帶來麻煩。因為每種網(wǎng)絡(luò)容量概念都有其存在的實際應(yīng)用背景，要根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)形式和通信方式針對性地分析。而且，表1所列的網(wǎng)絡(luò)容量定義主要基于網(wǎng)絡(luò)層描述（如空間距離、節(jié)點密度、數(shù)據(jù)分組時延等）。倘若將物理層、鏈路層等綜合考慮進來，對網(wǎng)絡(luò)容量的分析會越發(fā)復(fù)雜。不過，對網(wǎng)絡(luò)容量定義的統(tǒng)一化工作卻有一定的理論意義，在工程上也有實用價值。

（2）融合異構(gòu)認知的跨層優(yōu)化

由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，單一地從網(wǎng)絡(luò)層、物理層，抑或是MAC層都不能全面很好地分析其網(wǎng)絡(luò)容量。因此，對異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的容量研究必須跨層、跨協(xié)議地展開。早在2003年，Shakkottai等人就對跨層設(shè)計在無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用進行了研究[59]，利用跨層設(shè)計在協(xié)議棧各層之間進行交互以實現(xiàn)優(yōu)化?；诖耍P者提出跨層映射的思想，為未來的工作提供參考：從物理層出發(fā)，綜合不同網(wǎng)絡(luò)的頻譜、功率、調(diào)制方式等；從網(wǎng)絡(luò)層出發(fā)，考慮不同網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)特性、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)拓撲等差異，建立多屬性決策表，利用多屬性判決機制構(gòu)建異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的容量代價函數(shù)，進而為無線接入的網(wǎng)絡(luò)切換提供依據(jù)。對異構(gòu)無線網(wǎng)來說，垂直切換的目標和難度遠高于水平切換[60]，所以平衡異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信中的有效性和可靠性的矛盾顯得非常關(guān)鍵。

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