Abstract-Det finns ett växande intresse för att utnyttja störningar (snarare än att undvika det) för att öka nätverkets genomströmning. Framför allt verkar den så kallade successiva störningsavstängningen (SIC) mycket lovande, på grund av dess förmåga att möjliggöra samtidiga mottagningar från flera sändare samt interferensavvisning. Även om SIC har studerats i stor utsträckning som en fysisk lagerteknik, är dess forskning och framsteg i samband med trådlösa nätverk med multi-hop fortfarande begränsade. I detta dokument försöker vi besvara följande grundläggande frågor. Vilka begränsningar har SIC? Hur kan man övervinna sådana begränsningar? Hur optimerar man interaktionen mellan SIC och undvikande av störningar? Hur inkorporerar man flera lager (fysiskt, länkat och nätverk) i en optimeringsram? Vi anser att enbart SIC inte är tillräckligt för att hantera störningar i ett trådlöst nätverk med flera kanaler, och förespråkar användning av gemensam SIC och undvikande av störningar. För att optimera ett gemensamt system föreslår vi ett cross-layer-optimeringssystem som innehåller variabler på fysiska, länk- och nätverkslager. Detta är det första arbetet som kombinerar successiv störningsavstängning och störningsundvikande i trådlösa multi-hop-nätverk. Vi använder numeriska resultat för att bekräfta giltigheten i vårt optimeringsramverk och ge insikter om hur SIC och undvikande av störningar kan komplettera varandra på ett optimalt sätt. Interferens betraktas allmänt som det grundläggande hindret för överföring av prestanda i trådlösa nätverk. I nätverksgemenskap är en naturlig och huvudsaklig ström metod för att hantera störningar att använda vissa system för att undvika störningar, som kan göras antingen genom deterministisk resource allokering (t.ex. TDMA, FDMA, eller CDMA) eller slumpmässiga åtkomstbaserade system (t.ex., CSMA, CSMAlCA). Kärnan i ett system för att undvika störningar är att avlägsna eventuell överlappning mellan de sändande signalerna (orsaken till störningar). Även om det är lätt att förstå och enkelt att genomföra, kan ett system för att undvika störningar i allmänhet inte erbjuda en per formance nära den teoretiska gränsen för nätverksinformation [25]. På senare tid har intresset ökat för att utnyttja interferens (snarare än att undvika den) för att öka nätgenomströmningen (se avsnitt II för relaterat arbete). I grund och botten möjliggör en sådan interference-exploateringsmetod överlappning mellan sändande signaler och förlitar sig på några avancerade avkodningssystem för att återställa störningar. I synnerhet förefaller det s.k. interferensuppsägningssystemet (SIC) mycket lovande [1], [3], [7], [9], [15], [28] och har redan dragit till sig utvecklingsinsatser från industrin (t.ex. QUALCOMM:s CSM6850 chipset för cellulär basstation [18] ). Under SIC, en mottagare försöker avkoda samtidiga signaler från flera sändare suc cessively, med början från den starkaste signalen. Om den starkaste signalen kan avkodas kommer den att subtraheras från den aggregerade signalen så att SINR (signal-till-interference-och-bruise-ratio) för de återstående signalerna kan förbättras. Sedan fortsätter SIC-mottagaren att avkoda den näst starkaste signalen och så vidare, tills alla signaler avkodas, eller upphör om signalen inte längre är decodable (se avsnitt III för mer information). Även om SIC har studerats i stor utsträckning som en fysisk lagerteknik, är dess begränsning och optimala tillämpning i samband med trådlösa multi-hop-nätverk fortfarande begränsad. I detta dokument kommer vi att försöka besvara följande grundläggande frågor. • Vilka begränsningar har SIC? Hur kan man övervinna sådana begränsningar? • Hur utvecklar man en optimeringsram för optimal interaktion mellan SIC och störningsundvikande? Hur inkorporerar man variabler från flera lager (fysiskt, länkat och nätverk) i ett sådant optimeringsramverk? Vi tar en formell optimeringsmetod för att ta itu med dessa grundläggande frågor. Vi finner att SIC:s begränsningar härrör från dess stränga begränsningar vid avkodning av flera signaler. För att kunna avkoda aggregerade signaler successivt måste en SIC-mottagare uppfylla en rad SINR-begränsningar för sina mottagna signalbefogenheter. På grund av dessa begränsningar finns det dessutom en avkodningsgräns för SIC i dess förmåga att samtidigt ta emot eller avbryta störningar. Som ett resultat, SIC ensam är otillräcklig för att hantera alla samtidiga störningar i ett trådlöst nätverk med flera användare. Det är intressant att lägga märke till att SIC:s begränsningar kan kompenseras just genom det traditionella systemet för att undvika störningar. Därför förespråkar vi gemensamt utnyttjande av störningar och undvikande av störningar, som kombinerar det bästa av båda världarna samtidigt som vi avlägsnar varandras fallgropar. Vi anser att ett sådant gemensamt tillvägagångssätt är mest effektivt när det gäller att hantera störningar i ett trådlöst multi-hop-nätverk. Även om det är lätt att förstå behovet av en sådan gemensam strategi, uppstår ett antal nya tekniska utmaningar inom ramen för ett multihopnät. Detta gäller särskilt när vår optimeringsutrymme omfattar fysiskt lager SIC, länklager schemaläggning, och nätverk lagerflöde routing. Vi tar itu med dessa nya utmaningar genom att utveckla en formell optimeringsram, med cross-layer formulering av fysisk, länk, och 978-1-4673-0775-8/12/$31.00 ©2012 IEEE 424 nätverkslager. Denna nya optimIzation ram erbjuder en holistisk design utrymme för att klämma ut mest av störningar och lägga en matematisk grund för modellering och analy sis av en gemensam störning utnyttjande och undvikande system i ett multi-hop trådlöst nätverk. Såvitt vi vet är detta den första ansträngningen i denna riktning. För att visa den praktiska nyttan av vårt optimeringsramverk genomför vi en fallstudie om maximering av nätverksgenomströmning. Våra numeriska resultat bekräftar effektiviteten i detta ramverk och ger oss insikter om hur SIC ska interagera optimalt med ett system för att undvika störningar. Resten av detta dokument är organiserat enligt följande. Avsnitt IT presenterar relaterade arbeten om interferensexploatering. Avsnitt III erbjuder en primer på SIC och illustrerar dess fördelar. I Section IV diskuterar vi några inneboende begränsningar av SIC. I avsnitt V förespråkar vi en gemensam interferensexploatering och undvikande för att övervinna dessa begränsningar. I Section VI utvecklar vi matematiska modeller för begränsningar inom ramen för ett sådant system. I avsnitt VII utvecklar vi en formell optimeringsram för gemensamt system för att undvika störningsanvändning. I Avsnitt VIII tillämpar vi vårt optimeringsramverk på en fallstudie och presenterar några numeriska resultat. Avsnitt IX avslutar detta dokument. [27], som alla syftar till att göra det möjligt för en mottagare att avkoda flera signaler samtidigt, och avvisa störningar från andra oavsiktliga sändare. En översyn nyligen av hur man tillämpar störningsavstängning för cellulära system gjordes under [1], där SIC placerades som en av de mest lovande teknikerna för att minska störningar på grund av dess enkelhet och effektivitet. Observera att den SIC som behandlas i detta dokument skiljer sig från vissa nya system för att avbryta störningar, t.ex. analog nätkodning [13] och ZigZag-avkodning [17]. Båda föreslogs för att lösa paketkollisioner, och de kräver kunskap om några bitar i ett av kollipaketen. SIC skiljer sig också från smarta antennbaserade interferens annullering system, såsom Zero-Forcing Beam Forming (ZFBF) problem, författarna anses fasta rutter i nätverket (t.ex., baserat på kortaste vägen), och därefter utvecklat en girig heuristisk schemaläggning algoritm baserad på konfliktuppsättning graf. Länkplaneringsproblem för trådlösa nätverk med SIC undersöktes också i [16], men den aggregerade interferenseffekten av den praktiska SINR-modellen övervägdes inte. I [7], Gelal et at. föreslog ett ramverk för topologikontroll för att utnyttja SIC. De studerade hur man kan dela upp ett nätverk topologi i ett minimum av sub-topologier där uppsättningen länkar i varje sub-topologi kan vara aktiv samtidigt. I [28], Weber et at. studerade asymptotisk överföringskapacitet för ett ad hoc-hopnät med SIC enligt en förenklad modell där alla signaler från sändare inom en viss radie kan avkodas med lyckat resultat. Mer realistisk SIC-modell för asymptotisk överföringskapacitet utforskades senare av Blomer och Jindal [3]. Vi noterar också ett nyligen publicerat dokument [21] [21] visar att deras SIC-system inte till fullo utnyttjade fördelarna med SIC. De betraktade bara ett enkelt nätverk med två länkar. De jämförde den kompletteringstid som krävs för att överföra ett paket på både länkar med och utan SIC. När utan SIC, de två länkarna överför data sekventiellt och slutförandet tid är summan av den tid som används på båda länkarna. Med SIC kan de två länkarna överföra data samtidigt och avslutningstiden definierades som den maximala tid som används av dessa två länkar. Vi hävdar att en sådan jämförelse inte är helt rättvis, eftersom den länk som avslutar sin överföring först kan börja överföra andra paket i stället för att vara sysslolös. Hittills är resultaten av hur man tillämpar SIC i ett multi-hop-nätverk fortfarande mycket begränsade, särskilt de resultat som bygger på ett formellt optimeringsramverk som utforskar interaktionen mellan interferensexploatering och annullering. Detta är ämnet för detta dokument.
I arbetet av Jiang et al., REF författarna utformade en optimal algoritm för multi-hop ad hoc-nätverk med SIC.
Squeezing the most out of interference: An optimization framework for joint interference exploitation and avoidance
{'venue': '2012 Proceedings IEEE INFOCOM', 'journal': '2012 Proceedings IEEE INFOCOM', 'mag_field_of_study': ['Computer Science']}