WLAN中合作式功率控制算法研究

王帅等

摘要：在WLAN中，延迟有限，网络整体消耗能量最小化的功率控制算法研究较少。对于该问题进行建模分析，通过理论推导，将该非凸优化问题转化成广义几何规划问题。经过分析，将问题近似为线性规划，并给出全局优化算法。对于WLAN中，多个无线接入设备在一定传输时间内的信道情况进行预测，给出延迟有限能量最小化的集中式在线算法。实验结果显示，采用提出的信道预测方法，在线算法的计算结果与集中式算法结果较为接近。

关键词：延迟有限； 能量最小化； 广义几何规划

中图分类号：TP393 文献标识码：A文章编号：2095-2163（2014）01-0088-03

0引言

在WLAN场景下，进行节点的功率控制是其基本研究任务。多数情况下，是通过控制各个通讯节点的发射功率，使系统的吞吐量最大化[1-2]。

在给定用户需要传输的数据量后，进行功率控制的目的就变为最小化各个通讯节点的总能量消耗[3]。但是各个节点对于传输数据的时间有一定的约束，不允许为了减小能量的消耗而降低发射功率并且拖延传输时间[4]。因此，需要对各个通讯节点的发射功率进行控制，并在满足一定的传输延迟的条件下，实现最小化网络总能量消耗。

在WLAN场景中，经常存在多对节点同时通讯的情况。多对无线通讯节点会互相干扰，使得互相的传输速率下降。如图1所示，节点1、2的通讯即受到了节点3、4及节点5、6通讯的干扰。为了保证通讯的实时性，节点间通讯必须在一定时间内至少传输一定的数据量，同时，无线节点的能量也是有限的，因而应当尽量减少无线节点的能量消耗。本课题在图1的场景下，通过控制各个通讯节点的发射功率，使得各个无线节点在有限通讯时间的约束下，达到了最小化总能量消耗。

分析建模，经过数学推导，得到了通讯时间有限总体消耗能量最小化的功率控制问题模型，对于该问题进行了分析，并提出了分支限界法解决该问题。在该问题进行形式化后，即将原问题转化为一个广义几何规划问题。根据分析，应用分支限界的思想，得到了该问题的全局最优解。利用求解广义几何规划的算法，得到了一个延迟有限总体能量消耗最小化的集中式功率控制的在线算法，并对未来时刻的信道进行了预测。

参考文献：

[1]WANG B， HAN Z， LIU K J R. Distributed relay selection and power control for multiuser cooperative communication networks using stackelberg game[J]. Mobile Computing， IEEE Transactions on， 2009， 8（7）： 975-990.

[2]REN S， VAN DER SCHAAR M. Pricing and distributed power control in wireless relay networks[J]. Signal Processing， IEEE Transactions on， 2011， 59（6）： 2913-2926.

[3]CELIK G D， MODIANO E. Scheduling in networks with time-varying channels and reconfiguration delay[C]//INFOCOM， 2012 Proceedings IEEE. IEEE， 2012： 990-998.

[4]CHIANG M， TAN C W， PALOMAR D P， et al. Power control by geometric programming[J]. Wireless Communications， IEEE Transactions on， 2007， 6（7）： 2640-2651.

[5]LIU S Y， WANG C F， LIU L X. A new global optimization algorithm for solving generalized geometric programming[J]. Mathematical Problems in Engineering， 2010， 3（5）： 1120-1132.