跨层设计与联合优化

2011年第03期科技月向导<科技论坛<>跨层设计与联合优化焦江朱桂萍(莱芜市人民防空办公室山东莱芜271100)[摘要]为了进一步适应无线网络环境下 各种应用的需要,提高网络性能,无线网絡的跨层设计已成为目前国内外网络研究的热点和难点问题之一。本文给出了无线网络跨层设计的定义，分析了跨层设计的原因优势和主要技术。对跨层设计和联合优化方面的研究作了介绍，讨论了跨层设计的衡量准则,接着介绍了现有的无线通信结合物理层的联合设计方法。最后探讨了无线网络跨层设计面临的挑战和今后的研究方向。[关键词]无联网络;跨层设计;联合优化0.引言学者们提出了许多不同的跨层设计方法来改善无线环境在以往的通信系统中。分层的开放系统互连(OSI,Open下传统分层协议栈无法 克服的网络串路状态动态变化、网络System Iterenneion)设计方法应用得很好,但演进的无线网和节 点资源受限带来的不利影响。我们将这些方法分成四类:络正在挑战这种设计哲学。正在出现的网络必须支持各式各层间传递 相关信息,联合优化网络相关层融合相邻层,分层样不断变化的业务类型及其服务质量(QoS,Quality of Service)作为网络最优化分解。 这四类方法的比较见表。要求以及网络拓扑结构的变化。在设计网络时。为了应对无线表跨层设计方法比较接入的挑战，各网络功能(即0S1的各层)必须统-一考虑。不同膝层设计方法!屋闻传:联合设!融合相结级优花分的应用可以从不同的优化中得到更多好处，这就需要进行具评价指标递参数解有多层次自适应特性的跨层(Cross-Layer)设计。难易度较易较难难1.跨层设计所谓跨层是指原来不相邻的各层之间也可以通信,或者层耦合度较高高_很高低，让相邻的层之间通过前没有的接口进行通信。跨层设计目标可扩展性好较好下不好是,用自适应支持所有层的QoS,自适应意味着网络协议和应统一框架无有用都有观测网络变化并做出响应的能力。如链路层叮以调整1.4跨层设计的优势速率以满足当前信道和网络状况下的应用需要。1.1跨层设计的定义1.4.1 跨层设计在优化协议栈某- -层功能的同时优化了整分层协议栈结构是网络设计中最基础最有影响力的结个网络的性能。构,协议栈中各层隐藏该层及其以下层次的复杂性,为上层提1.4.2跨层设计提高了局部和全局的自适应能力。供服务,分层结构逻辑清晰,扩展性强,鲁棒性高,便于实现。1.4.3 跨层设计减少了网络中的冗余信息量,每层之间的"然而，在严格分层协议栈网络中,整个网络系统被分割成若干信息都能被其他层所共享。。，个独立的层(模块)，相邻层与层之间的交互严格地通过层间的1.4.4 跨层设计提高网络各层对其他层内容的感知度,从静态接口来实现,非相邻层之间不允许直接交互,因此,层与而使得各层协议能够在全局范围进行调整满足网络应用QoS层之间的信息难以共享，增加了信息的冗余以及对等层间的的约束和底层网络环境。通信开销。网络优化过程中各层只利用本层次的状态信息反2跨层设计与联合优化复进行控制调整，忽视了层与层之间的协调合作,这对网络全在尤线网络中若各层次之间能够交换-一些信息, 系统性局优化产生了不利的影响。无线网络跨层设计是为了获得较能- 定能够得到大幅度的提高。于是跨层设计和联合优化也高的网络性能(如高存吐量,低延迟等),在全面综合考虑协议成为网络的研究热(问题之一 。栈各层次之间的相互关系并保留原有分层协议栈结构的基础跨层设计的联合 协议栈，不仅仅在相邻的层次中交換信上，打破严格的层与层之间的通信限制，允许协议栈各个层息。 下文中给出跨层设计和联合优化的衡量准则和两种跨层次、各个模块间“古接"交互信息，为网络运行提供必要的QoS设计方法的介绍。保障。无线网络跨层设计主要月的是通过增加本地节点层与2.1衡最准则层之间的直接交互，使得本地信息得以有效的共享从而减少在通信网络的各个层次.衡量性能的标准都是不一-样的,不同节点对等层之间的通信及信号处理F销以满足网络全局如物理层期望得到更高的传输速率，同时希望能在-定的信优化的需要。在跨层设计中需要强调的是:噪比范围内尽可能的最小化误码率(或者误符号率.误帧率);1.1无线网络跨层设计并不是完全摒弃传统的分层协议媒体接 人控制层期望增强节点的数据通过速率或信道的有效栈结构，而是在保持分层协议栈的优点的前提F ,增加不同协性(即 最大化群吐量最小化接人时延等):网络层则希银获得议层之间的直接交互提高信息共享度和控制的灵活性。更小的路由时延 和更佳的路由效率(即路由平均跳数路由时1.1.2 无线网络设计中，将整个分层协议栈一同进行跨层延等)。每一层的评判尺度都有所不同,而且相互隔离,那么寻设计过于复杂，难以实现科学有效的做法是根据QoS的约束找能够衡 量跨层设计和联合优化方法的有效性的统-的衡量条件,策略地选择若十次进行跨层设计。准则,便显得十分重要。1.2跨层设计常用的技术2.1.1 效用准则目前，跨层设计中主要采用调度技术、多样性技术和自适在通常无线通信的跨层研究中,一般遵循的衡量准则都应机制种。调度技术可以减少网络流量突发性的影响,使得是“向上一致"原则。效用准则即为“向上-一致"准则的特例。效系统更适应网络动态变化带来的挑战，满足网络应用的QoS用(Uilth这一概令首牛中Shanban笔棋出所谓“效用”。就是约束条件。多样性技术可以增强系统应对无法预知的网络动上层应用中国煤化工E论什么通信网络，态变化的能力。自适应机制可有效地管理、配置有限的网络资最终的目YH二么应用性能的好坏源和节点资源并协同多样性技术、调度技术补偿不同粒度的直接反映CN M H G各中“使每个用户的网络变化，提高系统的健壮性。效用之和最大化"可以看成是系统设计的最终的目的。1.3跨层设计的方法及比较2.1.2 能星准则184.0科技论坛0科技得向导2011年第03期在无线个域网(WPAN)的研究中.能量损耗是- - 个敏感的目前, 由于PHY-MAC的数学模型的建立较困难,仿真模话题。如何最小化能戢消耗最大化电池工作时间便成为了重型也很难搭建。 在这方面做研究成果还不多。而目前已有的要的研究目的。一般说来, WPAN设备都有比较完备的节能模PHY -MAC研究,主要是都是从最大化信道吞吐率和最小化功式。WPAN设备的节能,一般都可以分成两大块,-块是物理率损耗这两个角度来讨论的。层的功率分配、，发射功率控制;另-块则是接入控制层的功率3.总结与展望控制。尽管各种无线网络跨层设计方法取得了较好的效果,但在物理层,采用了利用信道状况信息(CSI, Channel Status是还是存 在许多的问题。传统的分层协议栈结构严谨,每层都Infomation)自适应的进行载波功率和比特分配的方法,其目的具有较高的独立性和鲁棒性。 通过跨层设计增加层间交互的即是在期望的比特速率条件下以尽量小的信噪比达到需要的同时 ,也使得各个网络层的独立性和待棒性面临严重的挑战。误帧率,当然越小的信噪比即意味着越小的发射功率。传统的网络体系结构协议栈不同层之间相对独立，便于2.2 PHY-MAC联合设计标准化和配置。而跨层设计结构主要通过增加协议栈中不同PHY-MAC的联合设计是无线通信研究的重点之一。 无线协议层的直接通 信,共享有效信息来提高网络性能，需要协议网络的传输技术和信道接人技术是无线通信研究的核心问栈内部不同层之间的相互作用。 这两种结构的互联互通面临题。而即使是在无线通信的研究中;通信距离通信环境的不着巨大的挑战。 因此，设计具有弹性的松散耦合的跨层设计结同，也使不同的无线通信物理层和信道接人的研究目标和重构,在保持传统网络各层相对独立性的同时，优化网络的性能点有相当大的区别。是未来的发展方向。C(上接第175页)工程质量动态管理,及时发现各方责任主体降低工程建设费用加快工程建设进度的- -项重要工作。在新在工程建设中存在的问题,规范其行为。二、落实包靠责任制。的形势下， 我们要努力提高市政建设工程水平和精细化施工市质监站在开通“绿色服务通道"的基础上,实行包靠责任制，水平,打造一批市政精品工程,同时,相关部门应加强执法监挑选项目的骨干力量包靠在现场,切实保证工程质量和施工督力度， 进步规范市政T.程市场行为和建设行为。在这一-过进度。三、开展T.程质最隐患排查。积极开展工程质量大检查，程中 ,市政工程各参建责任主体,应建立健全质保体系,培养针对关键的环节和部位进行隐患排查,强化法律法规和强制-批业务 素质高、操作能力强的从业人员,同时做到自控落性建没标准的落实,强化工程质量的过程控制,确保工程万无实、监管到位,使 工程质量和安全得到保证。C一失。3.结语[参考文献]在当前我国经济的持续快速发展和城市化进程的加快的[]杨建堂 加强工程建设的施工管理与质量控制.山西建筑200.大背景下,我国城市基础设施建设投资不断加大，我国市政工[2]李家康 论市政工,程施工项目管理科技资(0002程的建设不仅从数量上持续增加，而且在市政工程的质量和[3]杨春 明，浅谈抓好市政工程项日施工质量管理科技情报开发与经标准方面也在不断提高。市政工程管理在城市建设中发挥着00300政工程 项目管理质景控制前析准北职业技术学院学报越来越重要的作用。市政工程管理是确保市政工程建设质量、[4]郑玉怀市2005.(04).(上接第168页)片压紧力为P的数值来决定的,其中两者较5.结语大的数值就是密封垫的预紧力。通过对爆破片性能的了解,对密封过程深入研究,对爆破实际使用时选用力矩扳手法来控制膜片的预紧力,则:片的安装预紧力进行理论研究,给出爆破片安装力矩的具体T=KxFxd计算公式,应用此公式对公司生产的阀]进行计算.按给定的=0.2xFxM/1000力矩进行试验，试验合格率达到100%。应用此技术对阀门安=0.0002xFxM,(公式三)装进行控制,提高了阀门组装工艺质量,将人为的装配变成可T-预紧力矩;单位:N.m;受控的操作,从而提高了阀门的整体技术含量。CK-预紧力矩系数;(K=0.2- 0.4见机械设计手册联接与紧固.F预紧力;单位:N;[]建筑设计防火规范[S],CB 50016- -2006.d-螺纹公称直径;单位: mm;2汽体灭火系统设计规范[SIJ,GB50370- 2005考虑到螺纹加工有一定的误差,同-批密封垫加工有所(3]李宏,王春林，火灾自动报警与消防联动控制系统设计找谈I]科技差别,所以在实际生产中将安装爆破片的预紧力矩规定-个资讯,2006,(16).合理的范围。(上接第163页)炉后部区换热效率有了很大的提高，同时也有效减缓了炉子前部区高温炉气后排速度，增加了钢坯与高中国煤化工刚技术分析1.山东冶温炉气的换热时间,是整个加热炉的换热效率大大提高,有效[1]蒋利军地降低了大型加热炉的煤气消耗,从2006年的1.52 GJA,降低金2006.0MHCNMH G到现在的单耗水平约1.25CJ/t左右,最好指标为122Jh。节[2]温志红那仪点 国氧然呢仅个的应1研究([，。衮2004.(04).约能源,降低了生产成本,提高了企业效益。(