跨層設計與聯(lián)合優(yōu)化

2011年第03期科技月向導<科技論壇<>跨層設計與聯(lián)合優(yōu)化焦江朱桂萍(萊蕪市人民防空辦公室山東萊蕪271100)[摘要]為了進(jìn)一步適應無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下 各種應用的需要,提高網(wǎng)絡(luò )性能,無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的跨層設計已成為目前國內外網(wǎng)絡(luò )研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題之一。本文給出了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )跨層設計的定義，分析了跨層設計的原因優(yōu)勢和主要技術(shù)。對跨層設計和聯(lián)合優(yōu)化方面的研究作了介紹，討論了跨層設計的衡量準則,接著(zhù)介紹了現有的無(wú)線(xiàn)通信結合物理層的聯(lián)合設計方法。最后探討了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )跨層設計面臨的挑戰和今后的研究方向。[關(guān)鍵詞]無(wú)聯(lián)網(wǎng)絡(luò );跨層設計;聯(lián)合優(yōu)化0.引言學(xué)者們提出了許多不同的跨層設計方法來(lái)改善無(wú)線(xiàn)環(huán)境在以往的通信系統中。分層的開(kāi)放系統互連(OSI,Open下傳統分層協(xié)議棧無(wú)法 克服的網(wǎng)絡(luò )串路狀態(tài)動(dòng)態(tài)變化、網(wǎng)絡(luò )System Iterenneion)設計方法應用得很好,但演進(jìn)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)和節 點(diǎn)資源受限帶來(lái)的不利影響。我們將這些方法分成四類(lèi):絡(luò )正在挑戰這種設計哲學(xué)。正在出現的網(wǎng)絡(luò )必須支持各式各層間傳遞 相關(guān)信息,聯(lián)合優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )相關(guān)層融合相鄰層,分層樣不斷變化的業(yè)務(wù)類(lèi)型及其服務(wù)質(zhì)量(QoS,Quality of Service)作為網(wǎng)絡(luò )最優(yōu)化分解。 這四類(lèi)方法的比較見(jiàn)表。要求以及網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的變化。在設計網(wǎng)絡(luò )時(shí)。為了應對無(wú)線(xiàn)表跨層設計方法比較接入的挑戰，各網(wǎng)絡(luò )功能(即0S1的各層)必須統-一考慮。不同膝層設計方法!屋聞傳:聯(lián)合設!融合相結級優(yōu)花分的應用可以從不同的優(yōu)化中得到更多好處，這就需要進(jìn)行具評價(jià)指標遞參數解有多層次自適應特性的跨層(Cross-Layer)設計。難易度較易較難難1.跨層設計所謂跨層是指原來(lái)不相鄰的各層之間也可以通信,或者層耦合度較高高_很高低，讓相鄰的層之間通過(guò)前沒(méi)有的接口進(jìn)行通信?？鐚釉O計目標可擴展性好較好下不好是,用自適應支持所有層的QoS,自適應意味著(zhù)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議和應統一框架無(wú)有用都有觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )變化并做出響應的能力。如鏈路層叮以調整1.4跨層設計的優(yōu)勢速率以滿(mǎn)足當前信道和網(wǎng)絡(luò )狀況下的應用需要。1.1跨層設計的定義1.4.1 跨層設計在優(yōu)化協(xié)議棧某- -層功能的同時(shí)優(yōu)化了整分層協(xié)議棧結構是網(wǎng)絡(luò )設計中最基礎最有影響力的結個(gè)網(wǎng)絡(luò )的性能。構,協(xié)議棧中各層隱藏該層及其以下層次的復雜性,為上層提1.4.2跨層設計提高了局部和全局的自適應能力。供服務(wù),分層結構邏輯清晰,擴展性強,魯棒性高,便于實(shí)現。1.4.3 跨層設計減少了網(wǎng)絡(luò )中的冗余信息量,每層之間的"然而，在嚴格分層協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò )中,整個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統被分割成若干信息都能被其他層所共享。。，個(gè)獨立的層(模塊)，相鄰層與層之間的交互嚴格地通過(guò)層間的1.4.4 跨層設計提高網(wǎng)絡(luò )各層對其他層內容的感知度,從靜態(tài)接口來(lái)實(shí)現,非相鄰層之間不允許直接交互,因此,層與而使得各層協(xié)議能夠在全局范圍進(jìn)行調整滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )應用QoS層之間的信息難以共享，增加了信息的冗余以及對等層間的的約束和底層網(wǎng)絡(luò )環(huán)境。通信開(kāi)銷(xiāo)。網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化過(guò)程中各層只利用本層次的狀態(tài)信息反2跨層設計與聯(lián)合優(yōu)化復進(jìn)行控制調整，忽視了層與層之間的協(xié)調合作,這對網(wǎng)絡(luò )全在尤線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中若各層次之間能夠交換-一些信息, 系統性局優(yōu)化產(chǎn)生了不利的影響。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )跨層設計是為了獲得較能- 定能夠得到大幅度的提高。于是跨層設計和聯(lián)合優(yōu)化也高的網(wǎng)絡(luò )性能(如高存吐量,低延遲等),在全面綜合考慮協(xié)議成為網(wǎng)絡(luò )的研究熱(問(wèn)題之一 。棧各層次之間的相互關(guān)系并保留原有分層協(xié)議棧結構的基礎跨層設計的聯(lián)合 協(xié)議棧，不僅僅在相鄰的層次中交換信上，打破嚴格的層與層之間的通信限制，允許協(xié)議棧各個(gè)層息。 下文中給出跨層設計和聯(lián)合優(yōu)化的衡量準則和兩種跨層次、各個(gè)模塊間“古接"交互信息，為網(wǎng)絡(luò )運行提供必要的QoS設計方法的介紹。保障。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )跨層設計主要月的是通過(guò)增加本地節點(diǎn)層與2.1衡最準則層之間的直接交互，使得本地信息得以有效的共享從而減少在通信網(wǎng)絡(luò )的各個(gè)層次.衡量性能的標準都是不一-樣的,不同節點(diǎn)對等層之間的通信及信號處理F銷(xiāo)以滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )全局如物理層期望得到更高的傳輸速率，同時(shí)希望能在-定的信優(yōu)化的需要。在跨層設計中需要強調的是:噪比范圍內盡可能的最小化誤碼率(或者誤符號率.誤幀率);1.1無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )跨層設計并不是完全摒棄傳統的分層協(xié)議媒體接 人控制層期望增強節點(diǎn)的數據通過(guò)速率或信道的有效棧結構，而是在保持分層協(xié)議棧的優(yōu)點(diǎn)的前提F ,增加不同協(xié)性(即 最大化群吐量最小化接人時(shí)延等):網(wǎng)絡(luò )層則希銀獲得議層之間的直接交互提高信息共享度和控制的靈活性。更小的路由時(shí)延 和更佳的路由效率(即路由平均跳數路由時(shí)1.1.2 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設計中，將整個(gè)分層協(xié)議棧一同進(jìn)行跨層延等)。每一層的評判尺度都有所不同,而且相互隔離,那么尋設計過(guò)于復雜，難以實(shí)現科學(xué)有效的做法是根據QoS的約束找能夠衡 量跨層設計和聯(lián)合優(yōu)化方法的有效性的統-的衡量條件,策略地選擇若十次進(jìn)行跨層設計。準則,便顯得十分重要。1.2跨層設計常用的技術(shù)2.1.1 效用準則目前，跨層設計中主要采用調度技術(shù)、多樣性技術(shù)和自適在通常無(wú)線(xiàn)通信的跨層研究中,一般遵循的衡量準則都應機制種。調度技術(shù)可以減少網(wǎng)絡(luò )流量突發(fā)性的影響,使得是“向上一致"原則。效用準則即為“向上-一致"準則的特例。效系統更適應網(wǎng)絡(luò )動(dòng)態(tài)變化帶來(lái)的挑戰，滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )應用的QoS用(Uilth這一概令首牛中Shanban筆棋出所謂“效用”。就是約束條件。多樣性技術(shù)可以增強系統應對無(wú)法預知的網(wǎng)絡(luò )動(dòng)上層應用中國煤化工E論什么通信網(wǎng)絡(luò )，態(tài)變化的能力。自適應機制可有效地管理、配置有限的網(wǎng)絡(luò )資最終的目YH二么應用性能的好壞源和節點(diǎn)資源并協(xié)同多樣性技術(shù)、調度技術(shù)補償不同粒度的直接反映CN M H G各中“使每個(gè)用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )變化，提高系統的健壯性。效用之和最大化"可以看成是系統設計的最終的目的。1.3跨層設計的方法及比較2.1.2 能星準則184.0科技論壇0科技得向導2011年第03期在無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)(WPAN)的研究中.能量損耗是- - 個(gè)敏感的目前, 由于PHY-MAC的數學(xué)模型的建立較困難,仿真模話(huà)題。如何最小化能戢消耗最大化電池工作時(shí)間便成為了重型也很難搭建。 在這方面做研究成果還不多。而目前已有的要的研究目的。一般說(shuō)來(lái), WPAN設備都有比較完備的節能模PHY -MAC研究,主要是都是從最大化信道吞吐率和最小化功式。WPAN設備的節能,一般都可以分成兩大塊,-塊是物理率損耗這兩個(gè)角度來(lái)討論的。層的功率分配、，發(fā)射功率控制;另-塊則是接入控制層的功率3.總結與展望控制。盡管各種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )跨層設計方法取得了較好的效果,但在物理層,采用了利用信道狀況信息(CSI, Channel Status是還是存 在許多的問(wèn)題。傳統的分層協(xié)議棧結構嚴謹,每層都Infomation)自適應的進(jìn)行載波功率和比特分配的方法,其目的具有較高的獨立性和魯棒性。 通過(guò)跨層設計增加層間交互的即是在期望的比特速率條件下以盡量小的信噪比達到需要的同時(shí) ,也使得各個(gè)網(wǎng)絡(luò )層的獨立性和待棒性面臨嚴重的挑戰。誤幀率,當然越小的信噪比即意味著(zhù)越小的發(fā)射功率。傳統的網(wǎng)絡(luò )體系結構協(xié)議棧不同層之間相對獨立，便于2.2 PHY-MAC聯(lián)合設計標準化和配置。而跨層設計結構主要通過(guò)增加協(xié)議棧中不同PHY-MAC的聯(lián)合設計是無(wú)線(xiàn)通信研究的重點(diǎn)之一。 無(wú)線(xiàn)協(xié)議層的直接通 信,共享有效信息來(lái)提高網(wǎng)絡(luò )性能，需要協(xié)議網(wǎng)絡(luò )的傳輸技術(shù)和信道接人技術(shù)是無(wú)線(xiàn)通信研究的核心問(wèn)棧內部不同層之間的相互作用。 這兩種結構的互聯(lián)互通面臨題。而即使是在無(wú)線(xiàn)通信的研究中;通信距離通信環(huán)境的不著(zhù)巨大的挑戰。 因此，設計具有彈性的松散耦合的跨層設計結同，也使不同的無(wú)線(xiàn)通信物理層和信道接人的研究目標和重構,在保持傳統網(wǎng)絡(luò )各層相對獨立性的同時(shí)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )的性能點(diǎn)有相當大的區別。是未來(lái)的發(fā)展方向。C(上接第175頁(yè))工程質(zhì)量動(dòng)態(tài)管理,及時(shí)發(fā)現各方責任主體降低工程建設費用加快工程建設進(jìn)度的- -項重要工作。在新在工程建設中存在的問(wèn)題,規范其行為。二、落實(shí)包靠責任制。的形勢下， 我們要努力提高市政建設工程水平和精細化施工市質(zhì)監站在開(kāi)通“綠色服務(wù)通道"的基礎上,實(shí)行包靠責任制，水平,打造一批市政精品工程,同時(shí),相關(guān)部門(mén)應加強執法監挑選項目的骨干力量包靠在現場(chǎng),切實(shí)保證工程質(zhì)量和施工督力度， 進(jìn)步規范市政T.程市場(chǎng)行為和建設行為。在這一-過(guò)進(jìn)度。三、開(kāi)展T.程質(zhì)最隱患排查。積極開(kāi)展工程質(zhì)量大檢查，程中 ,市政工程各參建責任主體,應建立健全質(zhì)保體系,培養針對關(guān)鍵的環(huán)節和部位進(jìn)行隱患排查,強化法律法規和強制-批業(yè)務(wù) 素質(zhì)高、操作能力強的從業(yè)人員,同時(shí)做到自控落性建沒(méi)標準的落實(shí),強化工程質(zhì)量的過(guò)程控制,確保工程萬(wàn)無(wú)實(shí)、監管到位,使 工程質(zhì)量和安全得到保證。C一失。3.結語(yǔ)[參考文獻]在當前我國經(jīng)濟的持續快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快的[]楊建堂 加強工程建設的施工管理與質(zhì)量控制.山西建筑200.大背景下,我國城市基礎設施建設投資不斷加大，我國市政工[2]李家康 論市政工,程施工項目管理科技資(0002程的建設不僅從數量上持續增加，而且在市政工程的質(zhì)量和[3]楊春 明，淺談抓好市政工程項日施工質(zhì)量管理科技情報開(kāi)發(fā)與經(jīng)標準方面也在不斷提高。市政工程管理在城市建設中發(fā)揮著(zhù)00300政工程 項目管理質(zhì)景控制前析準北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報越來(lái)越重要的作用。市政工程管理是確保市政工程建設質(zhì)量、[4]鄭玉懷市2005.(04).(上接第168頁(yè))片壓緊力為P的數值來(lái)決定的,其中兩者較5.結語(yǔ)大的數值就是密封墊的預緊力。通過(guò)對爆破片性能的了解,對密封過(guò)程深入研究,對爆破實(shí)際使用時(shí)選用力矩扳手法來(lái)控制膜片的預緊力,則:片的安裝預緊力進(jìn)行理論研究,給出爆破片安裝力矩的具體T=KxFxd計算公式,應用此公式對公司生產(chǎn)的閥]進(jìn)行計算.按給定的=0.2xFxM/1000力矩進(jìn)行試驗，試驗合格率達到100%。應用此技術(shù)對閥門(mén)安=0.0002xFxM,(公式三)裝進(jìn)行控制,提高了閥門(mén)組裝工藝質(zhì)量,將人為的裝配變成可T-預緊力矩;單位:N.m;受控的操作,從而提高了閥門(mén)的整體技術(shù)含量。CK-預緊力矩系數;(K=0.2- 0.4見(jiàn)機械設計手冊聯(lián)接與緊固.F預緊力;單位:N;[]建筑設計防火規范[S],CB 50016- -2006.d-螺紋公稱(chēng)直徑;單位: mm;2汽體滅火系統設計規范[SIJ,GB50370- 2005考慮到螺紋加工有一定的誤差,同-批密封墊加工有所(3]李宏,王春林，火災自動(dòng)報警與消防聯(lián)動(dòng)控制系統設計找談I]科技差別,所以在實(shí)際生產(chǎn)中將安裝爆破片的預緊力矩規定-個(gè)資訊,2006,(16).合理的范圍。(上接第163頁(yè))爐后部區換熱效率有了很大的提高，同時(shí)也有效減緩了爐子前部區高溫爐氣后排速度，增加了鋼坯與高中國煤化工剛技術(shù)分析1.山東冶溫爐氣的換熱時(shí)間,是整個(gè)加熱爐的換熱效率大大提高,有效[1]蔣利軍地降低了大型加熱爐的煤氣消耗,從2006年的1.52 GJA,降低金2006.0MHCNMH G到現在的單耗水平約1.25CJ/t左右,最好指標為122Jh。節[2]溫志紅那儀點(diǎn) 國氧然呢僅個(gè)的應1研究([，。袞2004.(04).約能源,降低了生產(chǎn)成本,提高了企業(yè)效益。(