无线多跳网络中分簇算法的研究进展和未来前瞻

受干扰、衰落、多径、路径损耗和阴影等因素制约，当移动Ad-hoc网络中两个节点间的距离较远时，两者间通过单跳方式无法保证高质量的可靠通信。若在该网络中通过节点分簇建立多跳虚拟天线阵列，实现协同分集，就可以有效应对上述不利影响。本文从静态和动态两个方面，在研究了基于信噪比和基于维特比算法分簇方案的基础上，进一步探讨了动态分簇对利用编码存储互信息的需求，详细分析了分簇方案的特性，并依据现阶段分簇技术在理论和实践两方面取得的主要成果及二者之间的本质联系，对未来的研究和探索提出了建议。

无线Ad-hoc 网络中，由于受到干扰、衰落、多径、路径损耗和阴影等因素的影响，通过在信源信宿之间建立独立信道实现协同分集是抑制此类不利影响的有效方案[1]。

然而， 移动Ad-hoc 网络中， 各个移动节点以半双工模式(即不能同时发送和接收)， 并基于窄带信道传输信号， 无法有效利用时间和频率分集。

此外，节点天线的尺寸体积和电池持续时间的限制也阻碍了天线提供空间分集的可能性[2]。如果，基于单天线节点分簇建立虚拟天线阵列，通过多跳协同传输数据包，就可以有效地避免符号间干扰和因错误传输引起的信噪比损失，达到提高协同分集度和改善通信链路性能的目的。为此，协同网络中的节点的分簇方案就成为众多学者研究的热点。

协同网络中的分簇方案[1]-[5]主要有两种：静态分簇和动态分簇[3]。在静态分簇方案中所有簇内节点同步参与发送和接收数据， 节点在传输过程中可看作是静止的， 即没有节点加入和离开簇。

其中， Lingya Liu, A.H. Bastami 等针对单跳通信中信源和中继、中继和信宿间信道增益不平衡， 每跳都会成为整个通信瓶颈的问题，从组合优化[1]和阈值门限设定[2]两个方面提出了基于信噪比的分簇方案；Qimin You 等通过将网络中的多跳中继映射成卷积码网格，采用维特比算法来选择端到端信噪比最大的路径，提出了基于维特比算法的分簇方案。而动态分簇方案[6]-[14]中接收到数据包的节点即可加入分簇，之后依据对数据的有效编码存储积累节点之间的互信息(mutual information accumulation, MIA) [12] [14]完成数据的传输。为此，本文从静态和动态两个方面，在研究了基于信噪比和基于维特比算法分簇方案的基础上，进一步探讨了动态分簇对利用编码存储互信息的需求，详细分析了分簇方案的特性。

目前大多数分簇协同通信网络中， 中继都是采用基于重传的放大转发或解码前馈策略传递信源信息， 以降低带宽效率和严重损耗信噪比为代价，实现满分集。若节点在中继信息前，利用分布式空时编码的传递信息，并实现满分集，可以避免由单纯的重传方式引起的不利影响[15]-[17]。由于无线Ad-hoc 协同通信网络的分布式特性，所以分布式编码设计中，构成完整码字的各个部分由不同的节点产生，并通过不同的无线链路进行传输。因此将信道编码和空时编码设计的概念应用于无线中继网络的同时，必须要考虑若干实际问题，例如中继存在译码错误、码字的多个组成部分分别经历不同的信道衰落、源节点和