[论文解读] On Wireless Scheduling Using the Mean Power Assignment

Tigran Tonoyan|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2010

Advanced Wireless Network Optimization参考文献 24被引用 4

一句话总结

本文提出了一种基于平均功率分配的无线调度近似算法，在衰落度量下，双向模型中实现了 O(log n) 近似，在有向模型中实现了 O(log²n log log Λ) 近似。该方法利用基于 SINR 约束的干扰图的图着色，高效调度链路，同时通过无意识功率分配确保低干扰和最短调度长度。

ABSTRACT

In this paper the problem of scheduling with power control in wireless networks is studied: given a set of communication requests, one needs to assign the powers of the network nodes, and schedule the transmissions so that they can be done in a minimum time, taking into account the signal interference of concurrently transmitting nodes. The signal interference is modeled by SINR constraints. Approximation algorithms are given for this problem, which use the mean power assignment. The problem of schduling with fixed mean power assignment is also considered, and approximation guarantees are proven.

研究动机与目标

• 设计在 SINR 模型下无线网络中带功率控制的高效近似算法。
• 分析仅依赖链路长度的平均功率分配相对于最优功率分配的性能。
• 在衰落度量下，为双向和有向通信模型建立近似保证。
• 将结果扩展至包含非零背景噪声的情况，且不降低近似因子。

提出的方法

• 基于平均功率分配下的 SINR 约束，分别构建双向和有向模型的干扰图 B_q(L) 和 D_q(L)。
• 使用 q^α-信号调度来建模干扰阈值，并将其与干扰图的色数相关联。
• 应用图着色将链路划分为独立集，确保每个时隙内满足 SINR 可行性。
• 利用 2- 和 3-独立性性质，限制每组所需时隙数量。
• 使用算法 1 调度每个独立集，由于衰落度量下的几何特性，其时隙复杂度为对数级。
• 通过施加最小功率约束（P_v / l_v^α ≥ 2βN）来处理噪声，确保对非零噪声具有常数因子鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在双向模型中，使用平均功率分配的 PC-调度可实现的近似比是多少？
• RQ2 在有向模型中，平均功率分配的性能与最优功率分配相比如何？
• RQ3 近似保证是否可以扩展至包含 SINR 公式中的非零背景噪声？
• RQ4 干扰图的何种结构特性使得在平均功率分配下能够实现高效调度？

主要发现

• 该算法在衰落度量下，对双向模型使用平均功率分配可实现 O(log n) 近似。
• 对于有向模型，近似因子为 O(log²n log log Λ)，由平均功率分配与调度复杂度共同决定。
• 干扰图 D_q(L) 的色数被限制为 O(OPTM)，其中 OPTM 是最优 SINR 可行调度的长度。
• 在平均功率分配下，每个 3-独立集均为 O(1)-有界，从而实现每组的常数因子调度。
• 只要满足最小功率约束（P_v / l_v^α ≥ 2βN），非零背景噪声的存在不会影响近似因子。
• 结果适用于有向和双向通信模型，在现实衰落度量下具有理论保证。