CAREER: Theoretical Foundations for Wireless Network Algorithm Design: Satisfying Short-Term and Long-Term Application Requirements

职业:无线网络算法设计的理论基础:满足短期和长期应用需求

基本信息

项目摘要

Multi-hop wireless networks that are envisioned to form the backbone of many future communication systems are: typically subject to restrictive and unpredictably changing resource constraints; required to operate using low complexity and scalable operations; envisioned to serve essential applications with a range of long-term (e.g. throughput-greedy, long-duration applications) to short-term (e.g. delay-sensitive, short-duration applications) requirements. Yet, there is a huge gap in our understanding of how to design wireless network controllers operating under such harsh conditions that can efficiently serve diverse applications, especially those that have various degrees of delay sensitivities.This research fills this gap by developing a rigorous theoretical foundation for the methodical design of communication strategies for effectively supporting diverse applications in general multi-hop wireless networks. To that end, it first reveals the significant impact of several unexplored design choices, including the service discipline, traffic shaping strategy, and delay-aware decision making, on the achieved application performances. Then, it systematically exploits these new design dimensions for optimally serving both delay-related short-term and throughput-related long-term application requirements by developing new approaches and mathematical tools within non-convex optimization, stochastic network control, and randomized/approximate algorithms. The insights and mathematical tools developed within this project are expected to play an instrumental role in the design of efficient communication protocols for tomorrow's networks serving vital services with a range of delay sensitivities and throughput requirements (in health-care, rescue operations, security, automated control, etc.). The society will also benefit from the educational aspects of the project in the training of future engineers and researchers.
设想形成许多未来通信系统骨干的多跳无线网络是:通常受到限制性和不可预测的资源约束;需要使用低复杂性和可扩展操作进行操作;设想为短期(例如,吞吐量,长期应用程序)提供必要的应用,以短期(例如延迟敏感,短期应用)的要求。然而,我们对如何设计在如此苛刻的条件下运行的无线网络控制器的理解存在巨大差距,这些控制器可以有效地服务于不同程度的应用程序,尤其是那些具有不同程度的延迟敏感性的应用程序。这项研究通过为有效地支持多样化的多样性应用程序来为多种多样的网络中的多种多样的网络提供有效的多样性来支持一般的多人网络无线网络,从而填补了这一空白。为此,它首先揭示了几种未开发的设计选择的重大影响,包括服务纪律,交通塑造策略和延迟意识到的决策对实现的应用程序性能。然后,它系统地利用了这些新的设计维度,以通过在非convex优化,随机网络控制以及随机/近似算法中开发新方法和数学工具,以最佳地服务于延迟相关的短期和与吞吐量相关的长期应用要求。预计该项目中开发的洞察力和数学工具有望在有效的通信协议的设计中发挥工具作用,该网络为具有一系列延迟敏感性和吞吐量要求(在卫生保健,救援行动,安全,自动控制等方面提供重要服务)。该协会还将从项目的教育方面受益,以培训未来的工程师和研究人员。

项目成果

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