移动自组织网络的拓扑组网与信息分发研究

发布时间：2020-06-14 03:19

【摘要】：随着移动通信技术的日益发展,移动自组织网络作为一种重要的无线网络应运而生。在移动自组织网络中,移动通信和计算机网络相结合,用户终端可以在网络中移动且保持通信。在无固定基础设施的环境中,该网络支持快速组网,并能根据网络环境的变化动态重组,解决了主流无线通信网络难以实现的组网通信问题。此外,移动自组织网络的自治性、分布式控制和可扩展性为其部署和现实应用带来了巨大的灵活性,与此同时,也导致了网络拓扑结构变化难以预测、信息分发效率低等问题。为了研究和解决上述问题,本文从拓扑组网和信息分发这两个角度出发,在不同的移动自组织网络场景中对网络的性能展开研究,主要侧重于连通性(拓扑组网)、吞吐量容量和时延(信息分发)这三项基本性能的分析,并设计相应的调度策略,讨论相关的系统参数对三项基本性能的影响。研究内容包括:第一,本文研究在大规模簇状分布的移动无线网络中,节点的非均匀相关性移动对连通性的影响。在非均匀相关性移动中,非均匀性指的是节点运动到不同位置的概率不同,相关性指的是节点的运动并非相互独立。特别地,本文根据节点之间运动相关性的强弱,将移动无线网络划分为三种状态:节点之间的运动呈现强相关性的稀疏簇分布状态、节点之间的运动呈现中度相关性的过渡簇分布状态和节点之间的运动呈现弱相关性的稀疏簇分布状态。在每种状态下,本文关注以下两个问题:(1)如何分布簇头节点使得保证网络连通的节点临界传输半径最小。(2)在此最优的簇头节点分布下,对应的最小临界传输半径是多少。基于以上两个问题,本文研究最优的簇头节点分布和相应的最小临界传输半径,揭示了节点的非均匀相关运动特性对移动网络连通性的影响。第二,本文研究大规模认知无线电网络下的分层协同合作机制。本文考虑的认知无线电网络由静止的主网络和移动的次网络构成,其中主网络具有接入授权频谱的最高优先级,而次网络只能通过频谱感知伺机接入授权频谱。基于主网络和次网络之间的合作传输有助于提升认知网络的性能,和次网络的异构性移动可进一步提升网络性能的双重启发,本文提出一种新的分层合作机制。该分层合作机制的核心思想是,利用次节点的异构性移动和位置信息智能地为主节点提供信息中继服务。根据所提机制,本文分别求得了主网络和次网络的吞吐量容量和延时。研究结果表明,主网络和次网络的吞吐量均能达到近似最优;主网络的延时随着次节点移动的异构性增强而降低;次网络源节点目的节点对的延时由目的节点的移动速度决定。第三,本文研究在以信息为中心的网络背景下,相关性运动对移动自组织网络的吞吐量容量和延时的影响。根据节点之间的运动相关性,网络存在两种状态:紧密簇状态和稀疏簇状态。在每种网络状态下,本文考虑两种移动时间标度:(1)快移动,即节点的移动速度和数据包的传输速度在同一个时间标度;(2)慢移动,即节点的移动速度在时间标度上远远慢于数据包的传输速度。更进一步地,在每种网络状态下,本文分别求出快移动和慢移动情况下的吞吐量容量和延时。研究结果表明,在快移动时间标度下,节点之间的相关性运动提升了网络的延时性能但是降低了网络的吞吐量性能。这是因为在快移动时间标度下,一个时隙内只能支持一跳传输,节点之间相关性的增强使得簇内节点密度增大,从而导致网络中可同时传输的节点对数下降,但同时也减小了内容请求者和内容持有者之间的平均距离。在慢移动时间标度下,当节点的移动速度足够慢时,节点之间的相关性运动对网络吞吐量容量和延时性能均具有负面影响;而当节点的移动速度较大时,节点之间的相关性运动提升了网络的延时性能但是降低了网络的吞吐量性能。这是因为在慢移动时间标度下,当节点的移动速度较慢时,中继节点移动至内容持有者所需的时间较长,而当节点的移动速度较快时,中继节点移动至内容持有者所需的时间较短。最后,本文对全文的研究内容以及创新点进行总结,并指出研究工作的不足,为下一步移动自组织网络的研究提供了方向。 【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN92

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