基于社交关系的异构无线网络容量分析

发布时间：2020-07-02 10:20

【摘要】：随着通信技术的日益提升,无线自组织网络作为无线通信的重要组成部分不断发展,与之相关的基础设施建设也不断完善。根据现实世界中节点分布呈现出一定的异构特征和社交关系影响节点之间通信概率和内容传输的事实,基于社交关系的异构无线网络容量分析是一个基础而有意义的问题。根据从基础理论至前沿趋势的研究顺序,本文在不同的异构无线网络场景中对网络容量进行分析,以容量分析为基础进一步研究了安全容量和延时性能,并刻画了社交关系对无线网络通信传输的影响。研究顺序中的基础理论指的是传统的主机到主机通信模式下的网络性能分析,由于对内容的访问和传输已经成为互联网流量的主要部分,前沿趋势指的是主机到内容的通信模式下的网络性能分析。最后本文提出各异构无线网络场景的容量实现方案,讨论相关的系统参数对这三项性能指标的影响。本文的主要研究内容包括:首先,本文研究社交关系和节点异构分布对无线自组织网络容量的影响。在异构无线自组织网络中,节点服从簇状分布。考虑节点之间存在社交关系,该社交关系采用基于排名的模型来建模,分析该模型可得节点更有可能与邻近节点通信。本文首先计算在基于排名的模型中的源节点-目的节点对之间的平均传输距离,并提出了一个实现吞吐量容量下界的方案。其次提出一个简化的社区检测算法,根据节点对的传输距离排序,将无线节点通信划分为两部分:准强关系通信和准弱关系通信。准强关系通信表示在同一个社区(或称社交团体)中的节点之间的通信,准弱关系通信表示来自不同社区的节点之间的通信。然后本文分别计算准强关系通信容量和准弱关系通信容量,并揭示了网络容量与社交关系,节点异构分布之间的关系。其次,基于第一部分的研究内容,从物理层安全角度,本文进一步研究基于社交关系的无线自组织网络的安全容量。与第一部分类似地,社交关系服从基于排名的模型,使得合法节点更有可能与邻近合法节点通信。本文考虑了两种合法节点的分布:簇状分布和同构泊松分布,并分别提出了两种合法节点分布情况下的传输方案,本文考虑了两种被动窃听节点的合作方式:互相合作场景和不互相合作场景,并采用自干扰消除技术抑制窃听节点的信噪比。根据合法节点的分布和窃听节点的合作方式,本文进而研究了合法节点同构分布且窃听节点不互相合作场景,合法节点异构分布且窃听节点互相合作场景,合法节点同构分布且窃听节点不互相合作场景,合法节点同构分布且窃听节点互相合作场景下的无线自组织网络的安全容量。理论结果证明了所提出的传输方案的安全性能,并揭示了安全容量与社交关系,合法节点分布之间的关系。最后,顺应以主机到内容交互为趋势的通信模式发展,在基于社交关系和基础设施支持的异构信息中心网络中,本文首先为主机到内容的交互设计了一个传输机制,将网络拓扑根据簇数量和基站数量的关系划分为簇密集情况和簇稀疏情况。其次提出了一种小区划分多跳传输方案,并分别在簇密集情况和簇稀疏情况下推导出信息中心网络的容量和延时,并发现了容量和延时之间存在权衡关系。然后基于内容流行度分布服从齐夫定律,本文采用拉格朗日乘子法作为数学工具,分析了以优化容量和延时为目标的最优缓存策略。社交关系影响内容流行度的分布,而内容流行度分布在一定程度上体现了网络中社交关系的强度。理论结果证明了所提传输方案的性能,并揭示了信息中心网络性能与节点异构分布,内容流行度,基础设施支持之间的关系。
【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】：TN929.5

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本文编号：2738079