基于块节点的无线激光通信网络拓扑控制算法研究

发布时间：2017-07-14 12:33

  本文关键词：基于块节点的无线激光通信网络拓扑控制算法研究

  更多相关文章： 无线激光通信 拓扑控制 高动态拓扑 块节点 联络时间

【摘要】：无线激光通信(Optical Wireless Communication,OWC)由于其带宽高、安全性好、组网灵活等优势已成为通信领域重要的研究课题之一。然而,随着网络规模的扩大、用户需求的增加以及大数据时代的到来,单纯的点对点OWC已经不能满足大规模网络应用的要求,需要无线激光通信网络(Optical Wireless Communication Networks,OWCN)的支撑。本文首先对OWC的特点、研究意义和国内外发展现状与趋势进行了阐述。对关键技术做了介绍,主要介绍了精细的光束控制技术、高效的光信号收发技术、快速精确的APT技术、大气信道对OWC的影响以及网络拓扑相关技术。这些关键技术一方面给OWC带来了优势,另一方面也成为OWC移动组网的阻碍,特别是随着节点移动速度的提高,组网的难度将更高。目前,关于节点中高速率移动情况下OWCN组网技术的研究成果相对比较少。支撑OWC的APT技术加大了高动态拓扑下组网的难度,且OWC节点所能携带的收发天线有限,使其最大度约束有限。因此,本文提出一种基于块节点的拓扑控制算法(Block-Node Based Topology Control Algorithm,BNBTCA),简称BNB算法。该算法适用于多节点中高速运动网络,其目标是以较小的最大度约束形成稳定的拓扑结构,实现更高的拓扑连通度。BNB算法的实现分为两步:第一步,以节点联络时间的预测值为权值形成内部稳定性较高的块节点;第二步,把块节点当作一个特殊节点,根据量化的链路权值形成块节点之间的多连接拓扑。最终形成一个连通图。BNB算法包含了三个子算法:联络时间预测算法、块节点形成算法以及块节点间的多连接拓扑形成算法。此外,算法的仿真是基于一个较为复杂的节点移动模型——平滑随机移动(Smooth Random Mobility,SRM)模型,节点运动不存在方向和速度突变的情况,更加符合真实环境中节点移动,能够更加准确地反映算法的有效性。最后,本文利用BNB算法在SRM模型中仿真了平面结构的OWSN,并与最小生成树算法(MST)进行了比较,结果显示,BNB算法所形成的拓扑结构比MST算法有更高的网络连通性和可靠性。并通过改变网络和节点的相关参数,分析了节点最大度约束和两步拓扑更新周期分别对BNB算法的影响,结果显示,节点最大度约束越大、两步拓扑更新周期越小,网络性能越好。理论分析和仿真结果共同表明,在节点低的最大度约束下和中高速移动时,BNB算法的拓扑稳定性和连通度优势明显,可以有效解决网络拓扑连通度分布上的不均匀问题。
【关键词】：无线激光通信 拓扑控制 高动态拓扑 块节点 联络时间
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-13
• 缩略语对照表13-18
• 第一章 绪论18-28
• 1.1 概述18-19
• 1.2 无线激光通信的特点19-22
• 1.2.1 无线激光通信的优点19-21
• 1.2.2 无线激光通信的缺点21-22
• 1.3 无线激光通信的主要应用领域及研究意义22-24
• 1.3.1 星际通信系统应用22-23
• 1.3.2 地面商用通信系统应用23
• 1.3.3 军事通信系统应用23-24
• 1.4 无线激光通信的国内外发展现状与趋势24-26
• 1.4.1 国外技术研究现状与发展趋势24-25
• 1.4.2 国内研究现状与发展趋势25-26
• 1.5 论文主要研究内容26
• 1.6 论文结构及章节安排26-28
• 第二章 无线激光通信系统的关键技术28-46
• 2.1 精细的光束控制技术29-31
• 2.2 高效的光信号发射与接收技术31-36
• 2.2.1 激光器31-33
• 2.2.2 调制器33
• 2.2.3 放大器33-35
• 2.2.4 探测器35-36
• 2.3 快速精确的APT技术36-38
• 2.3.1 传统APT系统36-37
• 2.3.2 全向智能光学天线技术37-38
• 2.4 大气信道模型38-42
• 2.4.1 大气衰减38-40
• 2.4.2 大气湍流40
• 2.4.3 常用的无线激光信道模型40-42
• 2.5 网络拓扑结构42-43
• 2.6 本章小结43-46
• 第三章 网络拓扑形成46-56
• 3.1 基于图论的拓扑研究方法46-49
• 3.1.1 图论概述46-47
• 3.1.2 典型拓扑控制算法47-49
• 3.2 问题描述49-55
• 3.2.1 本文需要解决的问题49
• 3.2.2 节点模型49-50
• 3.2.3 节点运动模型50-53
• 3.2.4 网络模型53
• 3.2.5 拓扑设计问题53-54
• 3.2.6 网络评价指标54-55
• 3.3 本章小结55-56
• 第四章 基于块节点的拓扑形成与重构算法56-72
• 4.1 块节点形成算法56-67
• 4.1.1 节点ID和块ID58
• 4.1.2 拓扑形成所需帧结构定义58-59
• 4.1.3 冲突与环路解决方案59-60
• 4.1.4 链路权值的计算60-64
• 4.1.5 块节点的形成算法64-67
• 4.2 块节点间的多连接拓扑形成算法67-69
• 4.2.1 链路权值的计算67-68
• 4.2.2 基于块节点的链路增补算法68-69
• 4.3 拓扑重构69-70
• 4.4 本章小结70-72
• 第五章 仿真与分析72-88
• 5.1 仿真参数设定72-74
• 5.1.1 节点模型参数设定72
• 5.1.2 运动模型参数设定72-73
• 5.1.3 网络模型参数设定73-74
• 5.2 节点运动模型的仿真与分析74-76
• 5.2.1 速度和方向控制仿真74-75
• 5.2.2 节点运动轨迹仿真75-76
• 5.3 块节点形成仿真与分析76-79
• 5.3.1 节点初始分布76
• 5.3.2 块节点形成后的拓扑图76-78
• 5.3.3 块节点稳定性78-79
• 5.4 连通图仿真与分析79-86
• 5.4.1 连通图拓扑结构80-82
• 5.4.2 连通图拓扑稳定性82-83
• 5.4.3 连通图的代数连通度83-85
• 5.4.4 连通图的平均节点度85-86
• 5.5 本章小结86-88
• 第六章 总结与展望88-90
• 6.1 研究总结88-89
• 6.2 研究展望89-90
• 参考文献90-94
• 致谢94-96
• 作者简介96-97

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本文编号：541084