复杂网络理论分析传输容量及其有效性改进策略研究

发布时间：2016-11-14 16:42

  本文关键词：复杂网络理论分析传输容量及其有效性改进策略研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《北京交通大学》 2015年

复杂网络理论分析传输容量及其有效性改进策略研究

张帅  

【摘要】：摘要：自从20世纪末,随着小世界现象和无标度特性的发现,复杂网络理论的研究得到了快速发展,人们开始利用复杂网络理论解决实际网络问题。网络最重要的功能之一就是传输其所承载的对象。衡量网络自由流通状态下的最大承载能力的参数被称为网络传输容量。随着社会的飞速发展,网络数据急剧增长使得网络经常发生拥塞,网络传输容量不足的问题日益明显。如何降低网络拥塞与提高网络传输容量的研究不断涌现。经过研究发现,网络传输容量与网络的基础结构存在着高度的相关,此外网络的路由策略和资源部署等对网络传输容量也有影响。因此,提高网络传输容量的主要方法有三类：优化网络拓扑结构、设计有效的路由策略和合理分配网络资源的部署。本文的主要研究内容正是从这个三个方面研究提高网络的传输容量的策略。 (1)优化路由策略方面,本文提出了一种介数代价的改进路由策略。由于在最短路径路由下,高介数的节点比低介数节点更容易拥塞,因此在本文提出的改进路由策略中,将路径上节点介数之和当作路由的代价。数据包将会选路径代价较低的路径进行路由,合理分配整个网络负载,充分利用低介数节点的网络处理能力,可以缓解高介数节点的网络负载,缓解网络拥塞,从而提高网络传输容量。 (2)优化网络拓扑结构方面,本文提出了一种新的权重梯度网络模型。研究了不同拓扑结构的网络,如无标度网络和随机网络下的拥塞问题。本文还提出一种有效的增边扩容策略。该策略同时考虑了节点介数和节点间的最短路径长度这两个重要参数,分别从网络传输容量、网络负载、平均最短路径长度和鲁棒性四个方面对不同的网络模型进行了评估。大量的仿真结果验证了本文的增边策略的有效性。 (3)优化资源分配方面,在现实通信系统中,网络的资源有链路带宽、节点处理能力和节点缓存等。一般情况下,这些网络资源在网络中是有限的,而且他们的分布往往是不均匀。因此合理的分配网络资源的部署,可以极大的改善网络系统的性能。由于物理和经济条件的限制,网络中每一个节点具有有限的缓存资源来存储数据包。本文提出了在有限网络缓存资源的情况下,一种基于节点有效介数的缓存资源分配策略,理论分析与仿真实验结果表明本文的缓存资源分配策略可以很好的缓解网络拥塞并且提高网络传输容量。 (4)优化双层网络传输容量方面,以前基于复杂网络理论的传输容量的研究中,基础网络结构都被假设为单层网络结构。然而,在现实的网络架构有些是具有双层结构,例如P2P网络和有线-无线网络等。因此针对双层网络的研究,本文提出了一种启发式的路由算法来提高双层网络的传输容量。通过仿真实验发现,本文的路由算法的网络传输容量是最短路径路由算法的网络传输容量的10倍左右。本文的研究中双层网模型是由逻辑层和物理层子网组成的,逻辑层的虚链接的边可以很容易的改变或者重构,因此上层逻辑层的拓扑结构可以通过边移除策略有效的构建。本文提出了一种重构双层网络结构的删除边算法来优化双层网络的传输容量。大量的仿真实验证实了仅对逻辑层进行少量有效删除边操作就可以大幅的提高双层网络的传输容量。 本文对提高网络传输容量问题进行了深入的研究,分析了影响网络传输容量的主要因素,并且提出了多种改进单层网络和双层网络传输容量的策略,进行了相应的理论分析与仿真实验。这些策略对网络规划、改善网络传输效率和提高网络性能提供了切实可行的建议。

【关键词】：
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O157.5;TP393.02
【目录】：

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