可靠性約束下無線Mesh網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化分配問題研究.pdf

1、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是構(gòu)建下一代無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)和無線戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的有效技術(shù)之一，其中網(wǎng)絡(luò)資源分配是該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下研究的重點(diǎn)內(nèi)容，也是提高網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵技術(shù)。與此同時(shí)，拓?fù)淇煽啃詫?duì)于戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)來說同樣至關(guān)重要，無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇煽啃耘c網(wǎng)絡(luò)資源分配的性能是相互關(guān)聯(lián)的，同時(shí)也是相互制約的。但以往這兩方面是分開研究的，而下一代戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的需求是在滿足一定可靠性的基礎(chǔ)上盡可能提高網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化分配的性能。為了解決這種可靠性約束下的資源優(yōu)化分

2、配問題，針對(duì)戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，首先研究網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)估方法，然后以可靠性評(píng)估方法為基礎(chǔ)，對(duì)可靠性約束下網(wǎng)絡(luò)資源分配中的拓?fù)淇刂?、邏輯拓?fù)湓O(shè)計(jì)及信道分配、可靠組播路由等幾方面開展了課題研究。
　　首先，戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是以拓?fù)錆M足一定可靠性要求為前提，以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸承載能力為目標(biāo)。針對(duì)這兩方面問題，首先研究了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目煽啃栽u(píng)估。由于網(wǎng)絡(luò)抗毀性是衡量網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇煽啃缘闹饕罁?jù)，針對(duì)目前抗毀性評(píng)估方法主要側(cè)重于全網(wǎng)絡(luò)抗毀性度量以及沒有細(xì)化任意

3、節(jié)點(diǎn)間的抗毀性評(píng)估，在分析目前方法的基礎(chǔ)上，得出節(jié)點(diǎn)間的不相交路徑能夠有效細(xì)化任意節(jié)點(diǎn)間的抗毀性評(píng)估，為此提出一種基于不相交路徑的抗毀性評(píng)估方法。通過算例驗(yàn)證和仿真對(duì)比分析，驗(yàn)證了提出方法的正確性。接下來，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸承載能力，分別提出了服務(wù)質(zhì)量要求下基于有序二叉決策圖的單播通信可靠性評(píng)估方法和基于服務(wù)率權(quán)重的組播通信可靠性評(píng)估方法。通過算例驗(yàn)證和仿真分析，表明這兩種評(píng)估方法準(zhǔn)確反映了服務(wù)質(zhì)量要求下單、組播通信的網(wǎng)絡(luò)可靠性，為后續(xù)開展可

4、靠性約束下無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化分配提供了理論支撐。
　　其次，在網(wǎng)絡(luò)資源分配方面，為提高用于連級(jí)或以下部隊(duì)的單接口單信道無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)性能，提出了可靠性約束下該網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂品椒?。目前拓?fù)淇刂品椒ㄖ饕且?連通或 k連通作為約束條件，沒有考慮任意節(jié)點(diǎn)間的具體可靠性要求。針對(duì)該問題，本文依據(jù)提出的拓?fù)淇煽啃栽u(píng)估方法，建立了可靠性約束下的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂苾?yōu)化模型，并配套研究了以最小化節(jié)點(diǎn)能量消耗和最小化節(jié)點(diǎn)干擾為優(yōu)化目標(biāo)的拓?fù)淇?/p>

5、制方法。方法基于圖理論，利用最小生成樹方法融入到不相交路徑的計(jì)算過程，從而達(dá)到拓?fù)鋬?yōu)化目標(biāo)。通過理論模型和信道傳播模型的仿真分析，驗(yàn)證了方法的正確性和有效性。再次，為了在保證網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇煽啃缘那疤嵯绿岣呗?、師?jí)骨干無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量，多接口多信道是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效技術(shù)，目前針對(duì)這方面的研究主要集中在信道分配方面，而對(duì)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)信道分配的影響研究較少。針對(duì)這一問題，首先分析了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與信道分配之間的關(guān)系，然后提出了基于全向天

6、線的可靠性約束下多接口多信道無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法和信道分配方法。方法同樣基于圖理論，在求解任意節(jié)點(diǎn)間不相交路徑過程中，通過減少節(jié)點(diǎn)間跳數(shù)和網(wǎng)絡(luò)鏈路數(shù)來達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)。接下來，針對(duì)在微波定向天線節(jié)點(diǎn)設(shè)備中無線接口數(shù)量的限定性，提出了基于微波定向天線的可靠性約束下邏輯拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，方法在最小化最大節(jié)點(diǎn)度的同時(shí)，考慮了空閑無線接口的利用率。通過仿真對(duì)比分析，表明提出方法在滿足可靠性要求的同時(shí)，提升了多接口多信道無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的性

7、能。
　　最后，針對(duì)可靠組播路由在戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的重要性，提出一種無線Mesh網(wǎng)絡(luò)可靠組播路由的構(gòu)建方法。由于構(gòu)建多棵不相交組播樹是建立可靠組播路由的有效方法，所以針對(duì)目前方法有效構(gòu)建多棵不相交組播樹的比例不高，提出基于增廣不相交路徑序列的多棵不相交組播樹構(gòu)建方法。方法首先通過計(jì)算源節(jié)點(diǎn)到每個(gè)目的節(jié)點(diǎn)的不相交路徑和目的節(jié)點(diǎn)之間的不相交路徑，然后基于增廣不相交路徑序列對(duì)上述計(jì)算的不相交路徑進(jìn)行多棵不相交組播樹的構(gòu)建。通過實(shí)例驗(yàn)證和仿