復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論分析傳輸容量及其有效性改進策略研究.pdf

1、自從20世紀(jì)末，隨著小世界現(xiàn)象和無標(biāo)度特性的發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的研究得到了快速發(fā)展，人們開始利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論解決實際網(wǎng)絡(luò)問題。網(wǎng)絡(luò)最重要的功能之一就是傳輸其所承載的對象。衡量網(wǎng)絡(luò)自由流通狀態(tài)下的最大承載能力的參數(shù)被稱為網(wǎng)絡(luò)傳輸容量。隨著社會的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)急劇增長使得網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常發(fā)生擁塞，網(wǎng)絡(luò)傳輸容量不足的問題日益明顯。如何降低網(wǎng)絡(luò)擁塞與提高網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的研究不斷涌現(xiàn)。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)傳輸容量與網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)存在著高度的相關(guān)，此外網(wǎng)絡(luò)

2、的路由策略和資源部署等對網(wǎng)絡(luò)傳輸容量也有影響。因此，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的主要方法有三類:優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、設(shè)計有效的路由策略和合理分配網(wǎng)絡(luò)資源的部署。本文的主要研究內(nèi)容正是從這個三個方面研究提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量的策略。
　　(1)優(yōu)化路由策略方面，本文提出了一種介數(shù)代價的改進路由策略。由于在最短路徑路由下，高介數(shù)的節(jié)點比低介數(shù)節(jié)點更容易擁塞，因此在本文提出的改進路由策略中，將路徑上節(jié)點介數(shù)之和當(dāng)作路由的代價。數(shù)據(jù)包將會選路徑代價較低的

3、路徑進行路由，合理分配整個網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，充分利用低介數(shù)節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)處理能力，可以緩解高介數(shù)節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞，從而提高網(wǎng)絡(luò)傳輸容量。
　　(2)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面，本文提出了一種新的權(quán)重梯度網(wǎng)絡(luò)模型。研究了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，如無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)和隨機網(wǎng)絡(luò)下的擁塞問題。本文還提出一種有效的增邊擴容策略。該策略同時考慮了節(jié)點介數(shù)和節(jié)點間的最短路徑長度這兩個重要參數(shù)，分別從網(wǎng)絡(luò)傳輸容量、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、平均最短路徑長度和魯棒性四個方面對不同的

4、網(wǎng)絡(luò)模型進行了評估。大量的仿真結(jié)果驗證了本文的增邊策略的有效性。
　　(3)優(yōu)化資源分配方面，在現(xiàn)實通信系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)的資源有鏈路帶寬、節(jié)點處理能力和節(jié)點緩存等。一般情況下，這些網(wǎng)絡(luò)資源在網(wǎng)絡(luò)中是有限的，而且他們的分布往往是不均勻。因此合理的分配網(wǎng)絡(luò)資源的部署，可以極大的改善網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。由于物理和經(jīng)濟條件的限制，網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點具有有限的緩存資源來存儲數(shù)據(jù)包。本文提出了在有限網(wǎng)絡(luò)緩存資源的情況下，一種基于節(jié)點有效介數(shù)的緩存資源分

5、配策略，理論分析與仿真實驗結(jié)果表明本文的緩存資源分配策略可以很好的緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞并且提高網(wǎng)絡(luò)傳輸容量。
　　(4)優(yōu)化雙層網(wǎng)絡(luò)傳輸容量方面，以前基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的傳輸容量的研究中，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都被假設(shè)為單層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。然而，在現(xiàn)實的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有些是具有雙層結(jié)構(gòu)，例如P2P網(wǎng)絡(luò)和有線-無線網(wǎng)絡(luò)等。因此針對雙層網(wǎng)絡(luò)的研究，本文提出了一種啟發(fā)式的路由算法來提高雙層網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量。通過仿真實驗發(fā)現(xiàn)，本文的路由算法的網(wǎng)絡(luò)傳輸容量是最短路徑路由算法

6、的網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的10倍左右。本文的研究中雙層網(wǎng)模型是由邏輯層和物理層子網(wǎng)組成的，邏輯層的虛鏈接的邊可以很容易的改變或者重構(gòu)，因此上層邏輯層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以通過邊移除策略有效的構(gòu)建。本文提出了一種重構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的刪除邊算法來優(yōu)化雙層網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量。大量的仿真實驗證實了僅對邏輯層進行少量有效刪除邊操作就可以大幅的提高雙層網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量。
　　本文對提高網(wǎng)絡(luò)傳輸容量問題進行了深入的研究，分析了影響網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的主要因素，并且提出了多種改