非均勻無線自組織網(wǎng)絡容量及相關(guān)性能研究.pdf

1、無線自組織網(wǎng)絡(AdHoc網(wǎng)絡)是一類特殊的無線網(wǎng)絡,因為其無中心、自組織、動態(tài)拓撲、多跳路由等特點,被廣泛的應用于軍事通信和抗險救災等領(lǐng)域。另外,支持AdHoc通信模式也已成為無線通信設備發(fā)展的趨勢。而學術(shù)界關(guān)于AdHoc網(wǎng)絡的理論研究已成為了無線通信網(wǎng)絡領(lǐng)域的一大分支,其中作為信息理論子課題的AdHoc網(wǎng)絡的容量問題,在近十多年備受國內(nèi)外廣大學者的關(guān)注。本文以深入分析AdHoc網(wǎng)絡容量問題為出發(fā)點,以完善網(wǎng)絡信息理論為目標,重點研究

2、更貼近實際網(wǎng)絡狀況的非均勻無線網(wǎng)絡,分析了非均勻無線自組織網(wǎng)絡的節(jié)點分布特征、網(wǎng)絡連通性、傳輸模型、容量性質(zhì)、傳輸能耗以及延時等性能。
　　本文首先針對非均勻AdHoc網(wǎng)絡的節(jié)點分布特性,引入了離散噪聲過程對節(jié)點分布進行建模,其中重點分析了非均勻特性非常明顯的簇擴張型網(wǎng)絡模型,對網(wǎng)絡中不同區(qū)域之間的節(jié)點密度差異進行了深入研究。接著本文以節(jié)點簇為基本單位,首次建立了非均勻節(jié)點分布下的滲透模型,證明了在簇內(nèi)存在兩種方向上的信息高速公路

3、,由這些高速公路組成的主干傳輸系統(tǒng)成為了分析網(wǎng)絡傳輸模型的關(guān)鍵,而在簇間則建立了相關(guān)的信息管道,為簇內(nèi)的傳輸模型做補充,完善了整個網(wǎng)絡的傳輸模型。本文還分析了該模型下,非均勻網(wǎng)絡保證連通的充要條件,推導出了節(jié)點發(fā)射功率應滿足的條件。在完善傳輸模型的基礎上,本文提出了合理的路由傳輸策略,路由分為簇內(nèi)傳輸和簇間傳輸兩部分,文中對兩部分分別進行了分析并推導證明了網(wǎng)絡中節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)的可行吞吐率,用于逼近非均勻AdHoc網(wǎng)絡容量的下界。通過比較,

4、本文所得下界較前人的結(jié)論更為緊湊。
　　本文還重點分析了非均勻AdHoc網(wǎng)絡的最小傳輸能量問題,旨在從理論上推導網(wǎng)絡中隨機的一對源-目的節(jié)點對之間,成功傳輸單位信息量數(shù)據(jù)所消耗的網(wǎng)絡最小能量。文中通過上下界同時逼近的方法,在求取下界的過程中建立了泰森多邊形模型,并在其中尋找一些較大概率不含有任何節(jié)點的空路徑,通過求解一次傳輸所必須消耗的能量從而得到最小傳輸能量的下界。而在上界的求解過程中,則利用本文提出的非均勻滲透模型,計算在路由

5、過程中所消耗的能量。通過仔細分析和證明,非均勻網(wǎng)絡的特殊性將導致滲透模型無法完全覆蓋整個網(wǎng)絡區(qū)域,其受到網(wǎng)絡節(jié)點分布屬性的限制,最終將導致上下界存在一定的間隙。本文分析和推導了間隙的大小以及形成原因,并由此給出了非均勻網(wǎng)絡向均勻網(wǎng)絡轉(zhuǎn)化的可行性分析及條件。
　　最后,對于非均勻無線網(wǎng)絡中端到端傳輸延時邊界的問題,本文采用了隨機網(wǎng)絡演算作為理論分析工具,隨機網(wǎng)絡演算作為建模無線衰落信道,分析網(wǎng)絡延時和數(shù)據(jù)積壓的數(shù)學工具,能很好地分析