本文選題：平流層平臺　切入點：船載中繼站　出處：《大連海事大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著"一帶一路"的推進和我國航運事業(yè)的不斷發(fā)展,海上船只數(shù)量激增,對海上通信提出了更高的需求。鑒于海上地理環(huán)境的特殊性,許多在陸地上應(yīng)用的先進通信技術(shù)無法或者極難在海上環(huán)境中進行實施,因此追求功能上繼續(xù)完善、成本上繼續(xù)下降、使用方式上更加適應(yīng)海上用戶的海上寬帶通信方式迫在眉睫。本文結(jié)合當前海上寬帶通信的具體需求,提出一種基于平流層平臺的海上寬帶通信系統(tǒng),并對其網(wǎng)絡(luò)部署與拓撲優(yōu)化問題開展研究,主要工作分為如下幾個方面:首先,本文深入研究了以平流層平臺為主的臨近空間通信技術(shù),并分析了3GPPReleasel0中的中繼技術(shù),提出了一種基于平流層平臺的海上寬帶通信系統(tǒng),該系統(tǒng)通過將地面蜂窩網(wǎng),平流層平臺與船載中繼站相結(jié)合的方式,實現(xiàn)陸地寬帶網(wǎng)絡(luò)向海上的有效延伸,構(gòu)成海地一體化通信系統(tǒng),能夠更好地滿足海上用戶的寬帶通信需求。其次,針對融合網(wǎng)絡(luò)部署組網(wǎng)的首要問題,即平流層飛艇的部署優(yōu)化(HDO)問題開展研究,聯(lián)合考慮平流層平臺的通信性能和融合網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)特點,并分析網(wǎng)絡(luò)部署規(guī)劃工程實踐中所涉及的關(guān)鍵因素,提出了基于樹型的平流層飛艇節(jié)點拓撲結(jié)構(gòu),并運用運籌學(xué)方法建立數(shù)學(xué)模型,實現(xiàn)了較為完整的網(wǎng)絡(luò)拓撲優(yōu)化方法體系,以期在實現(xiàn)對目標區(qū)域覆蓋需求的同時,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)部署成本的最小化。接下來,為了提高海島、油田等熱點接入?yún)^(qū)域網(wǎng)絡(luò)的可靠性,本文在一重覆蓋的基礎(chǔ)上,提出了對網(wǎng)絡(luò)進行二重覆蓋的最小覆蓋重數(shù)要求,并使用線性規(guī)劃求解器Gurobi對數(shù)學(xué)模型進行求解。在仿真實驗中,本文首先在小規(guī)模場景中驗證了數(shù)學(xué)模型的正確性,然后逐步增大場景規(guī)模,驗證了模型的可擴展性。之后針對大規(guī)模場景部署規(guī)劃中,Gurobi求解過程存在的"維數(shù)災(zāi)難"問題,本文使用遺傳算法對融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行求解,為了加快遺傳算法的收斂速度,我們對遺傳算法進行改進,提出一種變長度染色體的改進型遺傳算法,并驗證了算法的可行性、擴展性、高效性。在對比實驗中,Gurobi無法獲得大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)下的優(yōu)化結(jié)果,而改進的遺傳算法仍能為指定場景提供網(wǎng)絡(luò)部署的近似最優(yōu)方案。
[Abstract]:With the promotion of "Belt and Road" and the continuous development of China's shipping industry, the number of vessels at sea has increased dramatically, which has put forward a higher demand for maritime communications. In view of the particularity of the marine geographical environment, Many of the advanced communications technologies used on land cannot or are extremely difficult to implement in the marine environment, so they seek to continue to improve their functions and their costs continue to fall. This paper proposes a sea broadband communication system based on stratospheric platform. The network deployment and topology optimization are studied. The main work is as follows: firstly, this paper deeply studies the near space communication technology based on stratospheric platform, and analyzes the relay technology in 3GPPRELELE0. In this paper, a sea broadband communication system based on stratospheric platform is proposed. By combining terrestrial cellular network, stratospheric platform and shipborne relay station, the system can effectively extend the land broadband network to the sea. An integrated communication system in Haiti can better meet the broadband communication needs of maritime users. Secondly, research is carried out on the most important issue of integrating network deployment and networking, that is, the optimization of the deployment of stratospheric airships. Considering the communication performance of stratospheric platform and the architecture characteristics of fusion network, the key factors involved in network deployment planning engineering are analyzed, and the topological structure of stratospheric airship nodes based on tree is proposed. Using the operational research method to establish the mathematical model, a relatively complete network topology optimization method system is realized, in order to realize the minimum of network deployment cost while covering the target area. Next, in order to increase the island, the network deployment cost is minimized. On the basis of one repeat cover, this paper puts forward the requirement of minimum coverage multiplicity of double cover for oil field and other hot spots to connect to the area network. The linear programming solver Gurobi is used to solve the mathematical model. In the simulation experiment, the correctness of the mathematical model is first verified in a small scale scenario, and then the scene scale is gradually increased. The extensibility of the model is verified. Then, aiming at the problem of "dimension disaster" existing in the Gurobi solution process of large-scale scene deployment planning, this paper uses genetic algorithm to solve the fusion network architecture, in order to speed up the convergence of genetic algorithm. We improve the genetic algorithm, propose an improved genetic algorithm with variable length chromosomes, and verify the feasibility, expansibility and efficiency of the algorithm. The improved genetic algorithm can still provide an approximate optimal scheme for network deployment in a given scenario.
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN914

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本文編號：1578377