本文關(guān)鍵詞：基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作通信優(yōu)化技術(shù)研究

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【摘要】：21世紀(jì)是信息技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代,伴隨著用戶(hù)對(duì)無(wú)線(xiàn)通信帶寬需求的不斷增長(zhǎng),無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)正在向高速率化、高帶寬化、高頻率化的方向快速發(fā)展。協(xié)作通信(Cooperative Communication)技術(shù)使用中繼節(jié)點(diǎn)的收發(fā)天線(xiàn)與自身的收發(fā)天線(xiàn)形成多發(fā)射天線(xiàn)陣列,從而構(gòu)成虛擬的MIMO (Multi Input Multi Output)系統(tǒng)來(lái)獲得空間分集增益,也提高了通信傳輸?shù)目煽啃�。從某種思想上來(lái)說(shuō),協(xié)作通信技術(shù)既彌補(bǔ)了經(jīng)典MIMO技術(shù)的缺陷,又為MIMO技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用領(lǐng)域提供了新的發(fā)展思維。協(xié)作通信技術(shù)以獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想和優(yōu)勢(shì)使得其在未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展領(lǐng)域具有非常深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景和意義,例如在蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線(xiàn)自組織(Ad hoc)網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)、車(chē)載網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域可發(fā)揮重要的作用,它在低成本條件下是一種高效的無(wú)線(xiàn)資源分配解決方案,將成為未來(lái)的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)組成構(gòu)架中重要通信技術(shù)之一。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是近些年發(fā)展起來(lái)的嶄新學(xué)科,是研究復(fù)雜系統(tǒng)的一種重要理論和工具,主要刻畫(huà)復(fù)雜系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間、節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián)、相互作用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),是深入分析和發(fā)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的基本性質(zhì)和作用規(guī)律的基礎(chǔ)。作為一種廣泛存在于自然界和社會(huì)中理論研究模型,復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲透到眾多學(xué)科之中,諸如計(jì)算機(jī)科學(xué)、無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)、控制科學(xué)理論、電子電路系統(tǒng)、醫(yī)藥科學(xué)、生物科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)等等。將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于協(xié)作通信網(wǎng)優(yōu)化問(wèn)題研究,可以深入地分析協(xié)助通信網(wǎng)特有的本質(zhì)特征、作用規(guī)律以及抗魯棒性,從而達(dá)到對(duì)協(xié)作通信網(wǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè)、優(yōu)化、控制的目的。因此,本文的主要工作就是首次基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論知識(shí)來(lái)研究協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中存在的一些關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行深入研究其主要工作和創(chuàng)新性成果概括如下：(1)提出一種基于BA (Barabasi and Albert)擴(kuò)展模型的協(xié)作通信網(wǎng)演化模型,并對(duì)網(wǎng)絡(luò)的演化特性和演化規(guī)律進(jìn)行了分析。在協(xié)作通信網(wǎng)中,些性能較好、通信容量較高的節(jié)點(diǎn)更容易獲得與其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。所以,在網(wǎng)絡(luò)演化過(guò)程中某個(gè)新增節(jié)點(diǎn)或者新增鏈路添加到網(wǎng)絡(luò)中時(shí),對(duì)網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有的節(jié)點(diǎn)選擇就是非常值得研究的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)的深入分析,考慮了在協(xié)作通信網(wǎng)中按增加節(jié)點(diǎn)、增加鏈路、刪除節(jié)點(diǎn)、刪除鏈路四個(gè)步驟進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)演化,然后建立一種BA擴(kuò)展模型來(lái)分析研究協(xié)作通信演化網(wǎng)絡(luò)的特性。最后利用數(shù)值仿真對(duì)協(xié)作通網(wǎng)絡(luò)特性的分析成果以及魯棒性進(jìn)行驗(yàn)證。(2)提出一種基于BA和ER (Erdǒs and Rényi)混合的協(xié)作通信網(wǎng)優(yōu)化模型,可以規(guī)避網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)間演化舊節(jié)點(diǎn)度無(wú)限增大引起網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信容量飽和,也可以規(guī)避協(xié)作通信中對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)化選擇。BA無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型具有網(wǎng)絡(luò)增長(zhǎng)特性和優(yōu)先連接特性,隨著時(shí)間不斷推移演化網(wǎng)絡(luò)中包含有少量高度值節(jié)點(diǎn)和大量低度值節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。ER隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型中兩點(diǎn)之間具有相同連鏈路概率,是一個(gè)鏈路數(shù)與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模同階的稀疏圖,對(duì)于固定的網(wǎng)絡(luò)密度并沒(méi)有聚類(lèi)特性,且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的度值基本接近網(wǎng)絡(luò)的平均度。基于此,本文建立基于BA和ER混合的協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)演化模型,并對(duì)模型的網(wǎng)絡(luò)特性進(jìn)行分析,然后對(duì)該網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行魯棒性分析。最后利用數(shù)值仿真對(duì)協(xié)作通網(wǎng)絡(luò)特性的分析成果以及魯棒性進(jìn)行驗(yàn)證。(3)提出一種基于BA和ER混合的適應(yīng)度協(xié)作通信網(wǎng)優(yōu)化模型,模型能夠很好的應(yīng)用于協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò),有一些通信性能較高的新型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)對(duì)其賦予一個(gè)適應(yīng)度權(quán)重值來(lái)獲取更多的通信連接�？紤]到節(jié)點(diǎn)之間具有不同的競(jìng)爭(zhēng)能力的適應(yīng)度模型,是根據(jù)節(jié)點(diǎn)性能的高低對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)賦予一個(gè)權(quán)重,通過(guò)權(quán)重值來(lái)控制該節(jié)點(diǎn)獲取鏈接的能力。這種模型能夠很好的應(yīng)用于協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò),有一些通信性能較高的新型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)對(duì)其賦予一個(gè)適應(yīng)度權(quán)重值來(lái)獲取更多的通信連接。建立基于適應(yīng)度的協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)演化模型,并對(duì)模型的網(wǎng)絡(luò)特性進(jìn)行分析,然后對(duì)該網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行魯棒性分析。最后利用數(shù)值仿真對(duì)協(xié)作通網(wǎng)絡(luò)特性的分析成果以及魯棒性進(jìn)行驗(yàn)證。(4)提出一種基于確定性小世界模型的協(xié)作通信網(wǎng)中繼節(jié)點(diǎn)選擇策略,能夠很好的應(yīng)用于具有的明顯聚類(lèi)和小世界特性的相對(duì)均勻的協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)。首先,由于隨機(jī)模型中鏈路的隨機(jī)連接特性不適合包含固定節(jié)點(diǎn)連通度特性的通信網(wǎng)絡(luò),因此建立基于確定性小世界特性的協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)演化模型,并對(duì)其網(wǎng)絡(luò)特性進(jìn)行分析。然后,基于確定性小世界模型的協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò),利用最大度和最小聚類(lèi)系數(shù)的中繼節(jié)點(diǎn)選擇策略,加入分界值k_0參數(shù),分析該策略在協(xié)作通信網(wǎng)中繼節(jié)點(diǎn)選擇的效果,并與最大度中繼節(jié)點(diǎn)選擇策略和最小聚類(lèi)系數(shù)中繼節(jié)點(diǎn)選擇策略進(jìn)行比較分析。最后通過(guò)仿真模型對(duì)其性能進(jìn)行了數(shù)值仿真和驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TN915.0;O157.5

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本文編號(hào)：1279335