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世紀是信息技術(shù)不斷發(fā)展的時代,伴隨著用戶對無線通信帶寬需求的不斷增長,無線移動通信技術(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)點的收發(fā)天線與自身的收發(fā)天線形成多發(fā)射天線陣列,從而構(gòu)成虛擬的MIMO (Multi Input Multi Output)系統(tǒng)來獲得空間分集增益,也提高了通信傳輸?shù)目煽啃浴哪撤N思想上來說,協(xié)作通信技術(shù)既彌補了經(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)以獨特的設(shè)計思想和優(yōu)勢使得其在未來無線通信發(fā)展領(lǐng)域具有非常深遠的應(yīng)用前景和意義,例如在蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)、無線自組織(Ad hoc)網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)、車載網(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線資源分配解決方案,將成為未來的無線通信網(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,主要刻畫復(fù)雜系統(tǒng)中節(jié)點與節(jié)點之間、節(jié)點與系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián)、相互作用的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(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,諸如計算機科學(xué)、無線通信系統(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)、社會經(jīng)濟學(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,從而達到對協(xié)作通信網(wǎng)進行預(yù)測、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)理論知識來研究協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中存在的一些關(guān)鍵科學(xué)問題進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)擴展模型的協(xié)作通信網(wǎng)演化模型,并對網(wǎng)絡(luò)的演化特性和演化規(guī)律進行了分析。在協(xié)作通信網(wǎng)中,些性能較好、通信容量較高的節(jié)點更容易獲得與其它節(jié)點進行通信。所以,在網(wǎng)絡(luò)演化過程中某個新增節(jié)點或者新增鏈路添加到網(wǎng)絡(luò)中時,對網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有的節(jié)點選擇就是非常值得研究的問題。通過對協(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、增加鏈路、刪除節(jié)點、刪除鏈路四個步驟進行網(wǎng)絡(luò)演化,然后建立一種BA擴展模型來分析研究協(xié)作通信演化網(wǎng)絡(luò)的特性。最后利用數(shù)值仿真對協(xié)作通網(wǎng)絡(luò)特性的分析成果以及魯棒性進行驗證。(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)隨時間演化舊節(jié)點度無限增大引起網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通信容量飽和,也可以規(guī)避協(xié)作通信中對中繼節(jié)點進行隨機化選擇。BA無標度網(wǎng)絡(luò)模型具有網(wǎng)絡(luò)增長特性和優(yōu)先連接特性,隨著時間不斷推移演化網(wǎng)絡(luò)中包含有少量高度值節(jié)點和大量低度值節(jié)點構(gòu)成。ER隨機網(wǎng)絡(luò)模型中兩點之間具有相同連鏈路概率,是一個鏈路數(shù)與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模同階的稀疏圖,對于固定的網(wǎng)絡(luò)密度并沒有聚類特性,且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的度值基本接近網(wǎng)絡(luò)的平均度�；诖�,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,并對模型的網(wǎng)絡(luò)特性進行分析,然后對該網(wǎng)絡(luò)模型進行魯棒性分析。最后利用數(shù)值仿真對協(xié)作通網(wǎng)絡(luò)特性的分析成果以及魯棒性進行驗證。(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)點可以通過對其賦予一個適應(yīng)度權(quán)重值來獲取更多的通信連接�？紤]到節(jié)點之間具有不同的競爭能力的適應(yīng)度模型,是根據(jù)節(jié)點性能的高低對每個節(jié)點賦予一個權(quán)重,通過權(quán)重值來控制該節(jié)點獲取鏈接的能力。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)點可以通過對其賦予一個適應(yīng)度權(quán)重值來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,并對模型的網(wǎng)絡(luò)特性進行分析,然后對該網(wǎng)絡(luò)模型進行魯棒性分析。最后利用數(shù)值仿真對協(xié)作通網(wǎng)絡(luò)特性的分析成果以及魯棒性進行驗證。(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)點選擇策略,能夠很好的應(yīng)用于具有的明顯聚類和小世界特性的相對均勻的協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)。首先,由于隨機模型中鏈路的隨機連接特性不適合包含固定節(jié)點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,并對其網(wǎng)絡(luò)特性進行分析。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系數(shù)的中繼節(jié)點選擇策略,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)點選擇的效果,并與最大度中繼節(jié)點選擇策略和最小聚類系數(shù)中繼節(jié)點選擇策略進行比較分析。最后通過仿真模型對其性能進行了數(shù)值仿真和驗證。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN915.0;O157.5

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本文編號：1279335