【摘要】：在有蜂窩網(wǎng)覆蓋,但是無(wú)法滿足驟然增加的通信需求的場(chǎng)所,如大型集會(huì)場(chǎng)所等；在沒有蜂窩網(wǎng)覆蓋,但是存在通信需求的場(chǎng)所,如存在通信需求的地下環(huán)境或者偏遠(yuǎn)地區(qū)等；在蜂窩網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施被摧毀,但是存在通信需求的場(chǎng)所,如地震或者海嘯的災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)等,應(yīng)急通信系統(tǒng)綜合利用各種通信資源,提供暫時(shí)性的無(wú)線覆蓋和滿足需要的通信手段。 本文針對(duì)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景,討論基于中繼網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)急通信系統(tǒng),研究中繼網(wǎng)絡(luò)部署相關(guān)問題。將中繼節(jié)點(diǎn)部署在最優(yōu)位置最優(yōu)化系統(tǒng)性能,或者在系統(tǒng)性能約束下部署最少的中繼節(jié)點(diǎn)以降低系統(tǒng)成本。主要的研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)如下： 針對(duì)礦難或者隧道事故等應(yīng)用場(chǎng)景,采用沿途部署便攜式中繼節(jié)點(diǎn)的方式建立一維中繼網(wǎng)絡(luò)。本文系統(tǒng)地研究了收發(fā)端距離已知時(shí),最優(yōu)的中繼部署與資源配置最小化中斷概率或者最大化傳輸速率。收發(fā)端距離未知時(shí),中斷概率或者傳輸速率約束下,最優(yōu)的中繼部署與資源配置最大化傳輸距離。當(dāng)中斷概率作為系統(tǒng)性能指標(biāo)時(shí),只需要優(yōu)化中繼部署,優(yōu)化問題為凸問題。采用凸優(yōu)化理論可以得到全局最優(yōu)解。當(dāng)傳輸速率作為系統(tǒng)性能指標(biāo)時(shí),需要聯(lián)合優(yōu)化中繼部署與資源配置,優(yōu)化問題為非凸問題。分析了鏈路分配總資源與鏈路距離一階導(dǎo)數(shù)的非負(fù)性質(zhì)和凸性質(zhì),并利用這些性質(zhì)設(shè)計(jì)低復(fù)雜度的求解算法,可以得到全局最優(yōu)解。 針對(duì)火災(zāi)或者抓捕等應(yīng)用場(chǎng)景,采用部署基站和移動(dòng)中繼節(jié)點(diǎn)的方式建立二維移動(dòng)中繼網(wǎng)絡(luò)。本文系統(tǒng)地研究了最優(yōu)的基站部署、中繼部署與資源配置問題。在基站部署方面,最優(yōu)的基站部署最大化目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的最小信噪比�；究梢圆渴鹪谀繕�(biāo)區(qū)域內(nèi)外的任意位置時(shí)的優(yōu)化問題為凸問題。基站只能夠部署在目標(biāo)區(qū)域邊上或者外面時(shí)的優(yōu)化問題為非凸問題。對(duì)于兩個(gè)優(yōu)化問題,采用幾何分析的方法,給出低復(fù)雜度的求解算法,得到全局最優(yōu)解。在中繼部署與資源配置方面,最優(yōu)的中繼部署與資源配置最小化所有用戶中的最大中斷概率,或者最大化所有用戶中的最小傳輸速率。當(dāng)中斷概率作為系統(tǒng)性能指標(biāo)時(shí),只需要優(yōu)化中繼部署。優(yōu)化問題為非凸問題。采用低復(fù)雜度的貪婪算法獲得次優(yōu)解,并與窮搜索算法得到的全局最優(yōu)解進(jìn)行比較。通過仿真可得兩者的所有用戶中的最大中斷概率基本重合。當(dāng)傳輸速率作為為系統(tǒng)性能指標(biāo)時(shí),需要聯(lián)合優(yōu)化中繼部署與資源配置。優(yōu)化問題為非凸問題。由于每個(gè)用戶只會(huì)選擇資源效率最高的一條鏈路。集中式算法遍歷用戶的鏈路選擇,得到全局最優(yōu)解,復(fù)雜度較高。分布式算法基于用戶分類,交替迭代得到次優(yōu)解,復(fù)雜度較低。通過仿真可得兩者的所有用戶中的最小傳輸速率基本重合。 針對(duì)地震或者海嘯等應(yīng)用場(chǎng)景,采用部署基站和隨機(jī)中繼節(jié)點(diǎn)的方式建立二維隨機(jī)中繼網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)中繼部署的隨機(jī)性、位置不可控的特征,本文系統(tǒng)地研究了中繼密度和路徑選擇問題。在中繼密度方面,用戶與最近的中繼節(jié)點(diǎn)通信。采用隨機(jī)幾何工具分析用戶成功發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包至最近的中繼節(jié)點(diǎn),和用戶從最近的中繼節(jié)點(diǎn)成功接收一個(gè)數(shù)據(jù)包的時(shí)延。并進(jìn)一步分析不同的調(diào)制編碼方式對(duì)時(shí)延的影響。在給定時(shí)延需求的情況下,給出低復(fù)雜度的求解算法得到最小的中繼密度。在路徑選擇方面,為每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)與基站間建立中繼鏈路�？紤]實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),時(shí)延較大的數(shù)據(jù)包不具有實(shí)際價(jià)值。在限制每跳鏈路的重傳次數(shù)上界的情況下,分析每個(gè)設(shè)備的最優(yōu)發(fā)送功率,端到端成功傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包的能耗與剩余能量的比值。然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn),以最小化能耗與剩余能量的比值為準(zhǔn)則,改進(jìn)OLSR協(xié)議,采用Dijkstra算法,實(shí)現(xiàn)分布式且低復(fù)雜度的路徑選擇。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN925
【圖文】：

T為己知常量，仿真中取值為lOdB。當(dāng)收發(fā)端距離為500m，頻譜資源為7MHzB寸，最優(yōu)的中繼部署如圖2.3所示�？梢钥吹剑�1)固定中繼數(shù)時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)間鏈路距離相等。這是由于每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)具有相同的發(fā)送功率，中繼節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)間鏈路具有等價(jià)性。2)固定中繼數(shù)時(shí)，基站與中繼節(jié)點(diǎn)間鏈路距離，大于等于中繼節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)間鏈路距離，大于等于中繼節(jié)點(diǎn)與用戶間鏈路距離。這是由于基站發(fā)送功率，大于中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率，大于用戶發(fā)送功率。當(dāng)中繼數(shù)為3時(shí)，最優(yōu)的中繼部署對(duì)應(yīng)的距離元組為丨132.3，132.3

噪比門限值7和r為己知常量，仿真中取值為10 dB。當(dāng)收發(fā)端的中斷概率不大于5%，頻譜資源為7MHz時(shí)，最優(yōu)的中繼部署如圖2.8所示�？梢钥吹剑�1)固定中繼數(shù)時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)間鏈路距離相等。這是由于每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)具39

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 秦佳力;張德榮;;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署優(yōu)化及鏈路質(zhì)量評(píng)估[J];安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2014年02期

2 吳春輝;陳洪生;;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)連通恢復(fù)綜述[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究;2014年05期

3 李曉麗;趙曙光;劉浩;;Distributed Cooperative Coverage of Mobile Robots with Consensus-Based Connectivity Estimation[J];Journal of Shanghai Jiaotong University(Science);2014年03期

4 李文翔;張峰;馬婭婕;;認(rèn)知無(wú)線傳感網(wǎng)在規(guī)則拓?fù)渲械拿襟w接入調(diào)度方法[J];微電子學(xué)與計(jì)算機(jī);2014年08期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 程文波;約束條件下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];成都理工大學(xué);2013年

2 候健;分布式多智能體協(xié)調(diào)控制及其應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2013年

3 蘇桂鋒;復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)上的爆炸式同步與級(jí)聯(lián)效應(yīng)[D];華東師范大學(xué);2014年

4 閆冬梅;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分簇算法與調(diào)度策略研究[D];東北大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 陳忠楠;面向工業(yè)生產(chǎn)的移動(dòng)感知節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)優(yōu)化算法研究[D];天津大學(xué);2012年

2 洪翔宇;幾何覆蓋無(wú)沖突著色問題[D];復(fù)旦大學(xué);2008年

3 駱平;面向不平衡能量分布的傳感網(wǎng)拓?fù)淇刂扑惴ㄑ芯縖D];南京郵電大學(xué);2013年

4 陳杭;移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署及覆蓋仿真研究[D];湖南大學(xué);2012年

5 薛粹瑤;室內(nèi)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)放置問題研究[D];上海交通大學(xué);2013年

6 秦佳力;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署優(yōu)化及鏈路質(zhì)量評(píng)估[D];太原科技大學(xué);2014年

7 王龍;自然災(zāi)害對(duì)電力通信網(wǎng)影響研究[D];華北電力大學(xué);2014年

8 吳云鶴;認(rèn)知無(wú)線傳感網(wǎng)在方格拓?fù)渲械幕旌下酚煞椒╗D];武漢科技大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2730752