本文選題：動態(tài)容量　切入點：信噪比模型　出處：《浙江工業(yè)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：無線自組織網(wǎng)絡(Wireless Mobile Ad Hoc Networks,MANET)是由若干個可移動的無線收發(fā)裝置以自組織的方式形成的一個靈活、多跳、無中心網(wǎng)絡。由于無線自組織網(wǎng)絡具備組網(wǎng)過程不需要依靠任何預設的基礎設施等眾多優(yōu)勢,被廣泛地應用于軍事、醫(yī)療、救災、商務會議等各種實踐領(lǐng)域。其中,如何計算無線自組織網(wǎng)絡整體信道特性和傳輸協(xié)議下所能夠支持的最大信息流,便是無線自組織網(wǎng)絡容量問題,屬于網(wǎng)絡研究和設計的熱點領(lǐng)域。由于無線自組織網(wǎng)絡的特殊性(節(jié)點能量受限、拓撲結(jié)構(gòu)靈活多變、多路徑衰落效應等)使得無線自組織網(wǎng)絡平均吞吐量遠遠小于有線網(wǎng)絡,并不能直接應用香農(nóng)公式計算無線自組織網(wǎng)絡容量。因此,針對無線自組織網(wǎng)絡的特點,設計算法計算網(wǎng)絡容量并設法提高網(wǎng)絡容量成為一個非常關(guān)鍵而有意義的課題。在深入分析相關(guān)研究后,發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的無線網(wǎng)絡容量定義考慮不夠全面,比如并未包含網(wǎng)絡服務質(zhì)量保障等約束要求�，F(xiàn)實應用中,網(wǎng)絡路由協(xié)議、節(jié)點能量消耗模型與網(wǎng)絡容量計算結(jié)果密切相關(guān)。本文在網(wǎng)絡節(jié)點一階能量損耗數(shù)學模型的基礎上,分析了兩類無線自組織網(wǎng)絡系統(tǒng)的容量計算方法:當網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)不確定時,推導無線自組織網(wǎng)絡容量上界與下界閉合數(shù)學表達式;當網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)確定時,建立網(wǎng)絡生存容量和動態(tài)容量的計算模型。在分析影響網(wǎng)絡容量的若干因素后,本文還提出了一種中繼節(jié)點功率優(yōu)化控制的協(xié)作通信系統(tǒng),提高網(wǎng)絡信息的傳輸速率、降低網(wǎng)絡信息的傳輸中斷概率,以此達到提到網(wǎng)絡容量的目的。本文的主要工作和研究成果如下:1.在Steven Weber等人信噪比網(wǎng)絡容量模型的基礎上,分析無線自組織網(wǎng)絡信息的多跳傳輸概率,提出了一種基于生存時間的多跳無線自組織網(wǎng)絡容量計算方法,并推導網(wǎng)絡容量上界和下界的閉合數(shù)學表達式。針對節(jié)點位置服從均勻分布以及泊松點過程分布兩類隨機網(wǎng)絡,采用MATLAB軟件進行數(shù)值計算,分析網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量與節(jié)點通信半徑對于網(wǎng)絡連通特性、網(wǎng)絡單跳容量、網(wǎng)絡多跳容量、網(wǎng)絡生存時間以及基于生存時間的多跳容量的變化規(guī)律。得到如下結(jié)論:基于泊松點過程分布的無線自組織網(wǎng)絡在多跳傳輸容量方面的表現(xiàn)要優(yōu)于基于均勻分布的網(wǎng)絡,且無線自組織網(wǎng)絡的多跳特性有助于提高網(wǎng)絡傳輸容量。2.本文將網(wǎng)絡生存時間內(nèi)所能傳輸?shù)男畔⒖偭慷x為網(wǎng)絡生存容量,將某時刻網(wǎng)絡的可用容量定義為網(wǎng)絡剩余容量,亦可以稱為網(wǎng)絡動態(tài)容量,并建立整數(shù)規(guī)劃數(shù)學模型描述網(wǎng)絡生存容量與網(wǎng)絡動態(tài)容量�？紤]到路由策略與網(wǎng)絡生存容量之間的關(guān)系,為獲得更大的生存容量,本文提出了一種基于Grover算法的能量感知路由策略。最后,建立仿真模型分析基于Grover算法的能量感知路由策略與經(jīng)典的AODV路由策略基礎上網(wǎng)絡生存容量、網(wǎng)絡動態(tài)容量的變化趨勢。得到如下結(jié)論:基于Grover算法的能量感知路由策略所獲得的網(wǎng)絡生存容量隨著網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量、通信半徑的增加而增加�；贕rover算法的能量感知路由策略在容量方面的表現(xiàn)要優(yōu)于經(jīng)典的AODV路由策略,同時發(fā)現(xiàn):無線自組織網(wǎng)絡節(jié)點的移動性有助于提高網(wǎng)絡生存容量、延緩網(wǎng)絡動態(tài)容量的下降速度。3.在分析網(wǎng)絡容量定義以及網(wǎng)絡容量計算方法后,發(fā)現(xiàn)受限的網(wǎng)絡帶寬和網(wǎng)絡資源是限制網(wǎng)絡容量增長的關(guān)鍵因素,改善網(wǎng)絡傳輸速率、降低中斷概率對提升網(wǎng)絡容量起著至關(guān)重要的作用。為此,本文提出了節(jié)點協(xié)作通信與功率優(yōu)化分配兩種方式提高無線自組織網(wǎng)絡容量。首先本文提出了一種節(jié)點中繼相互協(xié)作模式提高網(wǎng)絡平均傳輸速率,并在基于Grover算法的能量感知路由協(xié)議中引入節(jié)點標號方式予以實現(xiàn)網(wǎng)絡的最大流傳輸。然后,討論當網(wǎng)絡總功率受限時,建立優(yōu)化數(shù)學模型對中繼節(jié)點進行功率優(yōu)化分配,并采用遺傳算法求解最優(yōu)功率分配方案。最后,采用MATLAB軟件進行數(shù)值仿真,對比多中繼協(xié)作且功率優(yōu)化分配與非中繼協(xié)作且功率均勻分配兩種策略在中斷概率、網(wǎng)絡容量等方面的表現(xiàn)。得到如下結(jié)論:中繼合作模式、能量優(yōu)化分配可以提高網(wǎng)絡傳輸容量,降低網(wǎng)絡傳輸?shù)闹袛喔怕省?br/>[Abstract]:Wireless self-organizing network (Wireless Mobile Ad Hoc Networks, MANET) is formed by a plurality of mobile wireless transceiver in a self-organizing way a flexible, multi hop, no center network. The wireless self-organizing network with the network process without any predetermined infrastructure and many other advantages, is widely used in military, medical, disaster relief, business meetings and other various practical fields. Among them, how to calculate the maximum flow of information to support wireless ad hoc network overall channel characteristics and transmission protocol of wireless ad hoc network is the capacity of the network belongs to the research and design of the hot field. Because of the special wireless ad hoc network (of limited node energy, flexible topology, multi path fading effect) wireless self organization network is far less than the average throughput of the cable network, and can not be directly applied Shannon Calculation of wireless ad hoc network capacity. Therefore, in view of the wireless self-organizing network, algorithm design and calculation of network capacity and improving the capacity of the network become a very crucial and meaningful topic. In the analysis of relevant research, found that the classical definition of wireless network capacity is not comprehensive enough to consider for example does not include the service quality of the network security other constraints. In applications, network routing protocol, the node energy consumption model and the calculation results are closely related to the capacity of the network. In this paper, a mathematical model of network node order energy loss calculation method on the analysis of two types of wireless ad hoc network system capacity: when the network topology is uncertain, the capacity of wireless ad the organization network mathematical upper and lower bounds of closed form expressions; when determining the network topology, network computing model of survival capacity and the dynamic capacity. In the analysis of some factors influencing the network capacity, we propose a cooperative communication system with relay node power optimization control, improve the transmission rate of network information, network information transmission to reduce the outage probability, so as to achieve the purpose of network capacity mentioned. The main work and research results are as follows: 1. in Steven Weber et al. Noise ratio based network capacity model, analysis of multi hop wireless ad hoc network information transmission probability, is proposed based on the survival time of multi hop wireless self organization network capacity calculation method, and derive the network capacity of the upper and lower bounds on the closed mathematical expressions. The node location distribution and uniform distribution of two kinds of Poisson point process random network obey, numerical calculation is carried out by using MATLAB software, analysis of the number of the network nodes and node communication radius for network connectivity, single hop network capacity, Multi hop network capacity, network lifetime as well as based on the variation of survival time in multi hop capacity. Conclusions are as follows: Poisson point process distribution performance of self organization network in wireless multi hop transmission capacity is better than the uniform distribution network based on network is helpful to improve the transmission capacity of.2. the total information network can define transmission time as the network survival capacity and multi hop wireless ad hoc network characteristics, will be available at a time of network capacity is defined as the network residual capacity, can also be called dynamic network capacity, and establishes an integer programming model to describe the network survival capacity and dynamic network capacity. Considering the relationship between routing strategy with the network survival capacity, in order to obtain greater survival capacity, this paper proposes an energy aware routing strategy based on Grover algorithm. Finally, establish the simulation model Type analysis of Grover algorithm and energy aware routing strategy with the classic AODV routing strategy based on network capacity based on dynamic change of network capacity. The conclusions are as follows: the energy aware routing strategy based on Grover algorithm of the network survival capacity with the number of the network nodes, increase communication radius increased. At the same time that performance of energy aware the routing strategy of Grover algorithm in terms of capacity to AODV routing strategy is better than the classic based on wireless ad hoc network node mobility is helpful to improve the network survival capacity, network delay dynamic capacity decreasing rate of.3. in the analysis of calculation method of network capacity and network capacity definition, found limited network bandwidth and cyber source is the key factors limiting the growth of network capacity, improve the network transmission rate, reduce the outage probability to improve the capacity of the network to play An important role. Therefore, this paper proposes a node cooperative communication and power allocation in two ways to improve the capacity of wireless ad hoc networks. Firstly, this paper proposes a relay cooperation mode to improve the average transmission rate of the network, and the maximum flow transmission energy aware routing algorithm in Grover is introduced to achieve network node labeling based on the discussion. Then, when the total power network limited, establishes the optimization mathematical model for optimal power allocation of the relay nodes, and the genetic algorithm for solving the optimal power allocation scheme. Finally, numerical simulation is carried out by using MATLAB software, and the comparison of multi relay cooperative and non cooperative power allocation and equal power allocation strategies in the two interrupt the probability of the network capacity and performance. The conclusions are as follows: relay cooperation mode, energy allocation can improve the network transmission Capacity to reduce the interruption probability of network transmission.

【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.5

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本文編號：1603558