【摘要】：在有蜂窩網(wǎng)覆蓋,但是無法滿足驟然增加的通信需求的場所,如大型集會場所等；在沒有蜂窩網(wǎng)覆蓋,但是存在通信需求的場所,如存在通信需求的地下環(huán)境或者偏遠地區(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所,如地震或者海嘯的災后現(xiàn)場等,應(yīng)急通信系統(tǒng)綜合利用各種通信資源,提供暫時性的無線覆蓋和滿足需要的通信手段。 本文針對實際的應(yīng)用場景,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)點以降低系統(tǒng)成本。主要的研究內(nèi)容和貢獻如下： 針對礦難或者隧道事故等應(yīng)用場景,采用沿途部署便攜式中繼節(jié)點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,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,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。當中斷概率作為系統(tǒng)性能指標時,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。當傳輸速率作為系統(tǒng)性能指標時,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數(shù)的非負性質(zhì)和凸性質(zhì),并利用這些性質(zhì)設(shè)計低復雜度的求解算法,可以得到全局最優(yōu)解。 針對火災或者抓捕等應(yīng)用場景,采用部署基站和移動中繼節(jié)點的方式建立二維移動中繼網(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區(qū)域內(nèi)的最小信噪比�；究梢圆渴鹪谀繕藚^(qū)域內(nèi)外的任意位置時的優(yōu)化問題為凸問題�；局荒軌虿渴鹪谀繕藚^(qū)域邊上或者外面時的優(yōu)化問題為非凸問題。對于兩個優(yōu)化問題,采用幾何分析的方法,給出低復雜度的求解算法,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。當中斷概率作為系統(tǒng)性能指標時,只需要優(yōu)化中繼部署。優(yōu)化問題為非凸問題。采用低復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。當傳輸速率作為為系統(tǒng)性能指標時,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。由于每個用戶只會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。 針對地震或者海嘯等應(yīng)用場景,采用部署基站和隨機中繼節(jié)點的方式建立二維隨機中繼網(wǎng)絡(luò)。針對中繼部署的隨機性、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)點通信。采用隨機幾何工具分析用戶成功發(fā)送一個數(shù)據(jù)包至最近的中繼節(jié)點,和用戶從最近的中繼節(jié)點成功接收一個數(shù)據(jù)包的時延。并進一步分析不同的調(diào)制編碼方式對時延的影響。在給定時延需求的情況下,給出低復雜度的求解算法得到最小的中繼密度。在路徑選擇方面,為每個中繼節(jié)點與基站間建立中繼鏈路�？紤]實時業(yè)務(wù),時延較大的數(shù)據(jù)包不具有實際價值。在限制每跳鏈路的重傳次數(shù)上界的情況下,分析每個設(shè)備的最優(yōu)發(fā)送功率,端到端成功傳輸一個數(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,以最小化能耗與剩余能量的比值為準則,改進OLSR協(xié)議,采用Dijkstra算法,實現(xiàn)分布式且低復雜度的路徑選擇。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN925
【圖文】：

T為己知常量，仿真中取值為lOdB。當收發(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，中繼節(jié)點與中繼節(jié)點間鏈路距離相等。這是由于每個中繼節(jié)點具有相同的發(fā)送功率，中繼節(jié)點與中繼節(jié)點間鏈路具有等價性。2)固定中繼數(shù)時，基站與中繼節(jié)點間鏈路距離，大于等于中繼節(jié)點與中繼節(jié)點間鏈路距離，大于等于中繼節(jié)點與用戶間鏈路距離。這是由于基站發(fā)送功率，大于中繼節(jié)點發(fā)送功率，大于用戶發(fā)送功率。當中繼數(shù)為3時，最優(yōu)的中繼部署對應(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。當收發(fā)端的中斷概率不大于5%，頻譜資源為7MHz時，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，中繼節(jié)點與中繼節(jié)點間鏈路距離相等。這是由于每個中繼節(jié)點具39

【共引文獻】

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本文編號：2730752