无线自组网中基于节点特征的容量和时延研究

论文摘要

无线自组网是一种无需基础设施支持就可以实现节点动态部署、快速展开和运行的无线网络,具有独立性高、抗毁性强等特点。现已广泛应用于军事战争、灾难救助等需要临时通信的场合。网络容量和时延是评估无线自组网性能的重要参数。网络容量由单位时间内能够成功传输的数据量来衡量。由于受到无线信道时变特性、有限传输带宽和共享信道传输带来的干扰等因素的影响,使得无线自组网的实际容量很低。因此,如何提高网络容量成为无线自组网领域的一个重要研究方向。网络时延用于度量数据在网络中的传输时间,其和网络容量之间存在内在的矛盾性,故如何在容量和时延之间权衡进而得到一个折中方案也是相关研究面临的一个技术难点。本文在总结现有工作的基础上,结合无线自组网中的节点特征（包括移动性、关联性、异构性、自私性）,针对不同的应用需求,从两个方面构建网络模型并分别进行容量和时延的分析。一方面,将节点的关联移动性和异构性结合起来,构建了一个关联移动模型下的异构无线网络。网络中包含用户节点和主控节点,其中用户节点是通信流的源节点或目的节点,主控节点充当中继转发数据包以减少时延。另一方面,将节点移动性和自私性结合起来,构建了一个节点自私性网络,其中的节点以不同的概率发送自己的或是其他节点的数据包。本文的主要贡献包括：（1）在关联移动模型下的异构无线网络中,提出了一种简单、有效的路由和调度策略,使网络容量可达标度律最优。同时推导了在此最优容量下端到端时延的标度律结果,并给出了容量和时延的权衡关系；（2）在节点自私性网络中,提出了一种结合多副本策略的自私性两跳中继算法（Selfish-2HR-f算法）来描述节点的自私性,并建立数据传输过程对应的马尔科夫链模型,精确推导了网络单点容量、端到端时延和传递代价的精确表达式（非标度律）。通过对仿真结果和理论结果的分析,发现了节点自私性对这些网络性能参数的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无线自组网概述
• 1.1.1 无线自组网特点
• 1.1.2 无线自组网应用
• 1.1.3 无线自组网局限性
• 1.2 无线自组网研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 1.4 本文组织结构
• 第二章 无线自组网容量和时延分析相关工作
• 2.1 容量和时延分析基本概念
• 2.1.1 容量和时延定义
• 2.1.2 性能分析基本步骤
• 2.1.3 干扰模型分类
• 2.1.4 移动模型分类
• 2.2 容量和时延分析经典工作
• 2.3 容量和时延分析扩展工作
• 2.3.1 基于节点移动性
• 2.3.2 基于节点关联性
• 2.3.3 基于节点异构性
• 2.3.4 基于节点自私性
• 2.3.5 基于多副本策略
• 2.4 本章小结
• 第三章 关联移动模型下的异构无线网络性能分析
• 3.1 系统模型
• 3.1.1 网络模型
• 3.1.2 移动模型
• 3.1.3 干扰模型
• 3.1.4 通信模型
• 3.2 路由和调度策略
• 3.2.1 路由策略
• 3.2.2 调度策略
• 3.3 容量和时延分析
• 3.3.1 容量分析
• 3.3.2 时延分析
• 3.3.3 容量和时延的权衡分析
• 3.3.4 性能分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于Selfish-2HR-f算法的自组网性能分析
• 4.1 系统模型
• 4.1.1 网络模型
• 4.1.2 移动模型
• 4.1.3 干扰模型
• 4.1.4 通信模型
• 4.2 调度策略和路由算法
• 4.2.1 调度策略
• 4.2.2 Selfish-2HR-f算法介绍
• 4.3 网络性能分析
• 4.3.1 基本概率
• 4.3.2 服务时间
• 4.3.3 网络容量
• 4.3.4 端到端时延
• 4.3.5 传递代价
• 4.4 数值结果与分析
• 4.4.1 单点容量vs.节点自私性
• 4.4.2 端到端时延vs.节点自私性
• 4.4.3 传递代价vs.节点自私性
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 简历与科研成果
• 致谢