基于阶梯式拓扑结构的WSN半动态路由算法

针对全动态路由算法随着网络规模的增大其拓扑管理能耗剧增的不足,提出一种半动态路由算法.该算法创建了以簇为基本单元的阶梯式网络拓扑模型,根据无线信道传输模型确定簇的覆盖并建立簇到基站的多跳梯度场,在梯度场中采用有序、定向的数据传送方式,实现信息以链路最短的距离向基站汇聚,并在簇内创建了一套簇头轮转机制,以实现簇内能耗平衡.对该算法能耗的定量分析和具体场景的仿真结果表明,该算法大大减少了拓扑管理和数据传送过程中的通信能耗,尤其是随着网络规模的增大,与LEACH算法相比具有明显的节能效果.     

列车通信网络设计问题中的双层规划模型

列车通信网络的物理拓扑结构和逻辑拓扑结构优化问题关系到列车控制系统及安全监测系统的性能和经济效益。对列车通信网络的设计问题进行建模,通过双层规划的思想,将列车通信网络的可靠性、建造费用与通信效率纳入统一的决策过程,从而建立科学的列车通信网络最优性能模型。上层规划以最低建造成本为目标,约束条件为网络可靠性;下层规划以最大通信效率为目标,约束条件为建造费用和网络物理拓扑。最后利用一种基于遗传算法和Floyd算法的混合求解过程对列车通信网络综合规划模型进行求解,得到满足网络稳定性要求下的最小费用设计方案及该方案下的最优效率通信方式。通过对实例结果的分析表明,文中提出的模型是切实有效的。     

无线传感器网络中恶意软件传播研究

从平面无线传感器网络的拓扑结构、无线共享通信及安全机制等固有特征出发,对无线传感器网络上的恶意软件传播动力学进行研究.首先,使用随机几何图建立平面无线传感器网络模型;然后,基于元胞自动机理论建立恶意软件SI(Susceptible-Infected)传播模型,该模型充分考虑无线传感器网络固有特征和传播特征,模型建立引入MAC机制和随机密钥预分布方案.分析和仿真表明,无线传感器网络的空间局域化结构特征、无线信道共享机制和安全管理应用主导了传播增长效果,限制了恶意软件传播速度,降低了在无线传感器网络中大规模流行恶意软件的风险.文中提出的模型能够描述无线传感器网络中恶意软件传播行为,为建立无线传感器网络安全防御机制提供了基础.     

蜂窝状通信系统的最优信道分配

讨论了蜂窝状通信系统在干扰可接受范围内的最优信道分配问题。文中给出了此信道分配问题的数学模型，通过运用线性和mod(S)的思想，建立了一套简便易行的信道分配方案，使上述模型找到了最优或者接近最优的分配方案。     

基于指向性换能器水声传感器网络功率控制算法

为了实现环境友好的通信,提高信道空间复用率进而提高网络吞吐量,提出了一种采用指向性换能器的水声传感器网络功率控制算法.设计支持指向性的邻节点发现过程,使节点获取信道信息,以归一化系统容量最大化及对邻近节点的干扰最小化为目标建立效用函数.以海洋生物发声影响阈值为限定条件,通过求解最大化效用函数的最优解对节点进行功率控制.该算法既能缓解隐藏终端和暴露终端问题,又能避免干扰海洋生物.仿真结果表明:相比于全向通信,对于不同的换能器波束宽度,本算法可使网络的能耗降低,吞吐量提高2~3倍,端到端延时降低20%~30%.     

基于遗传算法的无线传感器网络覆盖问题的多目标优化

覆盖是无线传感器网络的一个基本问题,在确定的监测区域内,使用尽可能少的传感器节点而又能实现最优的覆盖度,这样不仅节约能源,而且减少信道访问冲突,延长网络的生存周期.本文对无线传感器网络的覆盖问题进行了研究,建立了网络覆盖问题模型,并通过基于Pareto排序的遗传算法来求解这个多目标优化问题.     

一种D2D缓存网络的延时与能耗优化方案

为了降低D2D通信网络中的能耗,设计了一种D2D缓存网络的优化方案:首先,计算初始状态下无线网络的延时与能耗;然后,考虑D2D通信并遍历所有已缓存文件的用户,选择具有延时与能耗改进空间的用户进行优化,以得到最优的用户与文件组合;最后,在满足D2D通信不会受到噪声干扰的前提下,根据用户设备的剩余电量,尽可能地降低用户的发射功率,并在每次通信前进行刷新,作为初始值存储在基站的矩阵之中.仿真结果表明:动态能耗缓存方案可以获得D2D通信网络中最优的平均能耗,并且在加入了能耗改进之后,系统延时与原算法基本相当,表明该缓存优化方案有效地提升了D2D通信网络的性能.     

Ad Hoc网络中的区域划分和资源分配问题

系统地研究了Ad Hoc网络中的区域划分和资源分配问题,并建立了单目标优化模型,然后运用蜂窝覆盖算法等求解模型,即用正六边形覆盖整个方形区域,使得结果达到最优;信道分配使用着色算法,在使相邻圆颜色不同的条件下,求得所需最少颜色数,算法简单易行;定义了适合本网络的抗毁度指标来衡量抗毁性,较好的反映了网络的实际情况.     

区域间拓扑匹配的Chord6模型研究

为了解决P2P网络中存在的不同地址前缀区域拓扑不匹配,即物理网络中相邻的两个区域在覆盖网络中相距很远,反之亦然,以及由此造成的底层路由效率低下的问题.本文采用IPv6地址层次性和其泛播通信机制对节点标识符的重新设计,改进了Chord6模型.该方法不仅使得各个区域间具有拓扑一致性,而且使得路由表具有地址聚合的特性.实验表明,该方法与Chord6相比,在覆盖网络中路由跳数上减少了约10％,在物理网络中端到端的延时降低了约10％.     

高速铁路场景中基于MAB模型的多信道选择算法

针对高速列车越区切换过程中, 切换带为多信道分布的问题, 提出一种基于多臂老虎机(multi-armed bandit, MAB)模型的信道选择算法. 首先, 以置信区间上界(UCB)算法为基础, 通过设置信道空闲差异因子, 使算法快速收敛于最优信道； 其次, 通过引入满意通信概率(SCP), 衡量移动列车的通信质量, 分析与切换过程中误码率之间的关系； 最后, 利用最优信道选择比率、成功传输率和累积接入损失作为评判标准, 分析算法的性能. 仿真结果表明, 该算法的累积接入损失比原始UCB算法减少了约18.5%； 对比随机选择算法与原始UCB算法, 成功传输率提高了约30.2%和3.3%； 最优选择比率提高了约88.3%和13.5%.     

水声通信网络信道建模与仿真研究进展

水声通信网络在海洋目标定位和导航、资源勘探和开发、环境感知和监测等领域有重要应用,其中水声信道特性研究及其建模与仿真是建立通信网络的基础,而目前水声通信网络中的信道建模与仿真尚未有公认的标准方法.因此,基于对水声信道传播特性的分析,探讨了典型水声信道特性给水声通信网络设计带来的挑战;对比了经验模型、声场模型、基于本征路径的多径信道模型和基于统计特性的时变信道模型等水声信道模型,仿真结果表明:水声信道结构的变化明显影响接收性能;阐述了基于水声信道特性的水声网络仿真工具和方法,分析了其特点;最后进行了总结,并展望了未来水声通信网络信道建模与仿真的发展方向.     

无线传感网中一种基于多信道节能机制

无线传感网是当前物联网技术研究的热点,无线传感网中如何对能耗进行控制以延长网络的生存时间又成为其中最受关注的问题.为了实现能耗的有效控制,通过对能耗模型的研究和建立,研究提出了一种基于多信道无线传感网的节能机制.它基于非坚持CSMA协议,是通过对非坚持CSMA协议中退避过程的控制和对物理层调制阶数的控制来达到控制能耗目的.同时结合多信道无线传感网中可使用多个信道的特点,建立的节能机制加入可用信道数量来共同分析和处理.最后仿真试验验证了文中提出的机制具有提升能耗效率的效果.     

基于RoF的高速铁路通信系统中动态信道预留算法的研究

在阐述RoF技术和RoF系统基本原理的基础上,介绍RoF系统在高速铁路通信系统中覆盖方案的应用.RoF系统在高速铁路通信系统覆盖方案中虽能有效减少切换次数,但不能保证每次切换请求的成功接入.针对这一问题,文章提出并详细介绍了动态信道预留切换算法,分析了该算法的数学模型,结果表明,该算法可以使越区切换阻塞率控制在标准指标以下,从而保证通信服务质量.     

基于遗传算法的认知无线电网络共同信道和功率最优分配

信道分配和功率控制问题是认知无线电网络中的核心问题。文中根据不完美频谱感知情形下的干扰功率模型,建立认知无线电网络共同信道和功率分配优化模型,并通过罚函数法,将标称的混合整数规划问题简化为不带约束条件的非线性规划问题,提出了基于遗传算法的共同信道和功率最优分配算法。仿真结果表明,该算法能在不完美频谱感知情形下对信道和功率进行联合最优分配,减少对主用户功率干扰,实现网络中认知用户吞吐量的最大化。     

以节能为目标的小基站周期性开启研究

当前,无线通信业务朝着高数据率、高动态性方向发展,给传统蜂窝网络带来了极大的挑战。对此,引入小基站(例如:微基站、皮基站)关断机制的异构蜂窝网络是一种有效的解决方案,可以兼顾服务质量和网络能耗。系统进行小基站开关调度须基于小基站与用户通信的信道状态信息,然而,由于关断的小基站处于静默状态,系统无法通过信道估计获得上述信息。为了解决这一问题,该文提出了小基站周期性开启方案。在该方案中,系统周期性地开启小基站,获得用户与小基站通信的信道信息;用户通过宏基站发起接入请求时,系统利用最近一次小基站开启时获得的信道信息进行网络调度决策。周期的设计是影响该方案实施效果的关键性因素,一方面决定了小基站周期性开启需要付出的能量消耗代价,另一方面又决定了信道信息的实时性,从而影响网络调度的效果。该文关注网络的总能耗,将其分为小基站周期性开启消耗的能量和用户服务消耗的能量,并得到了能够实现网络总能耗最小化的周期设计方案。     

无线传感器网络中FSK的电池能耗分析

基于无线传感器网络中周期性数据传输的通信任务,本文探讨采用FSK调制技术时两传感器节点之间通信链路上的电池能耗问题,针对不同的电池耗能模型、不同电路操作模式和不同传输信道情况下的电池能耗进行理论评估和数值仿真比较。结果表明,实际电池能耗总比理想化电池能耗要大;多模式比单模式电路操作节能;在相同的系统参数下,Rayleigh衰落信道环境中的能耗比路径损耗信道中的能耗大得多。     

5G背景下智慧农业通信节点部署策略

针对5G背景下大规模智慧农业传感器网络通信节点在三维空间内部署时,传统的随机节点部署方式存在高能耗、高成本及节点脱节问题,提出了一种基于维诺图(VD)与飞蛾扑火算法(MFO)结合的节点优化部署策略。首先,利用5G通信高带宽的特点,设计了一种分层式通信方案,在此基础上,建立了分层式节点最优部署模型、通信能耗模型以及传感器信息传输网络全连通模型;其次,针对MFO算法种群生成的随机性及搜索无向性的缺陷,设计了基于三维VD的引导式搜索算法(VIMFO);最后,通过对相关模型进行优化求解,从而取得传感器网络通信节点的部署位置。仿真结果表明,与经典MFO算法相比,VIMFO算法能够在提升寻优速度37.89%的基础上,降低传感器通信网络能耗6.9%;在保证农田传感器通信网络节点全连通的前提下,提升了通信网络节点的生存周期。     

2-Tier:共生抗倾斜可演化部署数据中心网络体系结构

为了解决超大规模数据中心网络中的流量倾斜问题,提出了一种新型数据中心网络体系结构2-Tier.首先,考虑到超大规模数据中心网络存在结构对称性和用户应用数据倾斜性之间的天然矛盾,设计了具有共生抗倾斜能力且可演化部署的2层网络体系结构,并给出其网络模型,上层基于覆盖网络技术实现按需移动式拓扑,下层采用当前数据中心最佳实践的对称式网络拓扑.进而,基于多重图设计了该网络体系结构的数学模型.随后基于可重构底层通信技术给出技术实现方案,并设计了3种可演化部署技术路线.从算法实现角度探讨了2类基于2-Tier架构的流量热区应对方式.理论分析证明2-Tier是有效的,能够降低最大边介数值,提高网络传输容量,改善网络流量倾斜性.仿真实验结果表明,相比于现有可重构架构,2-Tier架构带来26.1%的最大边介数下降,其增链效率提升13%. 2-Tier层间拓扑级问题的进一步研究有望促进更具弹复性新型物理层通信技术的出现.     

基于协作频谱感知的多无人机通信网络谱效优化研究

针对无人机应用场景频谱效率较低的问题,提出一种结合认知无线电技术的多无人机通信网络谱效优化方案.首先基于协作频谱感知,建立空地信道下多机协作的认知无人机网络模型,设置无人机（unmanned air vehicle,UAV）数量、感知时间和判决门限等优化参数,在此基础上提出高谱效联合优化算法对构建的非凸优化问题求解,最后分析无人机飞行过程中谱效的变化情况.仿真结果表明,存在最优感知时间使系统谱效获得最大值,且UAV数量和判决门限等因素会影响该谱效最优值;提出的高谱效联合优化算法具有较好的收敛性,有效提高了UAV次级认知网络的频谱效率.      

水声通信信道中的OPNET建模与仿真

针对水声通信网络信道的实现开销大、复杂性高的特点,提出了一种能够仿真分析水声通信网络的有效方法.该方法分别使用OPNET中的Propagation-Delay-Stage,Receiver-Power-Stage和Background-Noise-Stage三个工具来仿真水声信道中的传播延迟、发射机功率和水声噪声(水声噪声包括紊流、船运、风波和热噪声).其中,Propagation-Delay-Stage采用MacKenzie速度模型;Receiver-Power-Stage中有Thorp,Schulkin&Marsh和Francois&Garrison 3种传播损失模型.在该方法中,首先仿真比较了取不同传播损失模型时的水声信道,然后根据仿真结果选择一个合适的水声信道,并采用MACAW协议来仿真水声通信网络.最后,通过仿真实验对整个水声通信网络的吞吐量、误码率、丢包率进行了分析.实验结果表明,采用该方法能够有效地仿真水声通信网络.