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空间信息网容错拓扑控制算法的设计与实现

作　者: 张珠华
导　师: 杜荔
学　校: 东北大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 空间信息网 拓扑控制 容错 分簇 功率控制
分类号: TN915.02
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 27次
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内容摘要


空间是继陆地、海洋和空中之后,人类又一新的活动与发展领域,空间信息网是连接陆海空天一体化信息系统的纽带,是一项战略性基础设施。其资源受限和无线通信等特点使得网络性能与拓扑结构密切相关,不合理的网络拓扑会大量减少网络容量,增加分组传输延时,降低网络抵御节点失效的健壮性。因此,采取有效的措施进行拓扑控制,形成优化的拓扑结构,对于改善网络整体性能具有重要意义。针对空间信息网冗余自组织、任务分区、长途链路多和链路误码率高等特点,提出一种基于分级网络结构的、分布式、容错拓扑控制算法。算法包括簇内拓扑优化、簇间拓扑优化和拓扑维护三个阶段。簇内拓扑优化阶段,通过维护节点与其邻域内节点的k条最优节点不相交路径保证簇内拓扑k连通的同时,剔除链路冗余；簇间拓扑优化阶段,选出能与邻近簇内节点通信的边界节点,将边界节点和连接不同簇边界节点的链路组成的拓扑影射为二分图,链路基于传输延时赋权,通过计算赋权二分图最优匹配维护邻簇间k条节点不邻接的链路；得到所生成拓扑后,节点基于对称机制调整发送功率。通过拓扑维护使网络在运行过程中仍能保证良好的网络性能。采用NS2网络模拟软件和基于Linux自行开发的仿真平台,对所提拓扑控制算法进行仿真,结果表明：算法能为空间信息网构造优化的网络拓扑,有效减少节点平均邻居数,减少干扰,提高信道复用能力和网络吞吐量；使节点能量优化使用,延长网络连续稳定运行时间；减少长距离通信链路使用概率,减少通信延时；保证网络良好的抗毁性和容错性的同时,无明显增加开销。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 空间信息网概述  10-15
  1.2 空间信息网拓扑控制问题  15-17
  1.3 论文的组织结构  17-18
第2章 网络拓扑控制技术  18-30
  2.1 网络拓扑控制概述  18-20
    2.1.1 拓扑控制概念  18
    2.1.2 关键问题和优化目标  18-19
    2.1.3 拓扑控制的目的和意义  19-20
  2.2 网络拓扑控制的分类  20-22
    2.2.1 集中式拓扑控制和分布式拓扑控制  20
    2.2.2 平面式拓扑控制和基于分簇算法的层次式拓扑控制  20-21
    2.2.3 静态拓扑控制和动态拓扑控制  21
    2.2.4 面向能量有效的拓扑控制与容错拓扑控制  21
    2.2.5 同构自组网拓扑控制和异构自组网拓扑控制  21-22
  2.3 拓扑控制的实现机制  22-25
    2.3.1 发射功率控制  22-23
    2.3.2 节点激活/休眠状态调度  23-24
    2.3.3 分级结构  24-25
    2.3.4 节点位置部署  25
  2.4 现有拓扑控制算法  25-29
    2.4.1 连通及能量关注型算法  26-27
    2.4.2 网络吞吐率关注型算法  27-28
    2.4.3 网络健壮及容错关注型算法  28
    2.4.4 宏观拓扑算法的研究  28-29
  2.5 小结  29-30
第3章 空间信息网容错拓扑控制算法的设计与实现  30-52
  3.1 拓扑控制算法的基本思想  30-33
    3.1.1 定义和假设  30-31
    3.1.2 无线网络模型  31
    3.1.3 算法的基本思想  31-33
  3.2 簇内拓扑优化  33-41
    3.2.1 簇内优化的基本思想  33-34
    3.2.2 最优路径的选取  34-36
    3.2.3 簇内拓扑优化的实现  36-41
  3.3 簇间拓扑优化  41-47
    3.3.1 簇间优化的基本思想  41-42
    3.3.2 簇间拓扑优化的实现  42-47
  3.4 拓扑维护策略  47-51
    3.4.1 拓扑发现  48-49
    3.4.2 拓扑维护  49-51
  3.5 小结  51-52
第4章 空间信息网容错拓扑控制算法的性能分析  52-76
  4.1 簇内拓扑优化性能分析  53-60
    4.1.1 仿真平台下的实现  53-56
    4.1.2 NS下的实现  56-60
  4.2 加入簇间优化后性能分析  60-70
    4.2.1 网络性能随负载变化的对比  61-63
    4.2.2 能量有效性随失效节点数变化的对比  63-64
    4.2.3 网络性能随节点密度变化的对比  64-67
    4.2.4 不同k值对网络性能的影响  67-70
  4.3 加入拓扑维护后的性能分析  70-74
    4.3.1 单节点入网时的性能  70-72
    4.3.2 网络不同变化频率时的性能  72-74
  4.4 小结  74-76
第5章 总结与展望  76-78
  5.1 论文工作  76-77
  5.2 未来研究方向  77-78
参考文献  78-82
致谢  82

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信网 > 一般性问题 > 通信网结构与设计
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