通信工程的論文代發(fā)表

　　通信工程的論文代發(fā)表篇2

　　淺談基于多連接方式的無線通信網(wǎng)拓撲模型研究

　　0 引 言

　　隨著無線通信網(wǎng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)復雜化以及網(wǎng)絡應用的多樣化，單純依靠理論計算、實測數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡的規(guī)劃和設計、設備的研制以及網(wǎng)絡協(xié)議的開發(fā)，已經(jīng)不能適應網(wǎng)絡的發(fā)展。得益于仿真技術的發(fā)展，使得通過仿真技術建立通信網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)、協(xié)議體系和業(yè)務事件等仿真模型，從仿真結(jié)果中發(fā)現(xiàn)并解決設計問題，提出網(wǎng)絡的改進或優(yōu)化方案。構(gòu)建合適的網(wǎng)絡拓撲模型是通信網(wǎng)仿真的基礎，也是判斷通信網(wǎng)建模與仿真可信性的重要依據(jù)。

　　在無線通信網(wǎng)絡建模中，最早采用人工設置的確定性模型(如星形網(wǎng)絡、環(huán)形網(wǎng)絡和柵格網(wǎng)絡)或隨機性模型(如ER隨機網(wǎng)絡模型)。隨著復雜網(wǎng)絡科學的發(fā)展，大量的實證研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)均呈現(xiàn)“無標度”特性，即網(wǎng)絡節(jié)點的度分布服從“冪率”。為描述網(wǎng)絡的這一特性，科學家們提出了許多模型，其中最為著名的是Balabési等提出的BA模型。BA模型通過網(wǎng)絡增長和擇優(yōu)連接，可以構(gòu)建出符合冪率分布的網(wǎng)絡模型。在BA模型的基礎上，不少研究者提出了具有特定約束條件的網(wǎng)絡拓撲模型，如“陳?李模型”為考慮局域世界的網(wǎng)絡模型[5]，該模型新增加的節(jié)點偏好選擇局域世界內(nèi)的節(jié)點建立連接。文獻[6]提出兼顧全局和局域世界的網(wǎng)絡演化模型，節(jié)點增長過程中依概率按度優(yōu)先連接，按概率連接到最近的節(jié)點。

　　針對無線通信網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，也有不少學者根據(jù)通信網(wǎng)絡的特點，對無線通信網(wǎng)絡拓撲建模進行研究。文獻[7]針對有線和無線傳輸條件，提出了無線通信網(wǎng)的網(wǎng)絡拓撲模型，并驗證其有效性。文獻[8]主要考慮了節(jié)點的分類和連接規(guī)則兩方面，能夠構(gòu)建出一個核心節(jié)點和一般節(jié)點的節(jié)點數(shù)和節(jié)點度可控的網(wǎng)絡模型，并分析了網(wǎng)絡的抗毀性能。文獻[9]將戰(zhàn)術通信網(wǎng)絡的網(wǎng)絡節(jié)點分為骨干、接入和用戶三類，提出了一種能夠同時反映網(wǎng)絡節(jié)點空間位置和網(wǎng)絡節(jié)點多樣性特點的網(wǎng)絡拓撲演化模型。

　　針對網(wǎng)絡的特點，對網(wǎng)絡增長和擇優(yōu)連接進行改進，從而得出更加符合網(wǎng)絡實際或者是更加體現(xiàn)研究者關注特征的網(wǎng)絡拓撲模型是無線通信網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲建模的熱點。本文針對無線通信網(wǎng)不同的鏈路傳輸距離不同的特點，將傳輸鏈路分為短程、中程和長程3類，提出了一種基于多連接方式的無線通信網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲模型。仿真結(jié)果表明，該模型滿足冪率特性和小世界特性，具有無線通信網(wǎng)的一般特點，能夠較好地模擬無線通信網(wǎng)絡的拓撲特性。

　　1 網(wǎng)絡拓撲演化模型

　　無線通信網(wǎng)絡是綜合利用無線電臺、微波接力機、散射、衛(wèi)星等多種通信方式構(gòu)建的多手段、多層次、立體化的通信網(wǎng)絡[10]。采用無線電臺、微波接力機、散射、衛(wèi)星等傳輸方式的傳播距離差距很大，下面根據(jù)這一特點，建立不同連接方式下的網(wǎng)絡拓撲模型。

　　1.1 模型設置

　　在模型演化過程中，主要考慮節(jié)點的空間位置分布和網(wǎng)絡鏈路特性。在模型演化過程中，模型按照下面規(guī)則進行設置。

　　(1) 網(wǎng)絡節(jié)點的空間分布。定義網(wǎng)絡模型的覆蓋范圍，將網(wǎng)絡中的節(jié)點按照某種概率分布置于一個正方形的二維平面上，以節(jié)點的物理坐標作為節(jié)點所處空間位置的表示。

　　(2) 網(wǎng)絡鏈路類型。根據(jù)無線通信網(wǎng)中網(wǎng)絡節(jié)點間采用微波視距通信，空中平臺轉(zhuǎn)發(fā)通信和衛(wèi)星通信手段，采用不同的鏈路距離，通過自動演化機制，生成具有柵格化的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

　　(3) 網(wǎng)絡鏈路的連接距離。根據(jù)網(wǎng)絡鏈路的類型，網(wǎng)絡模型中設置了三種不同的網(wǎng)絡鏈路：長程鏈路、中程鏈路和短程鏈路。長程鏈路采用衛(wèi)星通信手段，具備大范圍的通信覆蓋能力，能夠覆蓋整個戰(zhàn)區(qū);中程鏈路采用升空平臺轉(zhuǎn)發(fā)，通信距離也較大，一般能達到數(shù)百千米;短程鏈路采用微波視距通信，由于要滿足通視要求，因此只能具備幾十千米的傳輸能力。

　　1.2 算法步驟

　　步驟1：初始狀態(tài)。網(wǎng)絡初始有[m0]個節(jié)點和[e0]條邊，[m0]均勻分布于[L×L]的平面上，并設定節(jié)點間的連接關系。

　　步驟2：增加一個節(jié)點。每次新加入1個節(jié)點，新加節(jié)點的位置在[L×L]的平面上服從均勻分布。

　　步驟3：按照通信范圍優(yōu)先連接[m]條邊，連接過程按照如下步驟：

　　(1) 按概率確定所增加的連接鏈路類型;

　　3 仿真試驗

　　在仿真中，設置了1 000個網(wǎng)絡節(jié)點。網(wǎng)絡的初始狀態(tài)是一個節(jié)點為5的全連接網(wǎng)絡，剩余的節(jié)點依次增加并隨機分布在1 000 km×1 000 km的范圍內(nèi)，每個新增加節(jié)點均與2個原節(jié)點相連，節(jié)點有一定的概率采用短程、中程和長程鏈路。其中短程鏈路的最大連接距離為50 km;中程鏈路的最大連接距離為400 km，最小連接距離為50 km;長程鏈路的最大連接距離為1 500 km，最短連接距離為300 km。

　　在仿真中，分別建立了短程、中程和長程連接概率為(0.8，0.1，0.1)，(0.8，0.18，0.02)和(0.9，0.05，0.05)三種情況下網(wǎng)絡的拓撲模型，分別稱上述三種設置為網(wǎng)絡拓撲(a)、網(wǎng)絡拓撲(b)和網(wǎng)絡拓撲(c)，三種網(wǎng)絡拓撲模型如圖1所示。

　　3.1 度分布

　　根據(jù)理論分析，網(wǎng)絡的度分布在[m?M?m0+t]時具有指數(shù)為3的冪率分布。圖2所示為仿真設置的三種模型的網(wǎng)絡度分布曲線，從曲線上看，網(wǎng)絡度分布近似為冪率分布。這是因為網(wǎng)絡在演化過程中，條件[m?M?m0+t]并非每次都能滿足，因此，網(wǎng)絡的度分布是介于指數(shù)分布與度分布之間。

　　3.2 網(wǎng)絡效率

　　為了方便對比分析，下面對比分析只存在短程連接和中程連接條件的網(wǎng)絡效率。設短程連接的連接概率為p，則中程連接的連接概率為[q]，顯然[p=1-q]。通過仿真得到[q]從0～1區(qū)間內(nèi)不同連接概率下的網(wǎng)絡，并分析不同網(wǎng)絡的網(wǎng)絡效率，如圖3所示。從圖中可以看出，仿真得出的網(wǎng)絡效率在0.18～0.3之間，說明生成的網(wǎng)絡具有較好的網(wǎng)絡效率;網(wǎng)絡效率隨著中程連接的增加而增加，說明在實際構(gòu)建通信網(wǎng)絡的過程中，增加網(wǎng)絡的長距離連接可以提高網(wǎng)絡效率。

　　3.3 網(wǎng)絡抗毀性能

　　網(wǎng)絡抗毀性是評估軍事網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)性能的一項重要指標。所謂網(wǎng)絡抗毀性是指當網(wǎng)絡節(jié)點出現(xiàn)故障或遭受打擊時，網(wǎng)絡維持及恢復其性能、效能到一個可接受程度的能力。服從“冪率”分布的網(wǎng)絡的重要特性是網(wǎng)絡具有較好抗隨機故障性能，但是面對選擇性打擊卻表現(xiàn)得十分脆弱。

　　采用本文建立的網(wǎng)絡模型，分別建立了短程連接概率p，中程連接概率q的網(wǎng)絡拓撲。設置p分別為1，0.7，0.4，0.1的情況進行仿真試驗，分別分析其在選擇性打擊下的網(wǎng)絡性能。由于構(gòu)建的4種網(wǎng)絡的網(wǎng)絡效率并不相等，為了方便對比采用歸一化的網(wǎng)絡效率，選擇評價網(wǎng)絡性能的指標為歸一化的網(wǎng)絡效率，通過對比網(wǎng)絡在受到干擾后網(wǎng)絡效率的下降速度來評價網(wǎng)絡的抗毀性能。圖4為仿真得出的不同連接概率下，網(wǎng)絡在選擇性打擊下的歸一化網(wǎng)絡效率曲線。從圖4中可以看出，中程連接概率的增加，使得網(wǎng)絡的抗選擇性打擊的性能降低;增加網(wǎng)絡中的較長程的連接雖然可以增大網(wǎng)絡的效率，但是同時卻使得網(wǎng)絡的抗選擇性打擊性能降低。

　　4 結(jié) 語

　　本文針對網(wǎng)絡的特點，對網(wǎng)絡增長和擇優(yōu)連接進行改進，建立了一種充分反映無線通信網(wǎng)在不同的鏈路傳輸距離下不同特點的無線通信網(wǎng)絡拓撲模型，仿真結(jié)果表明，該模型滿足無標度特性和小世界特性，具有無線通信網(wǎng)的一般特點，能夠較好地模擬無線通信網(wǎng)絡的拓撲特性。同時，利用仿真得出的網(wǎng)絡拓撲模型，分析不同連接概率條件下網(wǎng)絡效率和網(wǎng)絡抗毀性能，得出了初步的仿真結(jié)論，對研究各種連接條件對網(wǎng)絡性能的影響，對網(wǎng)絡模型進行改進具有現(xiàn)實意義。