通信工程的論文代發表

　　通信工程的論文代發表篇2

　　淺談基于多連接方式的無線通信網拓撲模型研究

　　0 引 言

　　隨著無線通信網網絡結構復雜化以及網絡應用的多樣化，單純依靠理論計算、實測數據進行網絡的規劃和設計、設備的研制以及網絡協議的開發，已經不能適應網絡的發展。得益于仿真技術的發展，使得通過仿真技術建立通信網的框架結構、協議體系和業務事件等仿真模型，從仿真結果中發現并解決設計問題，提出網絡的改進或優化方案。構建合適的網絡拓撲模型是通信網仿真的基礎，也是判斷通信網建模與仿真可信性的重要依據。

　　在無線通信網絡建模中，最早采用人工設置的確定性模型(如星形網絡、環形網絡和柵格網絡)或隨機性模型(如ER隨機網絡模型)。隨著復雜網絡科學的發展，大量的實證研究發現，大多數的通信網絡結構均呈現“無標度”特性，即網絡節點的度分布服從“冪率”。為描述網絡的這一特性，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模型通過網絡增長和擇優連接，可以構建出符合冪率分布的網絡模型。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絡拓撲模型，如“陳?李模型”為考慮局域世界的網絡模型[5]，該模型新增加的節點偏好選擇局域世界內的節點建立連接。文獻[6]提出兼顧全局和局域世界的網絡演化模型，節點增長過程中依概率按度優先連接，按概率連接到最近的節點。

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

　　針對網絡的特點，對網絡增長和擇優連接進行改進，從而得出更加符合網絡實際或者是更加體現研究者關注特征的網絡拓撲模型是無線通信網網絡拓撲建模的熱點。本文針對無線通信網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網絡拓撲模型。仿真結果表明，該模型滿足冪率特性和小世界特性，具有無線通信網的一般特點，能夠較好地模擬無線通信網絡的拓撲特性。

　　1 網絡拓撲演化模型

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

　　1.1 模型設置

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

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

　　(2) 網絡鏈路類型。根據無線通信網中網絡節點間采用微波視距通信，空中平臺轉發通信和衛星通信手段，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絡結構。

　　(3) 網絡鏈路的連接距離。根據網絡鏈路的類型，網絡模型中設置了三種不同的網絡鏈路：長程鏈路、中程鏈路和短程鏈路。長程鏈路采用衛星通信手段，具備大范圍的通信覆蓋能力，能夠覆蓋整個戰區;中程鏈路采用升空平臺轉發，通信距離也較大，一般能達到數百千米;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。網絡初始有[m0]個節點和[e0]條邊，[m0]均勻分布于[L×L]的平面上，并設定節點間的連接關系。

　　步驟2：增加一個節點。每次新加入1個節點，新加節點的位置在[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個網絡節點。網絡的初始狀態是一個節點為5的全連接網絡，剩余的節點依次增加并隨機分布在1 000 km×1 000 km的范圍內，每個新增加節點均與2個原節點相連，節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)三種情況下網絡的拓撲模型，分別稱上述三種設置為網絡拓撲(a)、網絡拓撲(b)和網絡拓撲(c)，三種網絡拓撲模型如圖1所示。

　　3.1 度分布

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

　　3.2 網絡效率

　　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區間內不同連接概率下的網絡，并分析不同網絡的網絡效率，如圖3所示。從圖中可以看出，仿真得出的網絡效率在0.18～0.3之間，說明生成的網絡具有較好的網絡效率;網絡效率隨著中程連接的增加而增加，說明在實際構建通信網絡的過程中，增加網絡的長距離連接可以提高網絡效率。

　　3.3 網絡抗毀性能

　　網絡抗毀性是評估軍事網絡拓撲結構性能的一項重要指標。所謂網絡抗毀性是指當網絡節點出現故障或遭受打擊時，網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”分布的網絡的重要特性是網絡具有較好抗隨機故障性能，但是面對選擇性打擊卻表現得十分脆弱。

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

　　4 結 語

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