无线自组织网络容量算法研究

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1、博士学位论文论文题目：无线自组织网络容量算法研究作者姓名周凯指导教师孟利民教授学科专业控制科学与工程所在学院信息工程学院提交日期2016年12月4日浙江工业大学博士学位论文无线自组织网络容量算法研究作者姓名：周凯指导教师：孟利民教授浙江工业大学信息工程学院2016年12月DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyfortheDegreeofPh.DResearchontheCapacityAlgorithmintheWirelessAd-HocNetworksCandidate:ZhouKaiAdvis

2、or:Prof.MengLiminCollegeofInformationEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyDec2016渐江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进巧研究工作所取得的研究成果。除文中己经加标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。：如／／三月作者签名：

3、日期知日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留，同意学校保留、使用学位论文的规定并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检、。索，可采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文本学位论文属于一１、保密□，在年解密后适用本授权书。２、保密□，在Ｈ年解密后适用本授权书。３、不保密〇＾＂＂（请在ｙＡ上相应方框内打Ｖ）＾＞＞作者签名：日期冷月日＾导师签名；日期；弁鮮日＾浙江工业大学博士学位论文无线自组织

4、网络容量算法研究摘要无线自组织网络(WirelessMobileAdHocNetworks，MANET)是由若干个可移动的无线收发装置以自组织的方式形成的一个灵活、多跳、无中心网络。由于无线自组织网络具备组网过程不需要依靠任何预设的基础设施等众多优势，被广泛地应用于军事、医疗、救灾、商务会议等各种实践领域。其中，如何计算无线自组织网络整体信道特性和传输协议下所能够支持的最大信息流，便是无线自组织网络容量问题，属于网络研究和设计的热点领域。由于无线自组织网络的特殊性(节点能量受限、拓扑结构灵活多变、多路径衰落效应等)使得无线自组织网络平均吞吐量远远小于有线网络，并不能

5、直接应用香农公式计算无线自组织网络容量。因此，针对无线自组织网络的特点，设计算法计算网络容量并设法提高网络容量成为一个非常关键而有意义的课题。在深入分析相关研究后，发现经典的无线网络容量定义考虑不够全面，比如并未包含网络服务质量保障等约束要求。现实应用中，网络路由协议、节点能量消耗模型与网络容量计算结果密切相关。本文在网络节点一阶能量损耗数学模型的基础上，分析了两类无线自组织网络系统的容量计算方法：当网络拓扑结构不确定时，推导无线自组织网络容量上界与下界闭合数学表达式；当网络拓扑结构确定时，建立网络生存容量和动态容量的计算模型。在分析影响网络容量的若干因素后，本文还

6、提出了一种中继节点功率优化控制的协作通信系统，提高网络信息的传输速率、降低网络信息的传输中断概率，以此达到提到网络容量的目的。本文的主要工作和研究成果如下：1．在StevenWeber等人信噪比网络容量模型的基础上，分析无线自组织网络信息的多跳传输概率，提出了一种基于生存时间的多跳无线自组织网络容量计算方法，并推导网络容量上界和下界的闭合数学表达式。针对节点位置服从均匀分布以及泊松点过程分布两类随机网络，采用MATLAB软件进行数值计算，分析网络节点数量与节点通信半径对于网络连通特性、网络单跳容量、网络多跳容量、网络生存时间以及基于生存时间的多跳容量的变化规律。得到

7、如下结论：基于泊松点过程分布的无线自组织网络在多跳传输容量方面的表现要优于基于均匀分布的网络，且无线自组织网络的多跳特性有助于提高网络传输i浙江工业大学博士学位论文容量。2．本文将网络生存时间内所能传输的信息总量定义为网络生存容量，将某时刻网络的可用容量定义为网络剩余容量，亦可以称为网络动态容量，并建立整数规划数学模型描述网络生存容量与网络动态容量。考虑到路由策略与网络生存容量之间的关系，为获得更大的生存容量，本文提出了一种基于Grover算法的能量感知路由策略。最后，建立仿真模型分析基于Grover算法的能量感知路由策略与经典的AODV路由策略基础上网络生存容