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文檔簡介
1、現(xiàn)代戰(zhàn)爭是一種在陸、海、空、天、磁五維空間開展的全方位對抗,尤其是電磁領(lǐng)域中的通信干擾與抗干擾已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的重中之重。傳統(tǒng)的跳頻、擴頻等抗干擾措施因帶寬受限已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代高速通信下的抗干擾需求。目前,利用相控陣天線的聚能發(fā)射、隔離接收和空域濾波能力進行抗干擾通信已經(jīng)成為新的有效途徑。然而定向天線信息廣播范圍小、定向網(wǎng)拓撲變化快,采用定向通信給網(wǎng)絡(luò)的組建和維護帶來了極大的挑戰(zhàn)。本文針對戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分布范圍廣、通信距離遠、作戰(zhàn)任務(wù)實
2、時性強、武器平臺種類多等特點,應(yīng)用離散數(shù)學(xué)中的圖論、圖譜理論、模式識別等理論對廣域定向移動自組織網(wǎng)絡(luò)(Mobile Ad Hoc Networks,MANET)的組網(wǎng)技術(shù)進行了研究,具有較強的軍事意義和應(yīng)用價值,研究成果如下:
針對廣域MANET網(wǎng)絡(luò)中部分節(jié)點(如旗艦、預(yù)警機等)具有雙頻通信能力的特點,在典型雙頻MBNP分簇算法的基礎(chǔ)上提出了基于雙頻的分布式分簇算法——DFDC(Double-frequency Distrib
3、uted Clustering)算法,該算法采用雙頻傳輸模型,選取部分具有雙頻通信能力的節(jié)點作為簇頭,符合廣域MANET應(yīng)用實際,且簇的維護采用專門的信道,降低了簇維護對于網(wǎng)絡(luò)通信的影響,有效提高了通信效率。理論分析與仿真實驗表明DFDC算法解決了該MBNP算法可能存在的相隔三跳簇頭不連通問題。
針對在某些特定的應(yīng)用(如協(xié)同作戰(zhàn))中要求廣域定向MANET簇內(nèi)節(jié)點具有一定集群性的要求,提出了一種基于地理位置的分簇算法——FNC(
4、False-Nearest Clustering)算法。一般的分簇算法大都基于網(wǎng)絡(luò)拓撲圖,或者無法按照地理位置進行分簇,或者分簇結(jié)果不能調(diào)整。FNC算法利用偽最近鄰分類模型對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行分類,不但可以將地理位置接近的節(jié)點劃入一個簇中,而且分簇結(jié)果不滿足需要時可再次進行調(diào)整。此外,該算法有效實現(xiàn)了簇間負載均衡。
廣域定向MANET利用定向天線的空間隔離可實現(xiàn)空分多址接入(Space Division Multiple Addre
5、ss,SDMA),SDMA可有效提高網(wǎng)絡(luò)吞吐率、降低信息共享時延。針對廣域定向MANET的空分多址需求,提出了基于子圖同構(gòu)模型的空分多址映射算法——SDMAM(Space Division Multiplexing Access Mapping)算法,該算法利用子圖同構(gòu)數(shù)學(xué)模型解決空分多址設(shè)計中的模式圖和目標圖之間的映射關(guān)系。針對子圖同構(gòu)算法運算量過大的問題,SDMAM算法根據(jù)圖譜理論設(shè)計了兩種過濾策略,將模式圖節(jié)點的映射節(jié)點搜索范圍限
6、制在映射集之內(nèi),從而避免盲目搜索,有效降低了子圖同構(gòu)映射搜索的運算量。分析和仿真表明,相比經(jīng)典Ullmann’s算法,SDMAM計算復(fù)雜度較低,且能在較短的時間內(nèi)完成兩個圖的匹配映射。為進一步降低子圖同構(gòu)的運算量,提出了基于區(qū)域分簇和子圖同構(gòu)的空分復(fù)用算法——CSDMAM(ClusteringBasedon Space Division Multiplexing Access Mapping),先通過FNC算法將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分類,再利用SD
7、MAM對類進行映射搜索,若類映射成功則對映射類的節(jié)點進行映射搜索,該算法在一定程度上降低了SDMAM的運算量。
針對廣域定向MANET某些應(yīng)用(如協(xié)同火力打擊)中對數(shù)據(jù)端到端傳輸時延極低的要求,提出了一種跨層優(yōu)化的路由選擇算法——MNCR(MAC and Network Cross-layer Routing)算法,該算法利用 MAC層反饋的空分多址時隙分配信息進行選路。當一個數(shù)據(jù)包在某一時刻到達本節(jié)點時,本節(jié)點計算各種可能的
8、轉(zhuǎn)發(fā)路徑,然后根據(jù)空分多址時隙分配表計算經(jīng)各種轉(zhuǎn)發(fā)路徑到達目的節(jié)點的時延,并從中選擇時延最低的一條路徑,確保數(shù)據(jù)包在最短時間內(nèi)被轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點。仿真結(jié)果表明,MNCR算法有效降低了端到端的信息傳輸時延,并均衡了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的負載。
針對廣域定向MANET某些應(yīng)用需要以大范圍信息傳輸保障為主時,此時更注重對網(wǎng)絡(luò)的頑存性和網(wǎng)絡(luò)管理靈活性的要求。通過構(gòu)建虛擬骨干網(wǎng)不但可以提高網(wǎng)絡(luò)的頑存性和網(wǎng)絡(luò)管理的靈活性,而且能夠降低路由計算和維護的開
9、銷,并提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的效率。針對這些需求,提出了基于雙向鏈路模型的分布式虛擬骨干網(wǎng)構(gòu)建算法——DBCDS(Distributed Bidirectional-Link Connected Dominating Set)算法,該算法采用DGB(Disk Graph with Bidirectional Link)模型建模廣域MANET,并利用連通支配集方法構(gòu)建虛擬骨干網(wǎng),從而將路由計算和維護限制在虛擬骨干網(wǎng)的范圍內(nèi)。DBCDS算法克服了典型
10、算法建模不準確的缺陷,分析表明支配集連通階段采用全向請求和定向原路折回應(yīng)答的消息傳送方式,有效減少了連通支配集的冗余節(jié)點數(shù)目。此外,DBCDS算法不需要構(gòu)建生成樹,有效降低了算法的開銷;為了提高虛擬骨干網(wǎng)的可靠性及容錯能力,提出了DKCDS(Distributedk-dominated Connected Dominating Set)算法,該算法首先利用DBCDS算法構(gòu)建連通支配集,然后依次迭代計算k-支配集并構(gòu)建回路以實現(xiàn)虛擬骨干網(wǎng)
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