艦艇編隊自組網的拓撲自主優化控制

王鋒　舒黎忠

摘要：研究基于多域認知的艦艇鳊隊自組網拓撲自主優化與適變控制機制，提出一種自主優化與適變控制相結合的遞進式拓撲控制方案，通過網絡初始化部署和運行中的動態維護，實時優化網絡拓撲，適變控制由事件觸發，在網絡性能下降或發生故障時，采用鏈路調整和節點調整兩種手段，恢復網絡性能。

關鍵詞：艦艇編隊 自組網 自主優化控制

中圖分類號：E11 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（a）-0005-02

利用艦艇編隊自組網的多域認知功能，根據每個子網里，服務類型種類的區別，來產生面向不同服務類型的網絡拓撲結構，從而可以提高網絡的容量，提高網絡的安全性和可靠性。

該文以上層應用中的通信類型為例，設計一種保證網絡連通性，且面向服務需求的基于最小權重方式的拓撲控制算法。

1.艦艇編隊自組網的拓撲構建

在初始拓撲圖G的基礎上，按照鏈路的權重大小對鄰居節點的個數進一步減小，建立出定向的鄰近圖。

為了能夠使鏈路的可靠性提高，同時誤碼率降低，要進行鏈路權重指標設置，該指標可以反映出所收到的數據幀的質量。計算公式如下為

在信息收集階段確定了網絡的初始拓撲圖G后，節點在所生成的拓撲圖中按下列標準構建有向鄰近圖，形成新拓撲圖G。確定鄰居節點集的規則定義如下：如果v∈Ne（u）（節點u經過信息收集階段確定的鄰節點集合），即d（u，V）≤Ru。依據上述規則，構建出定向鄰近圖G。

2.艦艇編隊自組網的拓撲優化

異構無線自組網在拓撲控制過程中存在很多單向鏈路。首先構建一個基于圖G的雙向連通拓撲子圖的初始化圖G，在初始化子圖的基礎上再進行定向鄰近圖（圖G）的構建。最后通過對方向鏈路的添加或刪除從而將圖G里的單向鏈路都變為雙向的鏈路。

該文所提出算法主要的思想為在對初始化的拓撲圖G里雙向的鏈路進行保留的基礎上來構成初始化的拓撲子圖G'。

因為人們將網絡根據節點的密度不同而分為不同區域，所以按照區域不同用不同措施來進行分別優化。當某個區域的節點的密度比較大時（即K值比較大），為了可以使網絡容量增大，筆者通過將方向性的鏈路進行刪除從而保證網絡是雙向連通的；當一個區域的節點密度比較小時（即K的值比較小），為了防止將網絡進行分割，可以通過進行方向性鏈路添加的辦法來保證網絡雙向的連通。

3.仿真分析

該文的算法通過NS2網絡仿真軟件進行仿真，筆者將該文的算法記為K-DRNG，將節點均勻地分布到750 km×750 km大小的方形區域中，網絡中節點個數為16個，網絡業務是CBR流，其每個報文長度是512字節。設節點通信半徑為250～300km的范圍內隨機分布。并將仿真的結果和UDG、DRNG兩種典型算法的到的節點的平均時延和吞吐量隨著負載變化的結果進行了比較。

根據圖1及圖2的結果能夠看出，因為K-DRNG是通過增加定向天線的傳輸距離來提高性能的，所以其網絡性能比由DRNG方法得到的網絡性能要好。若網絡的負載比較大，則由K-DRNG具有最小的網絡時延和最大的吞吐量。當負載大小逐漸變大時，KDRNG可以使鄰接節點的個數進一步減少，因此通信干擾也會進一步降低，網絡時延隨之變小，吞吐量增大。

4.結語

該文提出一種自主優化與適變控制相結合的遞進式拓撲腔制方案，通過網絡初始化部署和運行中的動態維護，實時優化網絡拓撲，適變控制由事件觸發，在網絡性能下降或發生故障時，采用鏈路調整和節點調整兩種手段，恢復網絡性能。仿真結果證明了該文提出的拓撲控制算法可以提高網絡性能，增加吞吐量。