移動通信網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ环椒ㄑ芯?/h1>
2017-09-07 04:41:30黃繼文黃旭方
現(xiàn)代電子技術(shù) 2017年16期
黃繼文 黃旭方
摘 要： 為了提高移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力，提出一種基于自適應(yīng)分層路由探測的移動通信網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ环椒ā２捎肧ink節(jié)點(diǎn)分組協(xié)調(diào)機(jī)制進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡控制設(shè)計，同時采用最短收發(fā)路徑尋優(yōu)方法進(jìn)行通信節(jié)點(diǎn)的自適應(yīng)組網(wǎng)設(shè)計，計算網(wǎng)絡(luò)鏈路節(jié)點(diǎn)的正確傳遞概率密度函數(shù)，求解其最優(yōu)值，以此為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行分層路由探測，實(shí)現(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ弧７抡娼Y(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ唬岣吡艘苿油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的覆蓋度，以最少的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)最大范圍的通信覆蓋。
關(guān)鍵詞： 移動通信網(wǎng)絡(luò)； 通信節(jié)點(diǎn)； 拓?fù)涠ㄎ唬?均衡控制
中圖分類號： TN915?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）16?0047?03
Abstract： A topological positioning method of communication node in the mobile communication network is proposed to improve the coverage capacity of the mobile communication network， which is based on adaptive hierarchical routing detection. The Sink node grouping coordination mechanism is adopted to achieve balance control design of communication network load. The adaptive networking design of communication nodes is conducted by means of the shortest transceiving path optimizing method. The probability density function for correct transmission of the network link node is calculated to solve the optimal value， so as to optimize the hierarchical routing detection to realize the topological positioning of communication node. The simulation results show that the proposed method can improve the coverage capacity of mobile communication network and achieve the maximum communication coverage with the least nodes.
Keywords： mobile communication network； communication node； topological location； balance control
隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展以及移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的不斷拓展，移動通信已經(jīng)成為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通信的主要方式。人們通過移動通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行移動電話通信、手機(jī)上網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸，移動通信成為人們生活的重要方式，移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和信號傳輸?shù)暮脡某蔀橛绊懭藗兩a(chǎn)工作和生活質(zhì)量的重要因素[1]。研究移動通信組網(wǎng)優(yōu)化在提高通信質(zhì)量方面具有重要意義。為了提高移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力，提出一種基于自適應(yīng)分層路由探測的移動通信網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ环椒ǎM(jìn)行移動通信組網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計，提高移動通信組網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍。
1 移動通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
1.1 移動通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分布狀態(tài)模型
為了實(shí)現(xiàn)移動通信網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ唬枰獦?gòu)建移動通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析[2]。首先給出移動通信網(wǎng)絡(luò)的初始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型如圖1所示。圖1中，移動通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分為Sink節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)等，分別表示網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母腹?jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)。在移動通信網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點(diǎn)，有其自身的輻射半徑，通過節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化定位部署，能使用最少的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)最大的網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋。為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化拓?fù)洌紫冉o出3個假設(shè)，如下：
假設(shè)1：在移動通信網(wǎng)絡(luò)的信息覆蓋區(qū)域W中，每個節(jié)點(diǎn)覆蓋的面積為一個圓形區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的個數(shù)為n個，用集合S表示信道帶寬，如下：
信息待覆蓋區(qū)域中最優(yōu)子節(jié)點(diǎn)位置相關(guān)的數(shù)據(jù)為[xηn]，節(jié)點(diǎn)覆蓋點(diǎn)集的MSE估計值為[σ2η=E]，信息傳輸?shù)钠顬閇xη，?η∈Ωη]。根據(jù)上述假設(shè)，構(gòu)建移動通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母采w區(qū)域半徑模型如圖2所示。
1.2 通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡控制設(shè)計
移動通信網(wǎng)絡(luò)簇頭節(jié)點(diǎn)分布半徑為[R=2r]，相對應(yīng)的每個通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)[（xi，yi）]的圓心可表示為[Wi=xi，yi，r]。其中路由節(jié)點(diǎn)的傳輸半徑為[r]，表示檢測半徑。在信息發(fā)散區(qū)域內(nèi)根據(jù)歐氏距離的定義，Sink節(jié)點(diǎn)與移動網(wǎng)絡(luò)基站間的距離為[5]：
通過上述步驟進(jìn)行分層路由探測，實(shí)現(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ唬惴▽?shí)現(xiàn)流程如圖3所示。
3 仿真實(shí)驗與結(jié)果分析
仿真實(shí)驗采用Matlab進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真，首先建立移動通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，通信的覆蓋半徑為R=1 000 m，移動通信網(wǎng)絡(luò)Sink節(jié)點(diǎn)的初始覆蓋半徑[Rs=100]m，移動基站的位置為（0，0）。根據(jù)上述仿真設(shè)計，采用移動通信節(jié)點(diǎn)優(yōu)化拓?fù)湓O(shè)計，以移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋度為測試參量，采用本文方法和文獻(xiàn)[3]中的模糊C均值聚類節(jié)點(diǎn)定位拓?fù)渌惴ㄟM(jìn)行對比分析，得到結(jié)果如圖4所示。分析得知，采用本文方法進(jìn)行移動通信網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)湓O(shè)計，提高了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋度。本文方法采用40個節(jié)點(diǎn)就使得覆蓋度收斂到100%，實(shí)現(xiàn)以最少的通信節(jié)點(diǎn)達(dá)到最大的通信覆蓋，降低了通信組網(wǎng)的成本，提高了通信質(zhì)量。endprint
4 結(jié) 語
本文提出一種基于自適應(yīng)分層路由探測的移動通信網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ环椒ā２捎肧ink節(jié)點(diǎn)分組協(xié)調(diào)機(jī)制進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡控制設(shè)計，采用最短收發(fā)路徑尋優(yōu)方法進(jìn)行通信節(jié)點(diǎn)的自適應(yīng)組網(wǎng)設(shè)計，計算網(wǎng)絡(luò)鏈路節(jié)點(diǎn)的正確傳遞概率密度函數(shù)，求解其最優(yōu)值，以此為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行分層路由探測，實(shí)現(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ弧２捎迷摲椒ㄟM(jìn)行通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ唬岣吡艘苿油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的覆蓋度，以最少的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)最大范圍的通信覆蓋，具有較好的實(shí)用價值。
參考文獻(xiàn)
[1] 周晶.移動網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)抗干擾方法的研究與仿真[J].計算機(jī)仿真，2014，31（8）：330?333.
[2] 張駿，田澤，梅魁志，等.基于節(jié)點(diǎn)預(yù)測的直接Cache一致性協(xié)議[J].計算機(jī)學(xué)報，2014，37（3）：700?720.
[3] THOMAS Y， XYLOMENOS G， TSILOPOULOS C， et al. Object?oriented packet caching for ICN [C]// Proceedings of ACM SIGCOMM Workshop on ICN. San Francisco， CA， USA： ACM， 2015： 89?97.
[4] YKARIM B， DJAMAL B， ALLEL H. On the use of fuzzy dominance for computing service skyline based on QoS [C]// IEEE International Conference on Web Services （ICWS）. Washington： IEEE， 2011： 540?547.
[5] 王潔，盧建朱，曾小飛.可及時確定受攻擊節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)聚合方案[J].計算機(jī)應(yīng)用，2016，36（9）：2432?2437.
[6] KIRCHNER G， KOIDL F， FRIEDERICH F， et al. Laser measurements to space debris from Graz SLR station [J]. Advances in space research， 2013， 51（1）： 21?24.
[7] 孫磊，張和偉，馮鐵軍，等.一種貪婪地理路由協(xié)議的改進(jìn)算法[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2016，39（11）：16?20.endprint
黃繼文 黃旭方
摘 要： 為了提高移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力，提出一種基于自適應(yīng)分層路由探測的移動通信網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ环椒ā２捎肧ink節(jié)點(diǎn)分組協(xié)調(diào)機(jī)制進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡控制設(shè)計，同時采用最短收發(fā)路徑尋優(yōu)方法進(jìn)行通信節(jié)點(diǎn)的自適應(yīng)組網(wǎng)設(shè)計，計算網(wǎng)絡(luò)鏈路節(jié)點(diǎn)的正確傳遞概率密度函數(shù)，求解其最優(yōu)值，以此為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行分層路由探測，實(shí)現(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ弧７抡娼Y(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ唬岣吡艘苿油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的覆蓋度，以最少的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)最大范圍的通信覆蓋。
關(guān)鍵詞： 移動通信網(wǎng)絡(luò)； 通信節(jié)點(diǎn)； 拓?fù)涠ㄎ唬?均衡控制
中圖分類號： TN915?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）16?0047?03
Abstract： A topological positioning method of communication node in the mobile communication network is proposed to improve the coverage capacity of the mobile communication network， which is based on adaptive hierarchical routing detection. The Sink node grouping coordination mechanism is adopted to achieve balance control design of communication network load. The adaptive networking design of communication nodes is conducted by means of the shortest transceiving path optimizing method. The probability density function for correct transmission of the network link node is calculated to solve the optimal value， so as to optimize the hierarchical routing detection to realize the topological positioning of communication node. The simulation results show that the proposed method can improve the coverage capacity of mobile communication network and achieve the maximum communication coverage with the least nodes.
Keywords： mobile communication network； communication node； topological location； balance control
隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展以及移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的不斷拓展，移動通信已經(jīng)成為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通信的主要方式。人們通過移動通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行移動電話通信、手機(jī)上網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸，移動通信成為人們生活的重要方式，移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和信號傳輸?shù)暮脡某蔀橛绊懭藗兩a(chǎn)工作和生活質(zhì)量的重要因素[1]。研究移動通信組網(wǎng)優(yōu)化在提高通信質(zhì)量方面具有重要意義。為了提高移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力，提出一種基于自適應(yīng)分層路由探測的移動通信網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ环椒ǎM(jìn)行移動通信組網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計，提高移動通信組網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍。
1 移動通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
1.1 移動通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分布狀態(tài)模型
為了實(shí)現(xiàn)移動通信網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ唬枰獦?gòu)建移動通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析[2]。首先給出移動通信網(wǎng)絡(luò)的初始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型如圖1所示。圖1中，移動通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分為Sink節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)等，分別表示網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母腹?jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)。在移動通信網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點(diǎn)，有其自身的輻射半徑，通過節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化定位部署，能使用最少的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)最大的網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋。為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化拓?fù)洌紫冉o出3個假設(shè)，如下：
假設(shè)1：在移動通信網(wǎng)絡(luò)的信息覆蓋區(qū)域W中，每個節(jié)點(diǎn)覆蓋的面積為一個圓形區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的個數(shù)為n個，用集合S表示信道帶寬，如下：
信息待覆蓋區(qū)域中最優(yōu)子節(jié)點(diǎn)位置相關(guān)的數(shù)據(jù)為[xηn]，節(jié)點(diǎn)覆蓋點(diǎn)集的MSE估計值為[σ2η=E]，信息傳輸?shù)钠顬閇xη，?η∈Ωη]。根據(jù)上述假設(shè)，構(gòu)建移動通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母采w區(qū)域半徑模型如圖2所示。
1.2 通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡控制設(shè)計
移動通信網(wǎng)絡(luò)簇頭節(jié)點(diǎn)分布半徑為[R=2r]，相對應(yīng)的每個通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)[（xi，yi）]的圓心可表示為[Wi=xi，yi，r]。其中路由節(jié)點(diǎn)的傳輸半徑為[r]，表示檢測半徑。在信息發(fā)散區(qū)域內(nèi)根據(jù)歐氏距離的定義，Sink節(jié)點(diǎn)與移動網(wǎng)絡(luò)基站間的距離為[5]：
通過上述步驟進(jìn)行分層路由探測，實(shí)現(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ唬惴▽?shí)現(xiàn)流程如圖3所示。
3 仿真實(shí)驗與結(jié)果分析
仿真實(shí)驗采用Matlab進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真，首先建立移動通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，通信的覆蓋半徑為R=1 000 m，移動通信網(wǎng)絡(luò)Sink節(jié)點(diǎn)的初始覆蓋半徑[Rs=100]m，移動基站的位置為（0，0）。根據(jù)上述仿真設(shè)計，采用移動通信節(jié)點(diǎn)優(yōu)化拓?fù)湓O(shè)計，以移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋度為測試參量，采用本文方法和文獻(xiàn)[3]中的模糊C均值聚類節(jié)點(diǎn)定位拓?fù)渌惴ㄟM(jìn)行對比分析，得到結(jié)果如圖4所示。分析得知，采用本文方法進(jìn)行移動通信網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)湓O(shè)計，提高了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋度。本文方法采用40個節(jié)點(diǎn)就使得覆蓋度收斂到100%，實(shí)現(xiàn)以最少的通信節(jié)點(diǎn)達(dá)到最大的通信覆蓋，降低了通信組網(wǎng)的成本，提高了通信質(zhì)量。endprint
4 結(jié) 語
本文提出一種基于自適應(yīng)分層路由探測的移動通信網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ环椒ā２捎肧ink節(jié)點(diǎn)分組協(xié)調(diào)機(jī)制進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡控制設(shè)計，采用最短收發(fā)路徑尋優(yōu)方法進(jìn)行通信節(jié)點(diǎn)的自適應(yīng)組網(wǎng)設(shè)計，計算網(wǎng)絡(luò)鏈路節(jié)點(diǎn)的正確傳遞概率密度函數(shù)，求解其最優(yōu)值，以此為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行分層路由探測，實(shí)現(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ弧２捎迷摲椒ㄟM(jìn)行通信節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠ㄎ唬岣吡艘苿油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的覆蓋度，以最少的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)最大范圍的通信覆蓋，具有較好的實(shí)用價值。
參考文獻(xiàn)
[1] 周晶.移動網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)抗干擾方法的研究與仿真[J].計算機(jī)仿真，2014，31（8）：330?333.
[2] 張駿，田澤，梅魁志，等.基于節(jié)點(diǎn)預(yù)測的直接Cache一致性協(xié)議[J].計算機(jī)學(xué)報，2014，37（3）：700?720.
[3] THOMAS Y， XYLOMENOS G， TSILOPOULOS C， et al. Object?oriented packet caching for ICN [C]// Proceedings of ACM SIGCOMM Workshop on ICN. San Francisco， CA， USA： ACM， 2015： 89?97.
[4] YKARIM B， DJAMAL B， ALLEL H. On the use of fuzzy dominance for computing service skyline based on QoS [C]// IEEE International Conference on Web Services （ICWS）. Washington： IEEE， 2011： 540?547.
[5] 王潔，盧建朱，曾小飛.可及時確定受攻擊節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)聚合方案[J].計算機(jī)應(yīng)用，2016，36（9）：2432?2437.
[6] KIRCHNER G， KOIDL F， FRIEDERICH F， et al. Laser measurements to space debris from Graz SLR station [J]. Advances in space research， 2013， 51（1）： 21?24.
[7] 孫磊，張和偉，馮鐵軍，等.一種貪婪地理路由協(xié)議的改進(jìn)算法[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2016，39（11）：16?20.endprint
