面向下一代新型網絡結構的組網協議研究

【摘要】：隨著無線通信網絡和移動互聯網技術的飛速發展,分布式衛星網絡、密集無人機網絡以及車聯網等作為下一代無線通信網絡的重要組成部分,都呈現出了分層異構的新型網絡結構。在這種分層結構中,不同節點呈現出完全不同的傳輸特性。根據這些不同的傳輸特性,網絡呈現出獨特的中心式和分布式相結合的特點。而目前,在下一代網絡的研究中,針對上述新型網絡體系和特點的研究尚處于初始階段。因此,為了滿足用戶對下一代新型網絡在網絡結構、網絡性能以及業務傳輸過程中更高的需求,有必要研究一種適用于中心式與分布式相結合網絡的新型組網技術。因此,本文針對下一代中心式與分布式相結合的新型網絡結構特點,研究了中心控制的多跳無線網絡(CMW,Center-controlled Multi-hop Wireless Network)的網絡構架。并且針對分層異構的特點為該網絡結構設計了控制面與業務面相分離的組網協議,實現了“集中式管理,分布式傳輸”的管控體系。該管控體系可以有效的解決傳統分布式網絡系統結構復雜、管控困難等問題;利用控制面與業務面相分離的技術可以大大減少路由開銷,結合跨層優化原理,能夠更為有效的管控網絡資源,提高網絡吞吐量,解決網絡效率低的問題,保證接收端業務的服務質量。本文的具體內容如下:1.針對現有分布式網絡結構復雜,操作、管控困難的問題,本文基于下一代分層異構網絡的中心式與分布式相結合的特點研究了中心控制的多跳無線網絡結構。并且在此網絡結構中,中心控制節點可以對分布式多跳網絡進行管理和控制。2.提出了控制面與業務面相分離的網絡協議和MAC協議,實現了中心式控制的多跳無線網絡的“集中式管理,分布式傳輸”?；谥行目刂乒濣c對整個網絡的管控,在網絡協議的控制面提出了拓撲發現、可達路徑集搜索算法和路徑最小干擾算法。其中,可達路徑集搜索算法是為源目節點計算出路徑跳數由小到大排列的多條路徑;路徑最小干擾算發是在可達路徑集搜索算法的基礎上為各對源目節點選擇出與其他源目節點間路徑相互干擾最小的一條路徑。3.針對大容量業務傳輸過程中所面臨的問題與挑戰,提出了路徑選擇和資源分配相結合的跨層優化算法(CLOA,Cross Layer Optimization Algorithm)。在此算法中,為了對資源進行精準的管理,提出了基于TDMA的路徑選擇和資源分配相耦合的跨層優化算法,并為此算法設計了相匹配的幀結構。對于大容量業務的傳輸,中心控制節點使用可達路徑集搜索算法和路徑最小干擾算法對路徑進行選擇,然后依據TDMA幀結構為所選路徑進行時隙分配,從而保證資源的有效性。4.利用OPNET仿真平臺搭建了綜合仿真系統,給出了仿真框架的設計思路與具體的實現方法,并通過計算機仿真驗證了本文所提的網絡結構、組網協議和算法的正確性。