基于塊節(jié)點的無線激光通信網(wǎng)絡(luò)拓撲控制算法研究.pdf

1、無線激光通信（Optical Wireless Communication，OWC）由于其帶寬高、安全性好、組網(wǎng)靈活等優(yōu)勢已成為通信領(lǐng)域重要的研究課題之一。然而，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大、用戶需求的增加以及大數(shù)據(jù)時代的到來，單純的點對點OWC已經(jīng)不能滿足大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的要求，需要無線激光通信網(wǎng)絡(luò)（Optical Wireless Communication Networks，OWCN）的支撐。
　　本文首先對OWC的特點、研究意義和國內(nèi)

2、外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢進行了闡述。對關(guān)鍵技術(shù)做了介紹，主要介紹了精細的光束控制技術(shù)、高效的光信號收發(fā)技術(shù)、快速精確的APT技術(shù)、大氣信道對OWC的影響以及網(wǎng)絡(luò)拓撲相關(guān)技術(shù)。這些關(guān)鍵技術(shù)一方面給OWC帶來了優(yōu)勢，另一方面也成為OWC移動組網(wǎng)的阻礙，特別是隨著節(jié)點移動速度的提高，組網(wǎng)的難度將更高。
　　目前，關(guān)于節(jié)點中高速率移動情況下OWCN組網(wǎng)技術(shù)的研究成果相對比較少。支撐OWC的APT技術(shù)加大了高動態(tài)拓撲下組網(wǎng)的難度，且OWC節(jié)點所能攜

3、帶的收發(fā)天線有限，使其最大度約束有限。因此，本文提出一種基于塊節(jié)點的拓撲控制算法（Block-Node Based Topology Control Algorithm，BNBTCA），簡稱BNB算法。該算法適用于多節(jié)點中高速運動網(wǎng)絡(luò)，其目標是以較小的最大度約束形成穩(wěn)定的拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)更高的拓撲連通度。BNB算法的實現(xiàn)分為兩步：第一步，以節(jié)點聯(lián)絡(luò)時間的預(yù)測值為權(quán)值形成內(nèi)部穩(wěn)定性較高的塊節(jié)點；第二步，把塊節(jié)點當作一個特殊節(jié)點，根據(jù)量化的鏈

4、路權(quán)值形成塊節(jié)點之間的多連接拓撲。最終形成一個連通圖。
　　BNB算法包含了三個子算法：聯(lián)絡(luò)時間預(yù)測算法、塊節(jié)點形成算法以及塊節(jié)點間的多連接拓撲形成算法。此外，算法的仿真是基于一個較為復(fù)雜的節(jié)點移動模型——平滑隨機移動（Smooth Random Mobility，SRM）模型，節(jié)點運動不存在方向和速度突變的情況，更加符合真實環(huán)境中節(jié)點移動，能夠更加準確地反映算法的有效性。
　　最后，本文利用BNB算法在SRM模型中仿真了平

5、面結(jié)構(gòu)的OWSN，并與最小生成樹算法（MST）進行了比較，結(jié)果顯示，BNB算法所形成的拓撲結(jié)構(gòu)比MST算法有更高的網(wǎng)絡(luò)連通性和可靠性。并通過改變網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點的相關(guān)參數(shù)，分析了節(jié)點最大度約束和兩步拓撲更新周期分別對BNB算法的影響，結(jié)果顯示，節(jié)點最大度約束越大、兩步拓撲更新周期越小，網(wǎng)絡(luò)性能越好。理論分析和仿真結(jié)果共同表明，在節(jié)點低的最大度約束下和中高速移動時，BNB算法的拓撲穩(wěn)定性和連通度優(yōu)勢明顯，可以有效解決網(wǎng)絡(luò)拓撲連通度分布上的不均勻