随着移动智能设备的普及和功能的增强,多样化手持与车载终端的广泛应用,无线通信需求的进一步增加,无线网络逐渐延伸到拓扑更加多变、信道更恶劣的应用环境中,这些场景具有节点分布稀疏、快速移动、通信能力受限以及网络拓扑动态变化等特点,导致通信链路出现较高频度断裂,难以维持稳定的端到端通信链路。针对这些问题,研究人员提出了可利用Wi Fi、Bluetooth、D2D(Device to Device,D2D)等无线通信技术构建的异构机会网络体系架构,机会网络不依赖固定的基础设施,节点在转发消息前也不需建立端到端的路径,而是通过节点接触所带来的通信机会,以“存储-携带-转发”的方式逐跳转发消息。研究表明机会网络具有“大世界,小世界”特性,网络中的节点呈现动态聚集的特点,各个节点以自组织的方式形成内部联系相对紧密而外部联系相对稀疏的社区。这种充分考虑节点的社会属性及其相互关系的机会网络即为社会化机会网络。随着机会网络应用和研究的深入,其在社会机会通信、群智感知、灾难应急、便携穿戴设备组网等领域都将发挥重大的作用,其研究将极大地推进万物互联时代网络通信智能化、泛在化、融合化的发展趋势。本文在社会网络理论的思想下,以实现社会化机会网络自适应的消息转发和多用户的协作为主要目标,以感知网络的时空状态信息和用户行为参数为手段,采用学习推理相关的数学模型、博弈论的经典理论和方法等对机会网络的环境感知信息进行分析和预测,在此基础上研究适合于机会网络的数据转发机制、路由策略以及多用户协作机制等关键技术。主要研究成果包括以下几个方面的内容:(1)针对机会网络节点运动规律发生改变时对节点接触机会预测不准确的问题,通过研究机会网络节点的移动过程,建立节点移动过程的半马尔科夫模型,给出节点状态的感知方法,提出一种节点状态感知的机会网络消息转发策略,实现了网络自适应节点移动特性变化的消息转发能力,使其在网络交付比率、开销以及消息投递延时等方面的性能均得到了提升。(2)针对机会网络存在局部连通子网的现象并如何利用其存在的局部连通路径的问题,通过对网络拓扑连通性质的研究,给出了网络中稳定局部连通子网的识别方法和局部路径时效的感知方法,提出一种局部路径时效感知的机会网络消息转发策略。能够有效提高消息成功投递概率并大幅度地降低网络延迟和网络开销。(3)针对机会网络中多副本消息转发数量与网络负载之间的矛盾,采用基于社会压力度量的分析方法量化节点连接关系,充分考虑到节点之间的相遇频率、连接总时长、连接平均时长以及间断平均时长等因素对节点连接强度的影响并给出了节点连接强度的评估方法,提出了一种消息副本数量自适应的机会网络消息转发策略,能够有效降低了消息的投递时延和网络开销。(4)针对机会网络的社会自私性会影响跨社区消息传输性能以及节点间的协作能力的问题,以社区间的消息传输概率为基础,建立节点的效用函数和状态函数以此评估节点间的协作状态,根据微分博弈方法动态最优化原理完成社区间中继节点的选择,提出了一种基于微分博弈的社会自私性激励消息转发机制,能够有效缓解机会网络社会自私性所带来的负面影响,提高了网络中的消息的成功投递率,同时降低了消息的传输时延及网络开销。(5)针对机会D2D通信网络用户复用非正交频谱资源自组织建立机会通信时存在的用户间信号干扰以及自身能量消耗的问题,分析了链路干扰对链路中断概率的影响,基于限制D2D用户间的干扰并提高系统能效的目的,提出一种干扰受限的D2D用户分组协作算法,仿真分析表明能够较好地控制用户间的干扰获得较为理想的系统容量和能效。
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