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多跳水声网络的时间同步

多跳水声网络的时间同步

作者：孙川上海交通大学

学位级别：硕士

随着人类对海洋的勘测、开发以及军事领域的日益关注，水下无线传感器网络开始引起了学术、工业、军事各方面的高度重视。传感器的水下调度、定位以及休眠机制等关键技术都是建立在实现时间同步的基础之上，因此时间同步是传感器网络中... 详细信息

随着人类对海洋的勘测、开发以及军事领域的日益关注，水下无线传感器网络开始引起了学术、工业、军事各方面的高度重视。传感器的水下调度、定位以及休眠机制等关键技术都是建立在实现时间同步的基础之上，因此时间同步是传感器网络中重要的支撑技术，需要对水下传感器网络进行时间同步的研究。在水下传感器网络中，声波通信具有大时延的特点，绝大多数基于陆地无线网络的时间同步算法，无法直接移植于水下。现有为数不多的水下时间同步算法都是基于点对点的时间同步，而未来海洋开发都是基于传感器网络集群的基础之上，因此，水下传感器网络的多跳时间同步愈加彰显其研究价值。本文提出了基于监听的多跳传感器网络时间同步算法，该算法主要由两部分组成：时间树建立过程以及父节点和子节点之间的时间同步过程。在时间树的建立过程中，节点选取特定时间内接收到level最低的节点作为父节点，将父节点的level加一置为自身的level，然后继续向外层扩展生成树算法。在父节点和子节点之间的时间同步过程，将Tri-message算法推广到多跳网络，并充分利用网络的广播特点，监听周围节点发送的数据包，用于提高时间同步精度，并给出了该算法的详细实现方法，以及监听有效性分析。同时，在算法的大量仿真过程中发现，部分监听数据包会影响最后时间同步的精确度，通过对监听数据包的过滤，本文提出了监听算法的改进方案。最后使用仿真工具OPNET对多跳水声网络算法及其改进方案的生成树性能、时间同步误差、算法稳定度和同步之后对时间的预测能力等性能参数进行仿真。本文主要的研究内容及创新点如下：（l）将现有的水下点对点的时间同步算法推广到多跳网络中，在多跳时间同步过程中，提出了一种新的时间生成树方案，该生成树方案可以有效地减少时间同步过程中产生的误差。（2）多跳同步过程中，提出了一种监听方案，该方案可以有效地利用多跳网络中广播的特点，经过数学分析以及算法仿真发现，通过广播监听到的额外数据包能够有效地提高时间同步的精确度。

关键词：时间同步水声网络多跳基于监听 OPNET仿真

一种基于比例公平的多跳OFDMA系统资源分配算法

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电路与系统学报 2011年第6期16卷 24-29页

作者：张昕叶梧冯穗力庄宏成华南理工大学电子与信息学院广东广州510640 华为技术有限公司广东深圳518129

为解决多跳OFDMA系统的资源分配问题,本文提出一种基于比例公平的资源分配算法,该算法将一个联合优化的问题分解为两个步骤,首先在等功率分配的条件下求出最优的子载波分配以及中继节点选择方案,然后再根据注水定理进行功率分配,以提高... 详细信息

为解决多跳OFDMA系统的资源分配问题,本文提出一种基于比例公平的资源分配算法,该算法将一个联合优化的问题分解为两个步骤,首先在等功率分配的条件下求出最优的子载波分配以及中继节点选择方案,然后再根据注水定理进行功率分配,以提高系统的性能。仿真结果表明,该算法能够在保障不同用户间公平性的条件下,有效地提高系统的容量。

关键词：正交频分多址接入多跳资源分配比例公平

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无线多跳网络的延迟性能分析

计算机应用 2010年第1期30卷 134-136页

作者：林颖许力福建师范大学数学与计算机科学学院福州350007

多跳无线网络技术具有广阔的应用前景。研究如何精确地分析、预知和保证多跳无线通信路线的端到端延迟性能非常重要。通过引入一个延迟违约概率的下限,扩展链路层等效带宽模型,并在不同的信道服务速率和无线信道条件下进行模拟。分析和... 详细信息

多跳无线网络技术具有广阔的应用前景。研究如何精确地分析、预知和保证多跳无线通信路线的端到端延迟性能非常重要。通过引入一个延迟违约概率的下限,扩展链路层等效带宽模型,并在不同的信道服务速率和无线信道条件下进行模拟。分析和仿真发现,与信道服务速率相比,最大多普勒频移对多跳延迟性能的影响更大。

关键词：多跳无线网络延迟等效带宽多普勒频移

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基于控制的低能耗多跳分簇路由协议

计算机应用 2013年第1期33卷 108-111页

作者：邓亚平唐骏重庆邮电大学计算机科学与技术学院重庆400065

针对无线传感器网络(WSN)的多跳分簇协议中,Sink节点附近的簇头能量消耗过快,簇头分布不够均匀,多跳链路不够高效等关键问题,提出了基于控制的低能耗多跳分簇路由协议。通过控制成簇数量与大小、多跳链路能耗、轮数与每一轮中的数据传... 详细信息

针对无线传感器网络(WSN)的多跳分簇协议中,Sink节点附近的簇头能量消耗过快,簇头分布不够均匀,多跳链路不够高效等关键问题,提出了基于控制的低能耗多跳分簇路由协议。通过控制成簇数量与大小、多跳链路能耗、轮数与每一轮中的数据传输量来解决以上问题。仿真结果表明:所提协议与低功耗自适应分簇(LEACH)协议和基于非均匀分簇的无线传感器网络路由协议(EEUC)相比,网络稳定期分别延长了138%和13%,网络生命期分别延长了13%和8%,因此能够有效地降低网络能耗,均衡网络负载,延长网络生存时间。

关键词：无线传感器网络路由协议多跳簇头生命期

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格上多策略属性基全同态加密方案的研究

格上多策略属性基全同态加密方案的研究

作者：荀艳梅南京邮电大学

学位级别：硕士

云计算作为一种远程服务模式,能够给用户提供存储空间和计算能力。为了保证用户隐私,防止数据的泄露,数据通常被加密后存储在云端。属性基全同态加密技术可在实现对共享数据细粒度访问控制的同时,又可对同属性集密文进行计算,同时满足... 详细信息

云计算作为一种远程服务模式,能够给用户提供存储空间和计算能力。为了保证用户隐私,防止数据的泄露,数据通常被加密后存储在云端。属性基全同态加密技术可在实现对共享数据细粒度访问控制的同时,又可对同属性集密文进行计算,同时满足数据共享安全和计算安全问题,但是不能满足多用户需求。而多密钥全同态加密可对不同密钥（用户）加密的密文进行任意计算,计算的结果由参与计算的用户联合所有密钥进行解密,解决了多用户密文进行同态计算的问题。在云计算服务部分场景中,需要将属性基全同态加密技术与多密钥全同态加密技术结合,在多用户环境下同时实现共享数据的细粒度访问控制和不同策略属性集密文的同态计算。另外随着量子计算机的发展,格上加密方案由于具有较强的抗量子攻击能力、较高的执行效率以及较强的安全性证明受到了极大的关注。因此本文对格上属性基全同态加密方案和多密钥全同态加密方案进行研究,尤其着重于研究并实现更高效、更灵活的格上多策略属性基全同态加密方案。本文的主要贡献如下:1、针对目前支持多跳的格上多策略属性基全同态加密方案存在密文尺寸较大以及同态计算效率不高的问题,本文提出了一个新的支持多跳的格上多策略属性基全同态加密方案。方案可实现对满足不同访问策略的不同属性集密文进行同态计算,且具备完全动态多跳性质,即任何不同访问策略的新密文都可以动态地加入到密文计算的过程中,同态计算后输出的密文能够与新密文再次进行同态运算,即使新加入密文所对应属性集不满足已有的访问策略集。与同类方案相比,方案具有更短的密文和更高的同态计算效率,并且密文扩展更容易实现。且方案在LWE问题下,被证明为IND-CPA安全的。最后对方案性能进行了分析,并给出了仿真结果。2、针对目前的格上多策略属性基全同态加密方案只支持单比特加密的问题,本文分别提出了第一个支持多比特的格上单策略以及多策略属性基全同态加密方案。方案在实现对满足相同和不同访问策略的不同属性集密文进行同态计算的功能的同时,满足多比特加密性质。且方案可以灵活的解密,既可以实现特定位置上的消息比特解密,又可以实现一次性解密,直接恢复出整个消息矩阵,具有更好的实用性。最后本文在LWE问题下,证明了方案为INDCPA安全的,并且分析了方案的性能以及给出了仿真结果。

关键词：格多密钥全同态加密多策略属性基全同态加密多跳多比特加密

多跳中继无线携能MIMO系统收发机联合优化算法研究

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多跳中继无线携能MIMO系统收发机联合优化算法研究

作者：郑双燕北京邮电大学

学位级别：硕士

目前无线通信网络中使用的电子设备主要依靠电线、电池等设备来充电,电池的蓄电量不足逐渐成为无线通信技术发展的瓶颈。在这种发展背景下,无线携能技术得到了广泛的关注。实际无线通信过程中,传输信号使用的多跳中继技术与传统的单跳... 详细信息

目前无线通信网络中使用的电子设备主要依靠电线、电池等设备来充电,电池的蓄电量不足逐渐成为无线通信技术发展的瓶颈。在这种发展背景下,无线携能技术得到了广泛的关注。实际无线通信过程中,传输信号使用的多跳中继技术与传统的单跳传输相比具有降低系统的发送功率、延伸网络覆盖面积等特点。因此本文应用了多跳中继技术,将其与无线携能技术结合起来应用到多输入多输出(MIMO)系统中来为用户终端充能,具有很大的实际意义。本文主要设计了带有能量采集接收机的无线多跳网络系统,采用各节点发射功率限制条件及目标节点能量采集限制条件,针对最小化最小均方误差(MMSE)和最大化最大信息速率两种目标函数建立了优化问题,将各节点的波束赋形矩阵作为优化变量来求解。针对建立的非凸优化问题,本文提出了基于两种求解算法的交替迭代方案:1)信道并行化算法。该算法可以将原始多维矩阵问题转换为标量问题,从而将非凸问题转换为凸问题;2)连续凸近似(SCA)算法。该算法通过近似处理不等式约束从而将非凸问题转换为凸问题。为了充分研究多跳无线携能MIMO系统,本文还对两种接收机模式进行了研究,分别是:1)时隙分配(TS)模式;2)功率分配(PS)模式。基于这两种模式建立了最大化最大信息速率的优化问题,研究了两种模式下的系统性能比较。由于多跳系统建立的优化问题的耦合变量和约束条件更多,因此增加了变量解耦、参数设置及求解过程的难度。在仿真部分使用MATLAB和CVX工具包进行求解并得出MMSE和最大信息速率的仿真图,曲线图涵盖算法迭代收敛趋势及性能指标关于各参数的变化趋势。通过仿真证明了两种算法的收敛性及算法和接收机模式之间的性能比较。仿真充分证明了理论结果:1)由于信道并行化算法将原始问题转换为标量问题,因此具有更低的复杂度,收敛更快;相对的,连续凸近似算法牺牲了算法复杂度换来了较好的性能;2)对于两种接收机模式,在一定仿真条件下,PS模式较TS模式具有更优的最大信息速率性能。

关键词：波束赋形多跳无线携能凸优化

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多跳无线网络接入策略的研究与实现

多跳无线网络接入策略的研究与实现

作者：阳旭电子科技大学

学位级别：硕士

随着通信技术的发展，人们对宽带无线网络的依赖程度逐渐提高。宽带无线网络正快速渗透进人们社会生产生活的各个方面。WiMAX作为新一代宽带无线接入系统，因其传输速率高、覆盖范围大、抗衰落能力强等方面的优势，受到了广泛青睐。但是... 详细信息

随着通信技术的发展，人们对宽带无线网络的依赖程度逐渐提高。宽带无线网络正快速渗透进人们社会生产生活的各个方面。WiMAX作为新一代宽带无线接入系统，因其传输速率高、覆盖范围大、抗衰落能力强等方面的优势，受到了广泛青睐。但是，WiMAX并非一种普适通信系统，为了适应用户多跳无线网络的通信需求，本论文以WiMAX为基础，展开多跳无线网络组织形式的研究。通过对WiMAX网络结构的研究，论文提出了以PMP网络拓扑为基础架构的多跳无线网络的组织实现形式。网络中，节点设备以双信道形态存在，两个信道分别承担BS与MS的职责，通过信道之间的交互，完成无线中继转发功能，从而实现多跳无线网络的构建。为了进一步提升系统的可用性，论文结合设备形态及网络组织形式的特点的对接入策略进行了优化研究，主要实现以下几个方面的研究成果： 1.实现基于WiMAX双信道设备形态构建的PMP多跳无线网络系统的基本功能;2.根据系统网络组织的特点，实现其业务传输过程的优化。综合分析了广播/多播业务通信传输特点，提出了一种基于RNG-RSP的业务承载方式，以减小在广播/多播业务传输过程中对上行链路条件的依赖，提升系统的环境适应能力。 3.根据系统设备形态为双信道的特点，实现MS信道频率扫描探测过程的优化。分析了系统部署过程中的各个阶段所面临的无线信道和系统部署的特点，并结合设备双信道形态特点在各个不同部署阶段提出了不同的信道频率扫描探测方式，以提升系统频率扫描探测速度。 4.对相关接入策略进行验证。设计试验验证相关策略，总结实现情况和存在的不足。

关键词： WiMAX 多跳中继双信道

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多跳水声传感器网络MAC协议性能分析研究

多跳水声传感器网络MAC协议性能分析研究

作者：于泓洋哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

水下传感器网络研究已变得越来越重要,其拥有广泛的应用领域,如海军战术监视、海洋数据采集、近海勘探以及灾难预防等。由于在海水中无线电和光波严重衰减,声通信技术是水下传感网采用的典型物理层通信技术,也就是水声传感网络(UASNs)... 详细信息

水下传感器网络研究已变得越来越重要,其拥有广泛的应用领域,如海军战术监视、海洋数据采集、近海勘探以及灾难预防等。由于在海水中无线电和光波严重衰减,声通信技术是水下传感网采用的典型物理层通信技术,也就是水声传感网络(UASNs)。然而,水下声波速度仅约为1500 m/s,比无线电传播速度低五个数量级。而水中声信道带宽仅为无线电信道的千分之一。因此,相比无线传感网(WSNs),UASNs具有传播延迟长和可用带宽有限等特点,这对网络协议栈和应用设计提出极大挑战。与WSNs相似,媒体访问控制(MAC)协议在UASNs中扮演了重要的角色,直接影响着网络整体性能。当前,对于UASNs中MAC协议的理论分析研究多关注于单跳拓扑。然而,多跳网络实用性更高,并能提供更大的覆盖范围。因此,本文将研究多跳拓扑上信道访问协议的性能。本文的具体内容研究如下:首先,本文针对一个已有的Aloha协议性能分析模型进行研究,该模型隐含地假设一个节点可以同时发出两个数据包,而这与水声信道的半双工特性不符。基于这个发现,本文提出了一个改进的分析模型并通过NS-3构造仿真实验对其进行验证。仿真显示,改进的分析模型比原模型更精确。其次,本文提出了一个Slotted Aloha协议性能分析模型,并证明其传输服从独立的伯努利过程。通过分析网络利用率的上界,本文进一步获得了针对特定负载最大发挥网络性能的最佳节点数。分析与仿真数据表明,该模型具有很高的精确性。通过分析发现,Aloha协议和Slotted Aloha协议更适用于负载较轻的网络。

关键词：水声传感器网络性能分析 Aloha S-Aloha 多跳

多跳D2D系统的功率控制与资源分配调度算法研究

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多跳D2D系统的功率控制与资源分配调度算法研究

作者：陈兆羽上海师范大学

学位级别：硕士

随着通信技术的发展,未来移动通信系统将面临如下问题,即可用频率资源有限和巨大的信令开销等问题。D2D通信技术是建立在LTE系统通信基础上的一种点对点通信方式,其可利用LTE系统中的商用频率资源和其它非商用频率资源进行通信,且通信... 详细信息

随着通信技术的发展,未来移动通信系统将面临如下问题,即可用频率资源有限和巨大的信令开销等问题。D2D通信技术是建立在LTE系统通信基础上的一种点对点通信方式,其可利用LTE系统中的商用频率资源和其它非商用频率资源进行通信,且通信过程可以不经过中心基站,直接设备对设备直传通信。因此,D2D通信技术是解决未来移动问题的有效方案之一。受限于D2D设备的发射功率,D2D通信覆盖范围相对较小,采用多跳通信的方式可以在一定程度上克服D2D通信这种小覆盖范围的缺陷。采用有限频率通信的D2D用户间的同频干扰,成为多跳D2D通信需要克服的问题,本文研究了多跳D2D通信的功率控制、干扰管理及资源分配等问题。论文研究了干扰受限下多跳D2D通信中两跳场景,而其他多于两跳的场景可通过时隙划分的方法转化为两跳的场景。针对不同调度机制下的D2D通信的功率控制与干扰管理的问题,本文设计了不同的调度算法。该算法是基于当全部D2D用户均由中心基站统一调度的场景下,全部D2D用户发射功率由基站根据用户各自的信道状态统一优化,相应的调度算法是中心式调度算法。本文将该问题建模为二阶锥规划问题,由于该问题非凸,采用近似等价变形将问题转化成凸问题获得原问题的近似最优解。通过仿真验证了该算法在提升系统和速率方面的性能。而对于非基站统一调度的场景,本文利用博弈论中潜在博弈模型的方法,构建了D2D用户在博弈模型中的效用函数,再根据效用函数的形式建立潜在博弈的潜在函数,从而证明了博弈存在纳什均衡。根据该潜在博弈模型设计了相应的分布式功率控制算法,并在此基础上,引入D2D用户参考干扰门限值以缩短算法迭代次数。其次,本文研究了两跳D2D用户发射序与资源分配联合优化的调度。首先建立发射序0-1二阶锥规划问题,并通过双层线性分支定界算法对该问题进行优化。同时,本文还采用ITLinQ算法与发射序调度算法相结合的联合优化时频资源的调度方案。最后,通过数值仿真,证明在D2D系统中引入发射序调度算法后,可在ITLinQ算法优化的基础上进一步提升用户传输速率。另外,本文在前几个章节的基础上,研究了单小区D2D通信系统非完全同步场景,给出了两跳D2D用户间的干扰管理及功率控制算法。在不同链路两时隙之间非完全同步情况下,使用了同一频带的中继会相互干扰。本文的功率控制算法先引入松弛因子得到功率闭式解,通过迭代优化该问题中用户的发射功率,来减少中继间的同频干扰。最后,通过数值仿真,证明在D2D系统中加入该功率控制算法后,可一定程度上减少用户之间的干扰。文章的最后对多跳D2D系统功率控制相关问题及场景做了总结,分析了文章涉及算法的优势和不足之处。并且提出了多跳D2D通信系统其它有待研究的问题。

关键词： D2D 多跳和速率