分布式空中骨干網(wǎng)拓?fù)渖伤惴?/h1>
2014-04-29 00:00:00張淼周金榮史海濱姜凌
計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用 2014年2期
摘 要：空中網(wǎng)絡(luò)可以為信息化戰(zhàn)場(chǎng)提供寬帶高速超視距通信保障，通常采用Ad Hoc方式組網(wǎng)，但由于拓?fù)渥兓l繁，民用領(lǐng)域的自組網(wǎng)研究成果很難直接使用。本文設(shè)計(jì)了一種分布式骨干網(wǎng)拓?fù)渖煞椒?，?jié)點(diǎn)間通過(guò)相互交換局部拓?fù)湫畔?，并通過(guò)具有負(fù)載均衡的關(guān)聯(lián)和角色轉(zhuǎn)換過(guò)程，可以生成包括骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)在內(nèi)的分層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適用于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻繁的網(wǎng)絡(luò)。仿真顯示，按照本算法生成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，共享信息傳輸時(shí)延較小，可滿足作為無(wú)線骨干網(wǎng)絡(luò)的傳輸需求，具有一定的軍事應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：空中網(wǎng)絡(luò)；分布式；拓?fù)渖?；骨干網(wǎng)
中圖分類號(hào)：TN929.5
隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)模式向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)演進(jìn)，戰(zhàn)場(chǎng)無(wú)線通信系統(tǒng)必須提供寬帶超視距傳輸保障，以滿足分布式參戰(zhàn)單元對(duì)大容量情報(bào)和戰(zhàn)術(shù)協(xié)同信息的共享需求。目前，短波和衛(wèi)星是超視距通信的兩種主要手段，但短波通信速率低，僅在Kbps級(jí)，無(wú)法傳輸大容量信息；衛(wèi)星通信速率雖高，但因軌道相對(duì)固定而易被摧毀。分布式空中骨干網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)在戰(zhàn)場(chǎng)上空“架設(shè)”無(wú)線骨干網(wǎng)絡(luò)，可為戰(zhàn)場(chǎng)艦艇、飛機(jī)、戰(zhàn)車等作戰(zhàn)單元提供寬帶高速超視距的通信保障，軍事效益十分顯著。
空中網(wǎng)絡(luò)采用Ad Hoc[1]組網(wǎng)方式，而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渖伤惴ㄗ鳛榫W(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，一直是研究的熱點(diǎn)。Lzhak Rubin[2]等人提出了一種分布式拓?fù)渖伤惴?，該算法假設(shè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)同時(shí)具備高速和低速兩個(gè)通道，利用低速通道完成節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，利用高速通道完成數(shù)據(jù)傳輸。依托節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)過(guò)程，算法可以生成骨干網(wǎng)絡(luò)和邊緣網(wǎng)絡(luò)兩層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。但該算法不具備負(fù)載均衡能力，存在大量接入節(jié)點(diǎn)同時(shí)關(guān)聯(lián)一個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)的可能。張傳富[3]等人提出了基于WMN的拓?fù)錁?gòu)造算法，Huei-Jiun Ju[4]等人提出了適用于多重射頻Mesh網(wǎng)的骨干網(wǎng)拓?fù)渖伤惴ǎ沁@些算法都沒(méi)有對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行負(fù)載均衡并考慮到實(shí)際應(yīng)用情景下接入節(jié)點(diǎn)天線形式差異的問(wèn)題。民用領(lǐng)域的Ad Hoc組網(wǎng)研究[5-10]成果在面對(duì)軍用領(lǐng)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)種類多、天線形式差異大、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載能力有限、拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化頻繁等問(wèn)題時(shí)都具有一定的局限性。
針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)既存在預(yù)警機(jī)、艦艇等允許遠(yuǎn)距離高速通信的大型平臺(tái)，也存在單兵、戰(zhàn)車等通信受限的小型平臺(tái)的現(xiàn)實(shí)，本文在Lzhak Rubin研究的基礎(chǔ)上對(duì)其做了改進(jìn)，將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分為高速通信節(jié)點(diǎn)（BCN或BN）和低速通信節(jié)點(diǎn)（RN）兩類，通過(guò)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、具有負(fù)載均衡能力的關(guān)聯(lián)和轉(zhuǎn)換算法，最后生成包括骨干網(wǎng)絡(luò)（BNet），骨干接入網(wǎng)絡(luò)（BANet）和接入網(wǎng)絡(luò)（ANet）在內(nèi)的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。BNet由骨干節(jié)點(diǎn)BN（圖中的黑色實(shí)心圓點(diǎn)）組成，為BANet間的信息交互提供路由；BANet由一個(gè)BN和多個(gè)骨干能力節(jié)點(diǎn)BCN（圖中的灰色實(shí)心圓點(diǎn)）組成，為BANet內(nèi)的ANet間信息交互提供路由；ANet由一個(gè)BCN和多個(gè)普通節(jié)點(diǎn)RN（圖中的空心圓點(diǎn)）組成，為RN提供接入和信息交互提供轉(zhuǎn)發(fā)功能。這種層次化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以有效降低網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)難度。
圖1 分層通信關(guān)系圖
本文提出的拓?fù)渌惴ň哂蟹植际教攸c(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)無(wú)需知道全網(wǎng)拓?fù)?，因而?dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，只會(huì)對(duì)局部網(wǎng)絡(luò)重新生成拓?fù)?，從而大大降低了網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)的開銷。
1 分布式空中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖伤惴枋?/p>
本拓?fù)渖伤惴ǚ譃楣?jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)和節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換三個(gè)步驟。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通過(guò)周期性地交換hello消息實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，然后通過(guò)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)算法使RN和BCN節(jié)點(diǎn)分別關(guān)聯(lián)到各自的父節(jié)點(diǎn)上，形成一個(gè)初步網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌蛔詈笸ㄟ^(guò)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換算法使部分BCN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成BN節(jié)點(diǎn)以形成BNet，部分BN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)回BCN節(jié)點(diǎn)以降低BNet網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，最終得到規(guī)模合適的BNet、ANet和BANet三層網(wǎng)絡(luò)。
為了使節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)和節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換三個(gè)步驟有序進(jìn)行，每個(gè)節(jié)點(diǎn)中都設(shè)置了長(zhǎng)、短兩個(gè)定時(shí)器。短定時(shí)器用于hello消息的周期性發(fā)布，長(zhǎng)定時(shí)器用于節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)和節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換的周期性執(zhí)行。
1.1 節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)
節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)就是節(jié)點(diǎn)按短定時(shí)周期廣播自己的hello消息和接收其他節(jié)點(diǎn)hello消息的過(guò)程。通過(guò)周期性交換hello消息，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以獲得其一跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)，以及2跳范圍內(nèi)的BN節(jié)點(diǎn)信息。這些信息將被作為關(guān)聯(lián)算法的依據(jù)。
hello消息的基本內(nèi)容包含：節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)、節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)、BCN/BN/RN屬性、節(jié)點(diǎn)能力等級(jí)、與節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的BN節(jié)點(diǎn)ID、一跳鄰居節(jié)點(diǎn)列表、父節(jié)點(diǎn)ID等。其中節(jié)點(diǎn)能力等級(jí)用于決定向誰(shuí)關(guān)聯(lián)、誰(shuí)優(yōu)先轉(zhuǎn)換。當(dāng)BN節(jié)點(diǎn)需要更多的網(wǎng)絡(luò)管理信息時(shí)，hello消息中還可以包含其他的信息，如2跳范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)位置、天線屬性、發(fā)射功率等。
考慮到戰(zhàn)場(chǎng)中不同作戰(zhàn)單元存在全向天線、拋物面定向天線、相控陣電掃天線等差異，節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)過(guò)程還可做如下規(guī)定：（1）對(duì)于具有可生成全向波束能力的節(jié)點(diǎn)，采用全向發(fā)送和全向接收的方式廣播和接收hello消息；（2）對(duì)于只能定向發(fā)射和定向接收的節(jié)點(diǎn)，先通過(guò)掃描接收的方式接收hello消息，如果收到鄰節(jié)點(diǎn)hello消息，再向該節(jié)點(diǎn)定向發(fā)送自身hello消息，并始終跟蹤該鄰節(jié)點(diǎn)。
1.2 節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)
節(jié)點(diǎn)在短定時(shí)器內(nèi)周期性發(fā)送和接收hello消息，在長(zhǎng)定時(shí)器內(nèi)周期性執(zhí)行節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)。通過(guò)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)，RN節(jié)點(diǎn)將會(huì)把自己關(guān)聯(lián)到合適的BCN或BN節(jié)點(diǎn)；BCN節(jié)點(diǎn)將會(huì)把自己關(guān)聯(lián)到合適的BN節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)具體規(guī)則如下：
（1）對(duì)于RN節(jié)點(diǎn)RN1，將會(huì)搜索權(quán)重最大的鄰接BCN節(jié)點(diǎn)或者BN節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，該節(jié)點(diǎn)將作為其父節(jié)點(diǎn)在RN1的hello消息中指定。當(dāng)被指定為父節(jié)點(diǎn)的BCN或BN收到RN1的hello消息時(shí)，如果最大子節(jié)點(diǎn)數(shù)沒(méi)有超過(guò)其負(fù)載能力，則將RN1加入其子節(jié)點(diǎn)列表。如果超過(guò)，則應(yīng)拒絕RN1接入。RN1收到拒絕接入的消息后將自動(dòng)尋找權(quán)重次大的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行接入。
（2）對(duì)于BCN節(jié)點(diǎn)BCN1，當(dāng)其一跳鄰居存在BN節(jié)點(diǎn)時(shí)，將會(huì)搜索權(quán)重最大的BN進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
（3）對(duì)于BCN節(jié)點(diǎn)BCN2，當(dāng)其一跳內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)不存在BN節(jié)點(diǎn)時(shí)，將會(huì)搜索權(quán)重最大、且沒(méi)有關(guān)聯(lián)BN的鄰接BCN節(jié)點(diǎn)（包括自己）進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
通過(guò)規(guī)則（1），負(fù)載過(guò)多的BCN/BN節(jié)點(diǎn)將拒絕新節(jié)點(diǎn)接入，RN節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)尋找其他BCN和BN節(jié)點(diǎn)接入，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡。
節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)之后，RN及其關(guān)聯(lián)的父節(jié)點(diǎn)自動(dòng)形成了ANet，而BANet和BNet還要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換算法才能確定
1.3 節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換
經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)之后，BN節(jié)點(diǎn)和BCN節(jié)點(diǎn)將執(zhí)行BN和BCN之間的相互轉(zhuǎn)化算法。 BCN-BN轉(zhuǎn)換算法就是BCN節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身和周邊鄰接節(jié)點(diǎn)的連接情況轉(zhuǎn)化為BN節(jié)點(diǎn)的過(guò)程。隨著BN節(jié)點(diǎn)的生成，由BN節(jié)點(diǎn)組成的BNet也自動(dòng)生成；BN-BCN轉(zhuǎn)換算法就是BN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為BCN節(jié)點(diǎn)的過(guò)程。BN-BCN轉(zhuǎn)換算法是為了保證在節(jié)點(diǎn)間信息可達(dá)的前提下，盡量減少BNet的規(guī)模，降低控制信息的開銷，便于網(wǎng)絡(luò)管理。轉(zhuǎn)換算法中，BN或BCN節(jié)點(diǎn)只需根據(jù)自身的鄰節(jié)點(diǎn)情況，就可以判斷自己是否進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
1.3.1 BCN-BN轉(zhuǎn)換算法
經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，BCN節(jié)點(diǎn)（設(shè)為BCN1）可以獲得包括RN、BCN、BN節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的鄰節(jié)點(diǎn)列表信息，當(dāng)以下條件之一滿足時(shí)BCN1將會(huì)把自己轉(zhuǎn)換成BN節(jié)點(diǎn)：
（1）當(dāng)其鄰節(jié)點(diǎn)列表中存在不與BN鄰接的RN節(jié)點(diǎn)時(shí)；
（2）下列三個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)：
BCN1沒(méi)有關(guān)聯(lián)；
BCN1至少有一個(gè)沒(méi)有關(guān)聯(lián)的鄰接BCN節(jié)點(diǎn)；
BCN1在其鄰接的BCN節(jié)點(diǎn)中具有最高的權(quán)值。
（3）BCN1存在兩個(gè)不相鄰的臨接BN節(jié)點(diǎn)BN1和BN2且BN1和BN2之間無(wú)連通的路徑；
（4）BCN1被其他BCN節(jié)點(diǎn)指定為父節(jié)點(diǎn)。
條件1是為了將孤立的RN節(jié)點(diǎn)接入骨干網(wǎng)中；條件2是為了保證最合適的BCN節(jié)點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)化；條件3是為了保證BNet的連通性；條件4是為了將鄰居BCN節(jié)點(diǎn)接入到BNet中。
1.3.2 BN-BCN轉(zhuǎn)換算法
經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，BN節(jié)點(diǎn)（設(shè)為BN1）可以獲得包括RN、BCN、BN節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的鄰節(jié)點(diǎn)列表信息，當(dāng)以下條件同時(shí)滿足時(shí)，BN1將決定把自己轉(zhuǎn)換成BCN節(jié)點(diǎn)（但是否真正轉(zhuǎn)換還需要后面的步驟）：
（1）BN1的每個(gè)鄰居RN節(jié)點(diǎn)除BN1外至少與一個(gè)BN節(jié)點(diǎn)相鄰；
（2）BN1至少與一個(gè)BN節(jié)點(diǎn)相鄰；
（3）BN1的每個(gè)鄰居BCN節(jié)點(diǎn)除BN1外至少與一個(gè)BN節(jié)點(diǎn)相鄰；
（4）對(duì)于BN1的任意一對(duì)BN鄰居節(jié)點(diǎn)BN2、BN3，當(dāng)BN1轉(zhuǎn)換成BCN后，仍存在鄰接關(guān)系。
條件1是為了保證BN節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)換為BCN節(jié)點(diǎn)后其子節(jié)點(diǎn)不會(huì)丟失入網(wǎng)；條件2是將多余的BN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為BCN節(jié)點(diǎn)；條件3是為了保證BN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為BCN節(jié)點(diǎn)后不會(huì)脫離BNet；條件4是為了保證BN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為BCN節(jié)點(diǎn)后BNet仍保持連通。通過(guò)這4個(gè)條件就可以保證在盡可能地將BCN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為BN節(jié)點(diǎn)的同時(shí)保持骨干網(wǎng)絡(luò)的連通性。
為了防止兩個(gè)互連的BN節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)同時(shí)轉(zhuǎn)換成BCN節(jié)點(diǎn)的情況，本算法在轉(zhuǎn)換之前先向鄰居BN節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)Alert消息，告知自己將會(huì)轉(zhuǎn)換成BCN節(jié)點(diǎn)，同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)延時(shí)轉(zhuǎn)換定時(shí)器Timer。如果Timer到期都未收到鄰居BN節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)消息，或者在Timer到期前收到鄰居BN回復(fù)的確認(rèn)消息表明自己可以轉(zhuǎn)換時(shí)，就將自己轉(zhuǎn)為BCN節(jié)點(diǎn)，否則就不轉(zhuǎn)換成BCN節(jié)點(diǎn)。
2 仿真示例及結(jié)果分析
2.1 拓?fù)渖伤惴ㄊ纠?/p>
以下首先將以十個(gè)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)錇槔龑?duì)分布式空中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖伤惴ǖ娜齻€(gè)步驟進(jìn)行描述。網(wǎng)絡(luò)初始拓?fù)淙鐖D2所示，節(jié)點(diǎn)通過(guò)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)過(guò)程可以獲得自己一跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)信息。節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)關(guān)聯(lián)算法之后可以得到如圖3所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中每個(gè)RN節(jié)點(diǎn)將自己關(guān)聯(lián)到合適的BCN或BN節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)生成了ANet子網(wǎng)；每個(gè)BCN節(jié)點(diǎn)將自己關(guān)聯(lián)到合適的BN節(jié)點(diǎn)，但尚未形成BANet、BNet子網(wǎng)。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換算法之后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D4所示。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換算法之后，部分BCN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為了BN節(jié)點(diǎn)，從而生成了BANet、BNet子網(wǎng)。
圖2 初始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>
圖3 關(guān)聯(lián)算法后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>
圖4 轉(zhuǎn)換算法后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>
2.2 仿真結(jié)果及分析
為了反映本算法生成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)劣性，通過(guò)Qualnet網(wǎng)絡(luò)仿真軟件進(jìn)行了仿真。仿真場(chǎng)景為30km*30km范圍內(nèi)隨機(jī)分布的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為10、20、30、40、50個(gè)，BCN節(jié)點(diǎn)分別為4、6、9、11、13個(gè)，RN節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為6、14、21、29、37個(gè)。
QualNet首先模擬節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)過(guò)程，并通過(guò)本文的關(guān)聯(lián)和轉(zhuǎn)發(fā)算法生成一個(gè)三層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后按照生成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，最后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)在全網(wǎng)共享的平均時(shí)延。根據(jù)平均時(shí)延判定算法生成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是否有效。仿真中假設(shè)網(wǎng)絡(luò)采用TDMA方式工作，因此平均時(shí)延可以用時(shí)隙數(shù)表示。我們定義網(wǎng)絡(luò)平均共享時(shí)延為各節(jié)點(diǎn)收到其他節(jié)點(diǎn)信息所需時(shí)隙數(shù)的均值。
圖5 Qualnet仿真場(chǎng)景圖
仿真得到不同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模下的平均共享時(shí)延如圖6所示。
圖6 平均信息共享時(shí)延統(tǒng)計(jì)表
可以看到，按照本文算法得到的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔蚕硇畔ⅲW(wǎng)絡(luò)平均共享時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)成線性關(guān)系。通過(guò)該表數(shù)據(jù)可以預(yù)計(jì)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)增加到100個(gè)時(shí)的平均共享時(shí)延將處于45-60個(gè)時(shí)隙之間。設(shè)每個(gè)時(shí)隙的時(shí)長(zhǎng)為5ms，即100個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)的平均信息共享時(shí)延處于225ms～300ms之間。當(dāng)這樣的網(wǎng)絡(luò)作為無(wú)線骨干網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以滿足節(jié)點(diǎn)接入、路由等通信需求，證明本空中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖伤惴ㄊ怯行У摹?/p>
3 結(jié)束語(yǔ)
本文提出了一種分布式空中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖伤惴?，通過(guò)分布式局部信息廣播、節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)生成等步驟，可以生成層次化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果表明，利用本算法獲得的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)共享信息時(shí)，平均共享時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模成平穩(wěn)的線性關(guān)系，可滿足作為無(wú)線骨干網(wǎng)絡(luò)的傳輸需求。本算法為拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化較快的空中網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)提供了一種思路，具有一定的應(yīng)用前景。
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作者簡(jiǎn)介：張淼（1988.02-），男，四川人，工學(xué)學(xué)士，研究方向：無(wú)線通信；周金榮（1965.09-），男，湖北人，研究方向：研究員，無(wú)線通信；史海濱（1975-），男，湖北人，博士，研究方向：無(wú)線通信；姜凌（1987.11-），碩士，工程師，研究方向：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。
作者單位：中船重工第七二二研究所，武漢 430079
摘 要：空中網(wǎng)絡(luò)可以為信息化戰(zhàn)場(chǎng)提供寬帶高速超視距通信保障，通常采用Ad Hoc方式組網(wǎng)，但由于拓?fù)渥兓l繁，民用領(lǐng)域的自組網(wǎng)研究成果很難直接使用。本文設(shè)計(jì)了一種分布式骨干網(wǎng)拓?fù)渖煞椒?，?jié)點(diǎn)間通過(guò)相互交換局部拓?fù)湫畔?，并通過(guò)具有負(fù)載均衡的關(guān)聯(lián)和角色轉(zhuǎn)換過(guò)程，可以生成包括骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)在內(nèi)的分層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適用于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻繁的網(wǎng)絡(luò)。仿真顯示，按照本算法生成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，共享信息傳輸時(shí)延較小，可滿足作為無(wú)線骨干網(wǎng)絡(luò)的傳輸需求，具有一定的軍事應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：空中網(wǎng)絡(luò)；分布式；拓?fù)渖?；骨干網(wǎng)
中圖分類號(hào)：TN929.5
隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)模式向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)演進(jìn)，戰(zhàn)場(chǎng)無(wú)線通信系統(tǒng)必須提供寬帶超視距傳輸保障，以滿足分布式參戰(zhàn)單元對(duì)大容量情報(bào)和戰(zhàn)術(shù)協(xié)同信息的共享需求。目前，短波和衛(wèi)星是超視距通信的兩種主要手段，但短波通信速率低，僅在Kbps級(jí)，無(wú)法傳輸大容量信息；衛(wèi)星通信速率雖高，但因軌道相對(duì)固定而易被摧毀。分布式空中骨干網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)在戰(zhàn)場(chǎng)上空“架設(shè)”無(wú)線骨干網(wǎng)絡(luò)，可為戰(zhàn)場(chǎng)艦艇、飛機(jī)、戰(zhàn)車等作戰(zhàn)單元提供寬帶高速超視距的通信保障，軍事效益十分顯著。
空中網(wǎng)絡(luò)采用Ad Hoc[1]組網(wǎng)方式，而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渖伤惴ㄗ鳛榫W(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，一直是研究的熱點(diǎn)。Lzhak Rubin[2]等人提出了一種分布式拓?fù)渖伤惴?，該算法假設(shè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)同時(shí)具備高速和低速兩個(gè)通道，利用低速通道完成節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，利用高速通道完成數(shù)據(jù)傳輸。依托節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)過(guò)程，算法可以生成骨干網(wǎng)絡(luò)和邊緣網(wǎng)絡(luò)兩層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。但該算法不具備負(fù)載均衡能力，存在大量接入節(jié)點(diǎn)同時(shí)關(guān)聯(lián)一個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)的可能。張傳富[3]等人提出了基于WMN的拓?fù)錁?gòu)造算法，Huei-Jiun Ju[4]等人提出了適用于多重射頻Mesh網(wǎng)的骨干網(wǎng)拓?fù)渖伤惴ǎ沁@些算法都沒(méi)有對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行負(fù)載均衡并考慮到實(shí)際應(yīng)用情景下接入節(jié)點(diǎn)天線形式差異的問(wèn)題。民用領(lǐng)域的Ad Hoc組網(wǎng)研究[5-10]成果在面對(duì)軍用領(lǐng)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)種類多、天線形式差異大、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載能力有限、拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化頻繁等問(wèn)題時(shí)都具有一定的局限性。
針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)既存在預(yù)警機(jī)、艦艇等允許遠(yuǎn)距離高速通信的大型平臺(tái)，也存在單兵、戰(zhàn)車等通信受限的小型平臺(tái)的現(xiàn)實(shí)，本文在Lzhak Rubin研究的基礎(chǔ)上對(duì)其做了改進(jìn)，將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分為高速通信節(jié)點(diǎn)（BCN或BN）和低速通信節(jié)點(diǎn)（RN）兩類，通過(guò)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、具有負(fù)載均衡能力的關(guān)聯(lián)和轉(zhuǎn)換算法，最后生成包括骨干網(wǎng)絡(luò)（BNet），骨干接入網(wǎng)絡(luò)（BANet）和接入網(wǎng)絡(luò)（ANet）在內(nèi)的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。BNet由骨干節(jié)點(diǎn)BN（圖中的黑色實(shí)心圓點(diǎn)）組成，為BANet間的信息交互提供路由；BANet由一個(gè)BN和多個(gè)骨干能力節(jié)點(diǎn)BCN（圖中的灰色實(shí)心圓點(diǎn)）組成，為BANet內(nèi)的ANet間信息交互提供路由；ANet由一個(gè)BCN和多個(gè)普通節(jié)點(diǎn)RN（圖中的空心圓點(diǎn)）組成，為RN提供接入和信息交互提供轉(zhuǎn)發(fā)功能。這種層次化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以有效降低網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)難度。
圖1 分層通信關(guān)系圖
本文提出的拓?fù)渌惴ň哂蟹植际教攸c(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)無(wú)需知道全網(wǎng)拓?fù)?，因而?dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，只會(huì)對(duì)局部網(wǎng)絡(luò)重新生成拓?fù)?，從而大大降低了網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)的開銷。
1 分布式空中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖伤惴枋?/p>
本拓?fù)渖伤惴ǚ譃楣?jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)和節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換三個(gè)步驟。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通過(guò)周期性地交換hello消息實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，然后通過(guò)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)算法使RN和BCN節(jié)點(diǎn)分別關(guān)聯(lián)到各自的父節(jié)點(diǎn)上，形成一個(gè)初步網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌蛔詈笸ㄟ^(guò)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換算法使部分BCN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成BN節(jié)點(diǎn)以形成BNet，部分BN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)回BCN節(jié)點(diǎn)以降低BNet網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，最終得到規(guī)模合適的BNet、ANet和BANet三層網(wǎng)絡(luò)。
為了使節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)和節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換三個(gè)步驟有序進(jìn)行，每個(gè)節(jié)點(diǎn)中都設(shè)置了長(zhǎng)、短兩個(gè)定時(shí)器。短定時(shí)器用于hello消息的周期性發(fā)布，長(zhǎng)定時(shí)器用于節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)和節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換的周期性執(zhí)行。
1.1 節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)
節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)就是節(jié)點(diǎn)按短定時(shí)周期廣播自己的hello消息和接收其他節(jié)點(diǎn)hello消息的過(guò)程。通過(guò)周期性交換hello消息，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以獲得其一跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)，以及2跳范圍內(nèi)的BN節(jié)點(diǎn)信息。這些信息將被作為關(guān)聯(lián)算法的依據(jù)。
hello消息的基本內(nèi)容包含：節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)、節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)、BCN/BN/RN屬性、節(jié)點(diǎn)能力等級(jí)、與節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的BN節(jié)點(diǎn)ID、一跳鄰居節(jié)點(diǎn)列表、父節(jié)點(diǎn)ID等。其中節(jié)點(diǎn)能力等級(jí)用于決定向誰(shuí)關(guān)聯(lián)、誰(shuí)優(yōu)先轉(zhuǎn)換。當(dāng)BN節(jié)點(diǎn)需要更多的網(wǎng)絡(luò)管理信息時(shí)，hello消息中還可以包含其他的信息，如2跳范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)位置、天線屬性、發(fā)射功率等。
考慮到戰(zhàn)場(chǎng)中不同作戰(zhàn)單元存在全向天線、拋物面定向天線、相控陣電掃天線等差異，節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)過(guò)程還可做如下規(guī)定：（1）對(duì)于具有可生成全向波束能力的節(jié)點(diǎn)，采用全向發(fā)送和全向接收的方式廣播和接收hello消息；（2）對(duì)于只能定向發(fā)射和定向接收的節(jié)點(diǎn)，先通過(guò)掃描接收的方式接收hello消息，如果收到鄰節(jié)點(diǎn)hello消息，再向該節(jié)點(diǎn)定向發(fā)送自身hello消息，并始終跟蹤該鄰節(jié)點(diǎn)。
1.2 節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)
節(jié)點(diǎn)在短定時(shí)器內(nèi)周期性發(fā)送和接收hello消息，在長(zhǎng)定時(shí)器內(nèi)周期性執(zhí)行節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)。通過(guò)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)，RN節(jié)點(diǎn)將會(huì)把自己關(guān)聯(lián)到合適的BCN或BN節(jié)點(diǎn)；BCN節(jié)點(diǎn)將會(huì)把自己關(guān)聯(lián)到合適的BN節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)具體規(guī)則如下：
（1）對(duì)于RN節(jié)點(diǎn)RN1，將會(huì)搜索權(quán)重最大的鄰接BCN節(jié)點(diǎn)或者BN節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，該節(jié)點(diǎn)將作為其父節(jié)點(diǎn)在RN1的hello消息中指定。當(dāng)被指定為父節(jié)點(diǎn)的BCN或BN收到RN1的hello消息時(shí)，如果最大子節(jié)點(diǎn)數(shù)沒(méi)有超過(guò)其負(fù)載能力，則將RN1加入其子節(jié)點(diǎn)列表。如果超過(guò)，則應(yīng)拒絕RN1接入。RN1收到拒絕接入的消息后將自動(dòng)尋找權(quán)重次大的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行接入。
（2）對(duì)于BCN節(jié)點(diǎn)BCN1，當(dāng)其一跳鄰居存在BN節(jié)點(diǎn)時(shí)，將會(huì)搜索權(quán)重最大的BN進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
（3）對(duì)于BCN節(jié)點(diǎn)BCN2，當(dāng)其一跳內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)不存在BN節(jié)點(diǎn)時(shí)，將會(huì)搜索權(quán)重最大、且沒(méi)有關(guān)聯(lián)BN的鄰接BCN節(jié)點(diǎn)（包括自己）進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
通過(guò)規(guī)則（1），負(fù)載過(guò)多的BCN/BN節(jié)點(diǎn)將拒絕新節(jié)點(diǎn)接入，RN節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)尋找其他BCN和BN節(jié)點(diǎn)接入，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡。
節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)之后，RN及其關(guān)聯(lián)的父節(jié)點(diǎn)自動(dòng)形成了ANet，而BANet和BNet還要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換算法才能確定
1.3 節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換
經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)之后，BN節(jié)點(diǎn)和BCN節(jié)點(diǎn)將執(zhí)行BN和BCN之間的相互轉(zhuǎn)化算法。 BCN-BN轉(zhuǎn)換算法就是BCN節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身和周邊鄰接節(jié)點(diǎn)的連接情況轉(zhuǎn)化為BN節(jié)點(diǎn)的過(guò)程。隨著BN節(jié)點(diǎn)的生成，由BN節(jié)點(diǎn)組成的BNet也自動(dòng)生成；BN-BCN轉(zhuǎn)換算法就是BN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為BCN節(jié)點(diǎn)的過(guò)程。BN-BCN轉(zhuǎn)換算法是為了保證在節(jié)點(diǎn)間信息可達(dá)的前提下，盡量減少BNet的規(guī)模，降低控制信息的開銷，便于網(wǎng)絡(luò)管理。轉(zhuǎn)換算法中，BN或BCN節(jié)點(diǎn)只需根據(jù)自身的鄰節(jié)點(diǎn)情況，就可以判斷自己是否進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
1.3.1 BCN-BN轉(zhuǎn)換算法
經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，BCN節(jié)點(diǎn)（設(shè)為BCN1）可以獲得包括RN、BCN、BN節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的鄰節(jié)點(diǎn)列表信息，當(dāng)以下條件之一滿足時(shí)BCN1將會(huì)把自己轉(zhuǎn)換成BN節(jié)點(diǎn)：
（1）當(dāng)其鄰節(jié)點(diǎn)列表中存在不與BN鄰接的RN節(jié)點(diǎn)時(shí)；
（2）下列三個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)：
BCN1沒(méi)有關(guān)聯(lián)；
BCN1至少有一個(gè)沒(méi)有關(guān)聯(lián)的鄰接BCN節(jié)點(diǎn)；
BCN1在其鄰接的BCN節(jié)點(diǎn)中具有最高的權(quán)值。
（3）BCN1存在兩個(gè)不相鄰的臨接BN節(jié)點(diǎn)BN1和BN2且BN1和BN2之間無(wú)連通的路徑；
（4）BCN1被其他BCN節(jié)點(diǎn)指定為父節(jié)點(diǎn)。
條件1是為了將孤立的RN節(jié)點(diǎn)接入骨干網(wǎng)中；條件2是為了保證最合適的BCN節(jié)點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)化；條件3是為了保證BNet的連通性；條件4是為了將鄰居BCN節(jié)點(diǎn)接入到BNet中。
1.3.2 BN-BCN轉(zhuǎn)換算法
經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，BN節(jié)點(diǎn)（設(shè)為BN1）可以獲得包括RN、BCN、BN節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的鄰節(jié)點(diǎn)列表信息，當(dāng)以下條件同時(shí)滿足時(shí)，BN1將決定把自己轉(zhuǎn)換成BCN節(jié)點(diǎn)（但是否真正轉(zhuǎn)換還需要后面的步驟）：
（1）BN1的每個(gè)鄰居RN節(jié)點(diǎn)除BN1外至少與一個(gè)BN節(jié)點(diǎn)相鄰；
（2）BN1至少與一個(gè)BN節(jié)點(diǎn)相鄰；
（3）BN1的每個(gè)鄰居BCN節(jié)點(diǎn)除BN1外至少與一個(gè)BN節(jié)點(diǎn)相鄰；
（4）對(duì)于BN1的任意一對(duì)BN鄰居節(jié)點(diǎn)BN2、BN3，當(dāng)BN1轉(zhuǎn)換成BCN后，仍存在鄰接關(guān)系。
條件1是為了保證BN節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)換為BCN節(jié)點(diǎn)后其子節(jié)點(diǎn)不會(huì)丟失入網(wǎng)；條件2是將多余的BN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為BCN節(jié)點(diǎn)；條件3是為了保證BN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為BCN節(jié)點(diǎn)后不會(huì)脫離BNet；條件4是為了保證BN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為BCN節(jié)點(diǎn)后BNet仍保持連通。通過(guò)這4個(gè)條件就可以保證在盡可能地將BCN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為BN節(jié)點(diǎn)的同時(shí)保持骨干網(wǎng)絡(luò)的連通性。
為了防止兩個(gè)互連的BN節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)同時(shí)轉(zhuǎn)換成BCN節(jié)點(diǎn)的情況，本算法在轉(zhuǎn)換之前先向鄰居BN節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)Alert消息，告知自己將會(huì)轉(zhuǎn)換成BCN節(jié)點(diǎn)，同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)延時(shí)轉(zhuǎn)換定時(shí)器Timer。如果Timer到期都未收到鄰居BN節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)消息，或者在Timer到期前收到鄰居BN回復(fù)的確認(rèn)消息表明自己可以轉(zhuǎn)換時(shí)，就將自己轉(zhuǎn)為BCN節(jié)點(diǎn)，否則就不轉(zhuǎn)換成BCN節(jié)點(diǎn)。
2 仿真示例及結(jié)果分析
2.1 拓?fù)渖伤惴ㄊ纠?/p>
以下首先將以十個(gè)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)錇槔龑?duì)分布式空中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖伤惴ǖ娜齻€(gè)步驟進(jìn)行描述。網(wǎng)絡(luò)初始拓?fù)淙鐖D2所示，節(jié)點(diǎn)通過(guò)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)過(guò)程可以獲得自己一跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)信息。節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)關(guān)聯(lián)算法之后可以得到如圖3所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中每個(gè)RN節(jié)點(diǎn)將自己關(guān)聯(lián)到合適的BCN或BN節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)生成了ANet子網(wǎng)；每個(gè)BCN節(jié)點(diǎn)將自己關(guān)聯(lián)到合適的BN節(jié)點(diǎn)，但尚未形成BANet、BNet子網(wǎng)。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換算法之后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D4所示。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換算法之后，部分BCN節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為了BN節(jié)點(diǎn)，從而生成了BANet、BNet子網(wǎng)。
圖2 初始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>
圖3 關(guān)聯(lián)算法后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>
圖4 轉(zhuǎn)換算法后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>
2.2 仿真結(jié)果及分析
為了反映本算法生成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)劣性，通過(guò)Qualnet網(wǎng)絡(luò)仿真軟件進(jìn)行了仿真。仿真場(chǎng)景為30km*30km范圍內(nèi)隨機(jī)分布的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為10、20、30、40、50個(gè)，BCN節(jié)點(diǎn)分別為4、6、9、11、13個(gè)，RN節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為6、14、21、29、37個(gè)。
QualNet首先模擬節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)過(guò)程，并通過(guò)本文的關(guān)聯(lián)和轉(zhuǎn)發(fā)算法生成一個(gè)三層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后按照生成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，最后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)在全網(wǎng)共享的平均時(shí)延。根據(jù)平均時(shí)延判定算法生成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是否有效。仿真中假設(shè)網(wǎng)絡(luò)采用TDMA方式工作，因此平均時(shí)延可以用時(shí)隙數(shù)表示。我們定義網(wǎng)絡(luò)平均共享時(shí)延為各節(jié)點(diǎn)收到其他節(jié)點(diǎn)信息所需時(shí)隙數(shù)的均值。
圖5 Qualnet仿真場(chǎng)景圖
仿真得到不同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模下的平均共享時(shí)延如圖6所示。
圖6 平均信息共享時(shí)延統(tǒng)計(jì)表
可以看到，按照本文算法得到的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔蚕硇畔ⅲW(wǎng)絡(luò)平均共享時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)成線性關(guān)系。通過(guò)該表數(shù)據(jù)可以預(yù)計(jì)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)增加到100個(gè)時(shí)的平均共享時(shí)延將處于45-60個(gè)時(shí)隙之間。設(shè)每個(gè)時(shí)隙的時(shí)長(zhǎng)為5ms，即100個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)的平均信息共享時(shí)延處于225ms～300ms之間。當(dāng)這樣的網(wǎng)絡(luò)作為無(wú)線骨干網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以滿足節(jié)點(diǎn)接入、路由等通信需求，證明本空中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖伤惴ㄊ怯行У摹?/p>
3 結(jié)束語(yǔ)
本文提出了一種分布式空中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖伤惴?，通過(guò)分布式局部信息廣播、節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)生成等步驟，可以生成層次化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果表明，利用本算法獲得的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)共享信息時(shí)，平均共享時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模成平穩(wěn)的線性關(guān)系，可滿足作為無(wú)線骨干網(wǎng)絡(luò)的傳輸需求。本算法為拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化較快的空中網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)提供了一種思路，具有一定的應(yīng)用前景。
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作者簡(jiǎn)介：張淼（1988.02-），男，四川人，工學(xué)學(xué)士，研究方向：無(wú)線通信；周金榮（1965.09-），男，湖北人，研究方向：研究員，無(wú)線通信；史海濱（1975-），男，湖北人，博士，研究方向：無(wú)線通信；姜凌（1987.11-），碩士，工程師，研究方向：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。
作者單位：中船重工第七二二研究所，武漢 430079
