受限连通无线移动通信网的最大网络流快速跟踪模型毕业设计论文

受限连通无线移动通信网的最大网络流快速跟踪模型毕业论文 题目:受限连通无线移动通信网的最大网络流快速跟踪模型 学 生 姓 名: 学号: 学 部 (系): 专 业 年 级: 指 导 教 师: 职称或学位: 2015年5月20日 文华学院毕业设计(论文) 受限连通无线移动通信网的最大网络流快速跟踪模型 摘 要 网络最大流的问题在科技和工程等领域应用广泛，很多线性的实际问题都能够转化为网络最大流的模型来解答，和很多线性相关的问题密切联系，开辟了图论应用的新方向。伴随着交通、电力、物流等大规模发展和计算机技术的广泛应用，我们对最大流问题的研究越来越深入，很多理论被完善的建立，一系列算法被提出。固定移动网络进行融合是网络发展的必然趋势,而研究保持移动融合网的连通性是很有必要的，本文基于随机几何图理论，研究保持移动融合网连通性最优化的方法，基于网络最大流理论，快速跟踪信道和网络的变化。 网络整体概率连通性是研究通信网络抗毁性及可靠性的一个重要测度大部分网络抗毁性和可靠性的研究工作都需要计算该测度。怎样有效计算网络概率连通性一直是通信网抗毁性研究中的一个重大问题。概率连通性指构成网络的部件在以一定概率失效的情况下整个通信网络依然保持连通的概率。它的计算通常要归结为推导网络的每个可能的状态这一问惩已被证明是一个NP困难问题，现有的算法如factoring算法Buzaco算法算量都很大，只能分析中小规模网络。文献[2]提出的多边形化简方法把罔络化简成一个包含较少节点和链路的等效网络，然而这种化简的目的是减小等效网络的状态空间，最终仍然需要计算等效网络的连通概率。 基于网络最大流理论,一种新型的多级状态空问分解和与之相应的生成子事件的概率计算方法在本文提出，运用了一种计算网络概率连通性的新型迭代算法 关键词:泊松点分布;随机几何图理论;连通性;网络最大流理论;信道跟踪 1 文华学院毕业设计(论文) A fast tracking model for the maximum network flow in constrained connected mobile communication networks Abstract Maximum flow problem of networks is widely used in the fields of science and engineering, many linear programming problems can transformed to the solution of a model for the maximum flow of network, close the graph theory and linear programming problem, opened up a new way for application of graph theory. With the large-scale development of the transportation, electric power, logistics as well as the computer technology is widely used, people study of the maximum flow problem is more and more in-depth, and gradually establish a more perfect theory, this paper puts forward a series of algorithms. Fixed mobile network convergence is the inevitable trend of the development of the necessary, this paper based on the theory of geometric random graphs, of maintaining mobile convergence network connectivity optimization method, based on the maximum flow of network theory, the fast tracking channel and network changes. The probability of the whole network connectivity is the study of communication network survivability and reliability of an important measure most network survivability and reliability of the research work are required to compute the measure. How to calculate probability of network connectivity has been a major problem of survivability study in communication network. Probabilistic connectivity refers to the probability that the components of the network remain y attributed for network inference for each possible state ask this punishment has been shown is a NP hard problem, the existing algorithms such as factoring algorithm Buzaco algorithm calculate volume is very large, only analysis of the small and medium scale network. Literature [2] proposed the polygon simplification method the simplification of useless complex a contains fewer nodes and links of the equivalent network. However, this simplification is reducing the state space of the network equivalent, finally still need to calculate the probability of connectivity for the network equivalent. Based on maximum flow theory, a model of multi-level state space Q generated sub events of decomposition and the corresponding probability calculation method presented in this paper, using a computing network probabilistic connectivity a new iterative algorithm. Key Words: Poisson point distribution; random geometry graph theory; connectivity; maximum flow theory; channel tracking 2 文华学院毕业设计(论文) 目录 受限连通无线移动通信网的最大网络流快速跟踪模型 ........................................................ 1 摘 要 .......................................................................................................................................... 1 Abstract ..................................................................................................................................... 2 1.1研究背景 .............................................................................................................................. 4 1.2国内外研究现状 .......................................................................................................... 5 1.3全文篇章结构 ............................................................................................................... 6 第2章 系统模型 .................................................................................................................... 7 2.1 网络最大流算法 ......................................................................................................... 7 可行流 ................................................................................................................................. 7 可增广路 ............................................................................................................................. 7 ................................................................................................................................. 8 剩余图 剩余图的权值代表能沿边增广的大小 ............................................................................. 8 ............................................................................................................................................. 8 割切 ..................................................................................................................................... 8 流量算法的基本理论 ......................................................................................................... 9 2.2网络模型及假设 ......................................................................................................... 10 2.3 信道跟踪模型 ............................................................................................................ 12 第3章 系统仿真 .................................................................................................................... 14 3.1最大流算法仿真 ......................................................................................................... 14 3.2信道跟踪模型仿真 .............................................................................................. 15 .................................................................................................................................................. 16 图8第4章 结论 ................................................................................................................ 16 4.1全文研究结果及总结 ................................................................................................. 17 4.2未来研究展望 ............................................................................................................. 17 参考文献 .................................................................................................................................. 19 3 文华学院毕业设计(论文) 第1章 绪论 1.1研究背景 由于用户的快速增长，要不断的提升传输速率和应对新业务的出现，无线通信融合网向着高频谱利用率的走向发展。利用无线信道的多径传播多入多出的无线通信技开始出现，以信道的空间资源开发上为出发点，并且运用系统的空间特点和结合空时联合处理技术的能力来提高频谱利用率，是未来高速无线通信数据传输的关键技术之一。 针对MIMO无线信道的空时传播特点的研究对MIMO无线通信系统发展具有基础性与先导性的作用，哈尔滨工业大学的张张继良博士通过研究无线信道的特性得出了无线通信的时域统计特性。这种情况下的大偏差估计，分别是高密度情形下的大偏差估计、低密度情形下的大偏差估计和标度密度极限情况下的大偏差估计。 我们一般用比例法则来研究传送容量和网络参数之间的数量级关系,不过这种方法不能给出传送容量和网络参数之间的准确的关系。因此，越来越多的人开始使用随机几何理论来研究无线移动网络的容量。把传输容量、空间进度密度和随机接入传送容量作为研究目标,来研究不同的功率控制策略、RX选择策略、保护区域、有效传输区域和重叠网络等因素对网络容量的影响网络连通性是组网与路由研究的前提和基础，无线融合网是一种新型网络，与传统蜂窝网不一样，它的特点是并不需要集中控制设施，并且组网灵活。使得无线融合网的网络越来越受到人们的广泛关注。这个网络中所有节点是等地位的，拓扑结构很灵活并且随时变化，所以，网络的物理连通性显得很重要，它是Ad Hoc网络上层设计的基础与保证。本文基于随机几何和图论，对移动无线网络的连通性进行了研究与和分析。基于随机几何中的泊松点过程理论来建立了无线通信网络的节点分布模型。对于一维无线通信网络，在圆盘模型下分析比较网络连通性。接下来运用随机几何图论的深度优先割点搜索算法，研究基于信号强度的将1-连通网络转为2-连通网络的节点移动算法问题，得到网络2-连通的概率闭合式，并通过仿真分析2-连通性能。对于二维Ad Hoc网络，在Nakagami-m信道模型下，基于图论，从孤立节点的定义出发，以信噪比为节点成功通信条件，推导了网络没有孤立节点的概率。并且仿真证明了理论推导的正确性，同时分析了网络连通性能，最后得到了影响网络连通性的关键因素。 网络最大流的问题在科技和工程等领域应用广泛，很多线性规划的实际问题都能够转化为网络最大流的模型来解答，和很多线性相关的问题密切联系，开辟了图论应用的新方向。伴随着交通、电力、物流等大规模发展和计算机技术的广泛应用，我们对最大流问题的研究越来越深入，很多理论被完善的建立，一系列算法被提出。 4 文华学院毕业设计(论文)本文主要研究现有的求解网络最大流算法存在的步骤繁复、计算量大、由于增广链选择的顺序不准确而无法得到理想中的最大流等问题，主要做了以下工作:提出了一种基于深度优先的网络最大流的算法，该算法的基本思想就是利用分层网络的概念和DFS原理，并且加入了终止符的概念，在一个网络图上就可以完成求解最大流的整个过程，改进后的方法有效的提高了算法的效率，最后通过具体实例验证了该方法的性能与实用性。 在信道跟踪方面上，运用了贝叶斯预测技术,提出了一种实用的时变无线信道模型[4]。在这个基础上运用粒子滤波技术强大的随机搜索能力,给出了一种稳健的无线信道跟踪。和目前已存在的各种追踪方案相比,这种方案不需要知道精确的信道统计特性并能有效地降低静态低阶AR过程的建模误差。 研究移动通信网的连通性是很有必要的，为了保持数据从驻留在第一台移动计算机中的第一个应用程序到驻留在第二台计算机中的第二个应用程序的连通性和同步的一种方法，其中，在数据通信网络上传输数据，该数据通信网络包括多个固定的访问点，在所述第一台移动计算机中确定第一台移动计算机与第二台计算机之间的通信已受到阻碍，并确定应该尝试与一个不同的访问点联合或使用一个不同的无线电信道，以便继续通信;当建立新的链接时，存储和排列消息;在各台计算机中的第一个虚拟套接字与第二个虚拟套接字之间重新建立链接，以便继续分别在第一台计算机和第二台计算机中的第一个应用程序与第二个应用程序之间的通话。 1.2国内外研究现状 正如上文所提到的，随着极端气候和全球变暖等问题愈来愈备受关注，绿色通信的概念和绿色技术的相继出现[1]，国内外的研究表明无线移动通信系统已经产生了可观的温室气体，在能源消耗日趋紧张的今天，有关通信领域的能耗问题已经引起世界范围内的广泛关注。 就国外而言，国外在通信方面的研究历史比国内的早，很多领域的研究是领先于国内的。例如电气和电子工程师协会(IEEE)所研究的内容均是处于世界的最顶端，欧盟第七研发框架(FP7)项目、Mobile VCE-Core 5的绿色无线电项目文献[2]均是研究绿色通信的前沿，英国皇家工程院的一名教授基于绿色无线通信系统的设计提出了 5 文华学院毕业设计(论文)b/TENU功率效率的概念[3]。 就国内而言，中国是世界上最大移动通信市场所在地，这为移动通信的研发提供了很好的平台，也为移动通信的产业化提供了潜在的机遇。在移动通信方面，北京海淀区的高校云集，具有很强的科研实力;中关村内通信方面的研究人员更是人才济济;在武汉市光谷地区也是在致力于打造成中国的硅谷;烽火通信以及三大电信运营商等一系列的高科技企业，特别是中国移动公司的C-RAN计划在无线通信方面的研究在国内也是占据领先位置。此外，华为、中兴、大唐等企业近年来在无线通信方面所取得的成绩也是颇为不俗。这些高校、企业在通信方面的研究正在逐渐的成为引领世界的潮流。 1.3全文篇章结构 本文研究的课题是受限连通无线移动通信网的最大网络流快速跟踪模型，全文主要是分为四个章节来加以论述。接下来的三个章节安排如下: 第二章是系统模型，全章分为三个部分。第一部分建立蜂窝网中单小区结构模型，确定单小区中基站、中继以及中继的覆盖范围之间的关系;第二部分在单小区的基础上建立跨小区多跳结构模型，并给出了多种典型的传输方式;第三部分是根据多种不同的传输方式建立多中继节点的系统模型，并在已有的基础上提出了跨小区多跳协作中继的选择方案。全章的重点是后面两个部分。 第三章是系统仿真，全章分为两个部分。第一个部分是算法仿真设置，主要是对算法中的一些参数进行设置。第二部分是算法仿真结果及性能分析，分析仿真结果并得出结论。 第四章是对全文研究结果作陈述和总结,以及对未来研究的展望。 6 文华学院毕业设计(论文) 第2章 系统模型 2.1 网络最大流算法 现在想将一些物资从S运抵T，必须经过一些中转站。连接中转站的是公路，每条公路都有最大运载量。每条弧代表一条公路，弧上的数表示该公路的最大运载量。最多能将多少货物从S运抵T, 这是一个典型的网络流模型。为了解答此题，我们先了解网编流的有关定义和概论。 若有向图G=(V,E)满足下列条件: 1.有且仅有一个顶点S，它的入度为零，即d-(S)=0，这个顶点S便称为源点，或称为发点。 2.有且仅有一个顶点T，它的出度为零，即d+(T)=0，这个顶点T便称为汇点，或称为收点。 3.每一条弧都有非负数，叫做这条边的容量。边(vi,vj)的容量用cij表示。 则称之为网络流图，记为G=(V,E,C)。 可行流 对于网络流图G，每一条弧(i,j)都给定一个非负数fij，这一组数满足下列三条件时de 称为这网络的可行流，用f表示它。 1.每一条弧(i,j)都有fij为饱和弧;否则称为非饱和弧。若fij=0，称为零流弧;否则称为非零流弧。 先定义一条道路P，起点是S，终点是T。把P上所有与P方向一致的弧定义为正向弧，正向弧的全体记为P+;把P上所有与P方向相悖的弧定义为反向孤，反向弧的全体记为P-。 譬如在图中，P={S,V1,V2,V4,T}，那么P+={,,,}，P-={} 7 文华学院毕业设计(论文) 给定一个可行流f，P是从S到T的一条道路，如果满足:fij是非饱和流，并且? P+，fij是非零流，并且?P-，那么就称P是f的一条可增广路。之所以称作“可增广”，是因为可改进路上弧的流量通过一定的规则修改，可以令整个流量放大。 剩余图 剩余图G’=(V,E’)，流量网络=(V,E)中，对于任意一条边(a,b)，若 flow(a,b)0，则(a,b)?E’。(可以沿着aàb方向增广。 剩余图的权值代表能沿边增广的大小 图1 有向图和剩余图 割切 G={V,E,C}是已知的网络流图，设U是V的一个子集，W=V\U，满足S?U，T?W。即U、W把V分成两个不相交的集合，且源点和汇点分属不同的集合。 对于弧尾在U，弧头在W的弧所构成的集合称之为割切，用(U,W)表示。把割切(U,W)中所有弧的容量之和叫做此割切的容量，记为C(U,W)，即: C(U,W)=C1+C2+C3+……+CN 切割示例 8 文华学院毕业设计(论文) 图2 切割示例 流量算法的基本理论 定理1:对于已知的网络流图，设任意一可行流为f，任意一割切为(U,W)，必有:V(f)毕业论文

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