基于路径的加权地域通信网可靠性研究

论文摘要

21世纪以来,随着信息技术的飞速发展,人类社会加快了网络化进程。从Internet到www,从交通网络到通信网络,从电力网络到物流网络……可以说,我们被网络包围,几乎所有的复杂系统都可以抽象成网络模型,这些网络往往有着大量的节点,节点之间有着复杂的连接关系,网络已成为人们生产、生活中不可缺少的一部分。随着网络研究的兴起,作为网络最重要的研究问题之一,网络可靠性研究的重大理论意义和应用价值也日益凸显出来。网络可靠性的研究随着通信网络、电力网络以及交通网络等的蓬勃发展,逐步成熟。特别是近几年来,网络的定性与定量特征的科学理解已成为网络时代科学研究中一个极其重要的挑战课题甚至被称为“网络的新科学”。本文以地域通信网为研究背景,理论结合实际,以复杂网络理论为指导,综合运用图论、概率论、数理统计、模糊数学、计算机仿真等多学科领域知识,从路径的角度出发,整理总结了基于路径的地域通信网可靠性研究现状,介绍了地域通信网的结构及其特点,并对其优缺点进行分析总结,深入研究了加权二态网络、加权多状态网络端端可靠性的建模,分析及应用。论文的主要研究工作及创新点如下:1、建立了基于路径的多约束条件下的加权地域通信网络端端可靠性模型。针对传统算法考虑因素不足及算法效率低的现状,本文综合考虑地域通信网网络部件上的容量、时延、可靠度等权重,考虑网络中传输的数据流以及作战过程中任务需要和作战用户需求,并将这些约束条件分为瞬时权约束、累加和权约束和累加积权约束,通过改进节点遍历法,将满足三种权值约束的有效端端最小路集输出,通过BDD(Binary Decision Diagram)不交化求出网络端端可靠度。2、建立了基于路径的多状态加权地域通信网络端端可靠性模型。针对地域通信网络是一个典型的多状态网络的现实情况,本文考虑未来作战对通信网络时效性的高要求,研究k路径分包传输数据的多状态网络端端可靠度计算方法,假设只有网络边的容量为多状态,通过时间约束条件将约束转化到对容量的约束,从而计算出满足约束条件的容量下界向量,最后通过不交化原理计算多状态网络的端端可靠度。3、分析了地域通信网络的结构特性和可靠性通过科学、合理的作战想定以及网络想定,构建符合实际作战情况的地域通信网络。分析了该网络平均最短路长、效率、积聚系数、度分布以及节点重要度等统计描述属性,结果表明该地域通信网络互通程度高,各节点间既有直达路由,又有迂回路由,“通行能力”较强。首次将加权、多状态网络模型应用到地域通信网络可靠性研究中,仿真结果表明随着约束条件的加强,网络端端的有效最小路集将减少,相应的网络可靠度随着降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景和意义
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 基于路径的网络可靠性研究现状
• 1.3.2 基于路径的加权地域通信网可靠性研究
• 1.3.3 基于路径的多状态网络可靠性研究
• 1.3.4 存在的主要问题
• 1.4 论文主要工作
• 1.4.1 研究思路
• 1.4.2 主要创新点
• 1.4.3 论文组织结构
• 第二章 地域通信网概述及其模型
• 2.1 地域通信网概念及其发展
• 2.1.1 地域通信网的定义
• 2.1.2 地域通信网的发展沿革
• 2.2 地域通信网的结构特点
• 2.2.1 地域通信网的结构组成
• 2.2.2 地域通信网的特点分析
• 2.3 地域通信网模型
• 2.3.1 以干线节点为主的组网网络模型
• 2.3.2 混合组网网络模型
• 2.3.3 用户节点自组网网络模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于路径的加权二状态网络可靠性建模与分析
• 3.1 加权地域通信网权值属性研究
• 3.1.1 网络单元权值分析
• 3.1.2 网络权值分类
• 3.2 算法理论基础
• 3.2.1 最小路集求法
• 3.2.2 最小路集的不交化方法
• 3.3 考虑容量、时间以及可靠度约束的网络端端可靠度计算
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 相关概念及基本假设
• 3.3.3 问题描述及算法思想
• 3.3.4 算法参数说明与流程图
• 3.3.5 算法步骤
• 3.4 算例
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于路径的加权多状态网络可靠性建模与分析
• 4.1 多状态网络的分类
• 4.1.1 边多状态网络
• 4.1.2 点多状态网络
• 4.1.3 流多状态网络
• 4.2 算法理论基础
• 4.3 考虑时间约束的多状态网络端端可靠度计算
• 4.3.1 引言
• 4.3.2 相关概念及基本假设
• 4.3.3 问题描述及算法思想
• 4.3.4 算法参数说明
• 4.3.5 算法步骤
• 4.4 算例
• 4.5 本章小结
• 第五章 应用实例
• 5.1 案例想定
• 5.1.1 作战想定
• 5.1.2 网络想定
• 5.2 结果分析
• 5.2.1 网络拓扑结构分析
• 5.2.2 网络可靠性分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 论文主要工作
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果