基于内容的大规模无线网络容量研究

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近年来,随着无线通信技术的高速发展,大规模无线自组织网络因为其无中心、自组织、多跳路由等特点,被广泛地应用于环境监测、军事行动、灾后重建等领域。无线自组织网络的巨大潜力因其网络规模的扩大受到了限制,因此无线自组织网络的容量问题受到了国内外研究者的广泛关注。研究无线自组织网络的容量限并给出在具体的路由和调度策略下的可达网络容量对于设计无线自组织网络架构和充分挖掘无线自组织网络的潜力具有指导意义。本文主要考虑基于内容的大规模无线网络容量问题,分析了不同传输模式下的网络容量界并给出了具体的路由和调度策略下的可达网络容量界。针对基于内容的大规模混合无线静态网络单播传输,本文研究了当网络中的用户(节点)均装备有本地高速缓存保存网络中的内容对象,并且网络中的用户旨在访问目标内容对象而不是保持源-目节点通信的情况下,内容中心混合无线网络在不同的内容访问方案下的网络容量问题。内容缓存技术可以有效地提高网络中内容获取的能力,并且能够减少内容终端的负载,降低访问时延以及提高网络容量。本文主要基于内容缓存技术和基站对网络容量提升,分别提出了同构内容访问方案和异构内容访问方案以及可以相互切换的混合传输模式。在同构内容访问方案下,网络中的内容被等概率的访问和缓存;在异构内容访问方案下,网络中每个内容被缓存的概率各不相同以及被访问的概率遵循内容分布热度规律。最后我们分别给出了在两种不同内容访问方案下的混合无线网络容量的渐近闭式表达式,分析了网络容量与节点的本地缓存大小、网络中内容数量、基站的数量、内容被缓存概率、内容分布热度规律之间的函数变化关系。针对基于内容的大规模无线自组织网络多播传输,本文研究了在内容中心等级路由策略下的多播容量上界。分别得到了在同构内容访问方案下和在异构内容访问方案下基于内容中心等级路由策略的多播容量上界。分析了多播容量上界与节点的本地缓存大小、网络中内容的数量、内容被缓存概率、内容分布热度规律之间的函数变换关系。最后基于在本文中得到的结论与已存在调度策略和路由方案下的无线网络容量作了比较与分析。
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