网络中继（精选十篇）
网络中继 篇1
在无线通信网络中引入中继技术能够有效克服无线信道的衰落,提高通信的可靠性,增大通信覆盖范围。单向中继工作在半双工模式,带来了频谱效率的损失[1]。而全双工中继系统[2]虽然可以弥补这一损失,但又给系统中自干扰的消除带来困难。Boris Rankov等在文献[3,4]中提出了双向中继,有效地解决这一矛盾,并得到了广泛关注,成为研究的热点。AF双向中继具有实现简单和频谱效率高等优势。因此,研究AF双向中继网络,对于有多个可选中继的双向中继系统来说,进行中继选择是提升系统性能的有效途径。
1系统模型
考虑AF双向中继系统:包括一个用户对U1和U2;以及n个可选的中继节点Ri,i=1,2,…,n。系统模型如图1所示。hi,gi分别代表从用户U1和U2到第i个中继Ri间的链路信道系数。所有节点只装备一对收发天线;假定在一帧内信道保持不变,并且不同帧的信道是相互独立的;用户节点有所有链路的CSI(Channel State Information),中继节点有自身CSI。用户U1和U2的发送功率分别为p1,p2;中继Ri的发送功率为Qi。 同时,假设从用户U1和U2与中继节点Ri之间的上下行链路信道系数具有互易性;且用户U1和U2之间无直传路径存在。
用户U1和U2在中继的协助下完成信息的交互。考虑只有一个中继被选中参与协作,在AF模式下,一次信息交互过程在2个时隙内完成。在第1个时隙(如图1(a)所示),U1,U2同时向所有中继广播各自的信息x1,x2,那么,在中继Ri处接收到信号为y3:
undefined。 (1)
式中,n3～CN(0,σundefined)为中继处的加性复高斯白噪声。在第2个时隙(如图1(b所示)),中继Ri将接收到的信号y3乘以一个放大系数Gi,该放大系数设置为Ri处的功率归一化系数,如式(2)所示。然后向U1,U2广播:
undefined。 (2)
在U1,U2处接收到的信号为y1,y2:
undefined, (3)
undefined。 (4)
式中,n1～CN(0,σundefined),n2～CN(0,σundefined)分别为用户U1,U2处的加性复高斯白噪声。由于U1知道X1的信息,U2知道X2的信息,式(3)中的第1项和式(4)中的第2项可以经过干扰自消除去掉,得
undefined, (5)
undefined。 (6)
将式(2)代入式(5),式(6)后,可以计算使用中继Ri进行协作时U1和U2处端到端的接收信噪比分别为:
SNR1 =undefined, (7)
SNR2=undefined。 (8)
根据式(7)和式(8)可以得到链路U2→U1和链路U1→U2的可达速率:
Rundefined=undefined, Rundefined=undefined。
得到双向中继的总速率为:Rundefined=Rundefined+Rundefined。
2中继选择策略
考虑在高信噪比情况下,并假设σundefined=σundefined=σ23=1;系统总发送功率为pt;p1=p2=p;θi=(p+Qi)p:θi是一个大于1的正数,θi越大说明总功率中分配给选中的那个中继的功率的比例就越高。此总速率近似为:
Rundefined≈undefined=
undefined。 (9)
观察式(9),除了分母中的第2项外,均可以用两跳链路的信道增益乘积,即undefined表示。讨论分母中第2项有:
undefined。 (10)
观察式(10),当undefined和undefined之间的差距不大时,不等式两边的差距也不大。所以考虑在AF双向中继网络中结合门限做法:在中继Ri处将undefined和undefined同时大于一定门限值的中继选中,建立可靠候选集。在此可靠候选集中,即同时保证了两跳链路增益都优于门限;又使得undefined和undefined的差距不会很大,即式(9)分母中的第2项也可以由undefined近似表示,从而说明两跳链路的信道增益乘积undefined可以用于表示总速率性能。接着,就可以在可靠候选集中通过选择undefined最大的那个为最佳中继。
如上所述,MRS中继选择策略分成2个步骤来进行:
步骤1:设置中继节点处的接收信噪比门限为γth。对于链路U1→Ri,U2→Ri的链路质量由中继Ri处的接收信噪比表示,分别为:undefined,undefined。将这2个接收信噪比分别与给定门限进行比较,同时满足:undefined的中继将首先被选中,建立可靠候选集ψ(R)。该可靠候选集同时保证了链路U1→Ri以及U2→Ri的链路质量在预设门限之上。选择合适的门限:使可靠候选集既能起到筛选作用,又尽量避免是空集。需要注意的是,当信道情况较差时,即便对于合理门限,这个可靠候选集可能是空集。这时,可以考虑将可靠候选集定义为全部可选集。
步骤2:在可靠候选集ψ(R)的基础上进行undefined选择策略。
3仿真分析
考虑一维线性双向中继模型,可选中继个数n=10,信道模型为:
undefined,undefined。
式中,d为中继处到用户U1的归一化距离;v1,v2分别是均值为0,方差为1的循环对称复高斯随机变量,即v1～CN(0,1),v2～CN(0,1);α为路径损耗因子,选取α=3。假设σundefined=σundefined=σundefined=1。同时,选择γth=30。对于此模型,中继位置位于2个用户节点的中间时,总可达速率最大[7],因此在仿真中,中继均放置在2个用户节点的中间位置。
考虑4种不同的策略:① 随机中继选择RRS(Random Relay Selection);② Best_Worse策略(BWRS)[6];③ 双向中继选择(BRS)[7];④ 提出MRS策略。为了保证比较的公平性,在多种功率分配场景下对4种中继选择策略做比较。首先在平均功率分配情况下,比较不同中继选择策略的总速率,如图2(a)所示。可以看出在平均功率分配时MRS与BWRS有非常接近的性能;较BRS性能有提升;且明显优于RRS。其次,在中继和两用户分配一半总功率的情况下,不同中继选择策略总速率比较如图2(b)所示。从图2(b)中可知MRS与BWRS有非常接近的性能;较BRS性能有提升;且明显优于RRS。
不同中继选择策略总速率比较如图3所示。可以看出MRS与BWRS有非常接近的性能;较BRS性能有提升;且明显优于RRS。
而MRS策略在以上3种不同功率分配情况时的总速率对比如图4所示。从图4中可知,中继和用户各占一半的的功率分配策略性能最好,基于凸优化的功率分配策略较平均功率分配没有明显提升。原因是:其考虑到了功率分配实现时的公平性,即给信道增益差的链路分配更多的功率。
4结束语
重点关注了AF双向中继网络中的中继选择问题。首先在总速率和两跳信道增益乘积之间建立起联系;同时又考虑到为了能够同时保证两跳链路的链路质量在中继处引入了门限,从可选中继集中选择两跳链路质量都优于一定门限的中继建立可靠候选集;然后在可靠候选集中选择两跳信道增益乘积最大的中继为最优中继。仿真结果表明,提出的中继选择算法能够在同时保证两跳链路质量的前提下,提高AF双向中继网络的总速率。
摘要：通过高信噪比条件下AF双向中继网络总速率的近似表达,给出了链路增益乘积和系统总速率之间的关系式。基于此关系式提出一种最大化链路增益乘积中继选择算法(Maximum Relay Selection,MRS),在中继处引入门限,将链路质量超过门限的中继选出建立可靠候选集。在建立的可靠候选集中以两跳链路增益乘积最大化为标准,实现最佳中继选择。通过仿真将该中继选择算法与现有AF双向中继网络3种不同中继选择算法进行性能比较。仿真结果表明,该中继选择算法能在同时保证AF双向中继网络两跳链路质量的前提下,提高系统的总速率。
关键词：双向中继,放大转发,中继选择,高信噪比
参考文献
[1]LANEMAN J N,TSE D N C,WORNELL G W.CooperativeDiversity in Wireless Networks:Efficient Protocols and Out-age Behavior[J].IEEE Trans.Inform.Theory,2004,50(12):3062-3080.
[2] SHANNON C E.Two-way Communication Channels[C]∥California:Proc.4th Berkeley Symp.Math.Statist.Stat.Prob.,1961:611-644.
[3] RANKOV B,WITTNEBEN A.Spectral Efficient Signaling for Halfduplex Relay Networks[J].IEEE J.on Selected Areas in Commun.,2007,25(9):3 450-3 460.
[4] RANKOV B,WITTNEBEN A.Spectral Efficient Protocols for Halfduplex Fading Relay Channels[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications,2007,25(2):379-389.
[5] VERIA H N,GRAMI A.Optimal Distributed Beamforming for Two-Way Relay Networks[J].Signal Processing,IEEE Transactions on Digital Object Identifier,2010,58(3):1 238-1 250.
配置帧中继交换机网络知识 篇2
第2步:配置星型的帧中继环境
配置星型的帧中继环境的DLCI值分配如8-2所示，这里给出的是从1点(S1所连设备)到2点(S2和S3所连设备)的案例。
在此，我们给出完整的配置，见配置清单8-2。
配置清单8-2配置从1点到2点的星型帧中继环境
第1段：配置从1点到2点的帧中继环境
version 12.1
service timestamps debug uptime
service timestamps log uptime
no service password-encryption
!
hostname FR_Switch
ip subnet-zero
no ip domain-lookup
frame-relay switching
!
interface Serial0
no ip address
shutdown
!
interface Serial 1
no ip address
encapsiilation frame-relay
clockrate 64000
frame-relay lmi-type cisco
frame-relay intf-type dee
frame-relay route 102 interface Serial2 201
frame-relay route 103 interface SeriaB 301
!
interface Serial2
no ip address
encapsulation frame-relay
clockrate 64000
frame-relay lmi-type cisco
frame-relay intf-type dee
frame-relay route 201 interface Seriall 102
!
interface Serial3
no ip address
encapsulation frame-relay
clockrate 64000
frame-relay Imi-type cisco
frame-relay intf-type dee
frame-relay route 301 interface Seriall 103
!
line con 0
line aux 0
transport input all
line vty 04
login
!
end
第2段：查看有关信息
fR_Switch#sh fr route
Input Intf Input Dici Output Intf Output Dici Status
Serial1102Serial2 201 inactive
Serial1103Serial2 301 inactive
Serial2201Serial1 102 inactive
Serial3301Serial1 103 inactive
(1)在配置清单中，比第1步增加的内容有2项:
在S1接口的配置中加入了一条语句，即
frame-relay route 103 interface Serial3 301
使S1接口增加了1个DLCI值103，此DLCE与S3接口上的值为301的DLCI形成一个虚电路 (VC);
在S3接口上的配置与S2接口上类似，它定义了到S1接口DLCE 103的虚电路，
(2)show frame-relay route命令的执行结果表明配置是成功的。
(3)其他show命令的结果与第2步中的类似，不再重复列出。
(4)第2步实现了从S1接口所连设备到S2和S3接口所连设备的1点到2点(多点)的星型连接，这是帧中继的包交换特性之一。
第3步:配置全网状的帧中继环境
所谓全网状的帧中继环境，是指在这个帧中继拓扑中，任何两个节点间都存在一条虚电路，如果把各节点用直线两两一组连接起来，会形成一张网。对于有3个节点的全网状结构来说，连接起来形成的是一个三角形。
全网状拓扑的帧中继环境如图8-3所示，这是一个有3个节点的全网状拓扑环境。图中标出了每个接口上的DLCI值。
配置清单8-3是作为帧中继交换机的路由器配置中串行接口部分的配置，其余部分的配置与第2步相同，不再重复列出。
配置清单8-5 配置全网状的帧中继环境
第1段：配置全网状帧中继环境的配置清单节选
interface Serial0
no ip address
shutdown
!
interface Serial 1
no ip address
encapsulation frame-relay
dockrate 64000
frame-relay lmi-type cisco
frame-relay intf-type dee
frame-relay route 102 Interface Serial2 201
frame-relay route 103 interface SerialS 301
!
interface Serial2
no ip address
encapsulation frame-relay
clockrate 64000
frame-relay lmi-type cisco
frame-relay intf-type dee
frame-relay route 201 interface SeriaS1 102
frame-relay route 203 interface Serial3 302
!
interface Serial3
no ip address
encapsulation frame-relay
clockrate 64000
frame-relay Imi-type cisco
frame-relay intf-type dee
frame-relay route 301 interface Serial1 103
frame-relay route 302 interface Serial2 203
第2段：查看有关信息
FR_Switch#sh fr route
Input Intf Input Dici Output Intf Output Dici Status
Serial1102 Serial2 201 inactive
Serial1103 Serial3 301 inactive
Serial2201 Serial1 102 inactive
Serial2203 Serial3 302 inactive
SeriaS3301 Serial1 103 inactive
Serial3302 Serial2 203 inactive
FR_Switch#
(1)在配置帧中继全网状拓扑环境时，需要注意的是用Frame-relay route语句把所有可能的虚电路都进行设置，如清单中的S1到S2和S3。S2到S1和S3、S3到S1和S2共3个PVC，需6条语句来配置。
(2)show fr route命令列出的清单表明配置是成功的。
网络中继 篇3
关键词：网络编码；无线物联网；中继切换
随着电子电信技术的发展，基于网络编码的中继技术受到人们的广泛重视，以提高传输数据的安全性与速度，比如采用网络编码，在多址接入中继信道（Multiple Access Relay Channel，MARL）可以有效增加系统的分集增益，提高安全性。在将异或得到的比特看成一个单位比特的校验码的基础上，可以考虑一个联合网络和信道解码的方案，这样可以突破原有方案中没有足够多的先验信息等问题，通过接受以前的接收到的还没解码的数据包和复合包结合起来的一个单比特校验的乘机码，然后通过软信息迭代的方式进行解码，再在此基础上，引入多层中继圈的概念。而无线物联网是由多种无线网络组成的物联网高级形态，以下我们就来漫谈一下基于网络编码的无线物联网多中继协作切换机制。
1层次化网络编码（HNC）的切换机制
在无线物联网中，网络接入口有限，而且移动终端的漫游切换，需要依托于其他终端协作，才可以和网络接入点建立连接。为了改变这种情况，提出了一种基于网络层次化网络编码（HNC）的切换机制，通过建立位于不同网络层次的节点保持互相联系，直接建立移动终端与接入口的连接，且保证了切换连接的可靠性。
要知道传统切换机制对于移动性较大的多跳切换并不能很好的支持，切换率低下，常常出现切换失败的情况。而基于层次网络层次化网络编码，即HNC的切换机制，引入了多层中继圈的概念，改善传统切换机制中存在的冗余度高，性价比低，争取在成本与安全性之间达成平衡。HNC的基本思想是以移动终端为中心的多层中继圈，在此环境下引入网络编码，可以在维持一定成本下，大大提高协作通信的效果。与实际网络编码不同，HNC在不能在相同一层中继圈中流动，也不可反向流动，只能从高纬流向低纬，较过去更加安全。层次化网络编码不仅将传统实用编码上可靠性的优势发挥出来，而且通过网络层次的划分，控制了编码数据的传输方向。各种实验也已经证明了HNC机制可提高效率和传输的可靠性。
2多中继协作切换机制MRH机制
由于宽带物联网技术的发展与壮大，无线移动也不断升级，这就推动了无线物联网的快速发展。现阶段的多跳切换缺陷十分明显，接入物联网的移动终端必须适应各种异构无线网络和协议，才能保证传输数据的准确与及时，然而正是这样的频繁的切换连接，导致多跳的安全性大大降低，开销也水涨船高。这种既无成本优势，也无法使实时性得到保障的多跳切换已经不适应当前的局势。
针对上面在无线物联网中遇到的难题，我们提出一种可能的切换机制，来改善目前的情况，即HRM机制。HRM机制是一种基于网络编码的多种继切换机制，通过中继协作的方法，将移动终端同时注册到好多个漫游域上，建立到多个无线物联网的灵活，可靠连接。有效保证了多个无线物联网之间的平滑切换。该机制支持通过中继协作，建立到多个网点的切换连接，再次同时移动终端向多个网络点请求切换要求，这样即使在切换过程中某个链接切断，也不会导致信息需要重复发送，因为其他移动终端必然能维持剩下的切换连接。
3无线物联切换技术研究
作为无线通信技术的关键技术之一的切换技术，现如今已经有许多建议，大多在基于ahcays best connected上，提出各种基于传输层与应用层的切换方案，这样总是可以在旧线路被切断的情况下马上建立新连接，但这些切换会导致切换时延，不能有效准确快速的传输信息，所以Manoj等人提出的ahcays all connected构想，使用会话层的带宽聚集机制来得到更多的吞吐量和路径数目，保证实时性。这种切换主要运用于单跳窝蜂网，传统的切换方法不能运用于无线物联网，但在多中继的环境下引入网络编码就可以实现，这样既可以控制数据传输的数据包冗余度问题，又可提高传输的可靠性与实时性。在开销一定的情况下，大幅提高切换协作效率。
在仿真软件OMNet++4.0平台上进行模拟现实情况下的无线环境，对HRM机制进行测评，和传统多种继切换机制Takeover 进行对比。
4随机网络编码切换
随机网络编码使得分布式网络编码变得可能，是指在网络中的每一个节点在对所输入的数据信息进行编码的同时，可以随机地从特定的有限域中选择编码系数。可以增加在无线物联网中的保密性，这是由于网络中传输的信息，是在经过随机编码后的数据包而不是最初的数据包信息，这样就很难泄露。此外，随机网络编码具有非常好的鲁棒性，可以增加链路的成功率。同时，随机网络还可与Slepian-wolf编码相结合，实现分布式信源编码。但由于系数编码是随机选择的，可能由于在接收节点缺少足够的信息而导致无法恢复最初的数据。不过Ho等人在文章中已经证实，如果在一个非常大的有限域中去随机的选择编码系数，这样传输矩阵的秩很大程度上会趋近于满秩，样便可以恢复出原始数据。这样既不丢失原始数据，有可以增加在无线物联网中的切换安全性。
5无线物联网切换的广播特性
网络编码除却增加吞吐量外，还有网络安全性，均衡负荷，但是这些优点都有代价，即网络节点需要对接收到的信息进行缓存，进行一定的编码处理，会导致复杂度与时延度增加。由于这些特点，无线网络的推广研究就有许多方面，无线物联网，安全，能量等。现在大多数的协议通常只对无线信道进行设计，忽略了无线信道的广播特性。牵扯到网络中的多个节点，系统的安全性会有所降低，假设编码被泄露，监听网络就会多得到一个网络节点的信息。这样网络编码设计就必须考虑到安全性问题，必须选择高防备的网络编码来提高网络安全性，就此来说，根据无线物联网中的广播特性，各种抗击窃取资料，入侵网络的技术网络编码技术在网络安全领域的研究也已经展开。原来的思想认为电磁信号的叠加对接收机是相当不利的，网络编码技术就可以很好的利用广播信道的特点来提升吞吐量，增加无线物联的可靠性与信息容纳量。
6总结
综上所述，不管是HNC机制，或MRH机制，都大大提升了无线物联网中多中继协作机制的效用与实时性，且很好的控制了成本。MRH可以超越原来的单跳切换或者多跳切换算法，可以达到高速运动下的平滑切换。HNC则采用多层中继圈的思想，通过划分网络层次的方法，取得较好的可靠性。至于随机网络编码与无线物联网中的广播特性，同样也有助于无线物联网中信息传输的安全性与效率。
参考文献：
[1]黄辰,张伟,李可维.基于层次化网络编码的无线物联网协作切换机制[J].电子与信息学报,2013(1).
[2]李世唐.基于网络编码的协作通信技术研究[M].南京邮电大学,2011(11).
[3]陈丹.协作与认知无线通信网络中若干关键技术研究[M].北京邮电大学,2012(5).
基于有限域网络编码的中继选择方法 篇4
协作分集技术和网络编码技术作为2种能够提高无线通信系统性能的技术而被广泛深入研究。文献[1,2]的研究表明,通过在节点间共享发送数据和天线,能够显著改善系统的分集性能。而文献[3]的开创性研究表明,网络编码能够提高系统吞吐量。然而协作中继转发会占用额外的信道资源,导致系统资源利用率下降;而网络编码应用于无线通信中时,容易受到噪声、衰落和干扰的影响。鉴于2种技术的互补性,将其融合在一起,发挥各自的优势是目前网络编码协作通信的研究热点[4,5,6]。中继选择是另一种有效提高协作系统性能的途径,文献[7]最早研究了中继选择方法,提出最优中继的概念。文献[8]针对多个源的情况对最优中继的概念进行扩展,被选中继采用异或的网络编码方法进行协作。
为进一步提高系统的复用增益,提出一种基于有限域网络编码的自适应中继选择方法。该方法考虑采用频分多址接入方式的协作系统,以极大最小距离可分码作为有限域网络编码向量,同时进行中继选择,该方法既能够保持满分集增益又能够提高系统的复用增益。
1系统模型
1.1模型描述及网络编码过程
考虑如图1所示的K个源节点{S1,S2,…,SK}、M个中继节点{R1,R2,…,RM}和单个目的节点D0组成的无线协作网络。协作传输过程主要分为源广播数据阶段和中继协作转发阶段。在每个阶段所有发送节点采用频分多址方式同时传输,如图2所示。源广播数据时,K个源节点在正交频率信道上发送数据包θk=[bk1,bk2,…,bkW]T,数据包长W且元素取自Fq域;中继转发阶段,正确解码所有源发送数据的中继才进行网络编码转发。用Vm=[α1,m,α2,m,…,αK,m]表示第m个中继节点的网络编码向量,其中m=1,…,M,向量元素同样取自有限域Fq,若第m个中继参与编码转发,则该中继的编码数据包为Cm=∑αk,mθk,其中k=1,…,K。
传统的非中继选择网络编码协作方法,所有中继节点都试图参与协作。根据文献[6],这种传统的网络编码协作方法可以用如下网络编码矩阵表示:
式中,G为K列N行的矩阵,且N=K+M,G∈F
而进行中继选择的网络编码协作方法,不是所有中继节点都试图参与协作,只有被选择的中继才会试图解码源节点数据并进行网络编码转发。根据文献[6]矩阵G为极大最小距离可分码时能够获取满分集增益,因此系统仍采用极大最小距离可分码作为网络编码方法。
1.2信号传输过程及分集复用增益定义
发送节点首先对数据包进行信道编码和调制,然后利用各自信道在T个时隙内将数据发送完毕。以xi(t0)表示任意发送节点i在t0时刻的发送信号,那么节点j处的接收信号表示为:
式中,SNR为平均接收信噪比;噪声ni,j～CN(0,1);信道增益hi,j∈C是相互独立的零均值循环对称复高斯随机变量,并且有相同的方差1/β;信道增益在发送时间T内保持不变。
发送信号xi(t0)和接收信号yi,j(t0)之间的互信息量为Ii,j=lg(1+|hi,j|2SNR)。链路尝试以速率R进行传输,链路的中断概率为P0=Pr{Ii,j<R}=Pr{|hi,j|2<τ}=1-exp(-βτ)≈βτ,其中,τ=(2R-1)/SNR,约等式在高信噪比时近似成立。若目的节点不能正确解出所有源节点数据系统发生中断,以Psys表示系统中断概率且以Rsys表示系统支持的数据速率,则系统的分集增益和复用增益分别为D=-limSNR→∞lgPsys(SNR)/lgSNR和r=limSNR→∞Rsys(SNR)/lgSNR。多源多中继系统能够获得复用增益r和分集增益D,二者的关系称为分集复用折中。
2自适应中继选择方法
2.1选择策略描述
首先定义所有源到第m个中继以及该中继到目的节点的信道强度的最小值hm为:
令所有hm组成向量HR=[h1,h2,…,hM],那么频分多址协作系统的中继选择策略为:若选择L个中继参与协作,则在HR中选择L个最大的hm对应的中继,将选出的L个中继称为“最优”的L个中继,这里“最优”的含义对应于瞬时信道最强的一组中继。
2.2分集复用折中性能的分析
命题1 由K个源节点M个中继节点组成的协作网络,中继节点数多于源节点数,即M>K,并且以极大最小距离可分码作为系统的网络编码方法,当系统选择最优的L个中继进行协作,系统的分集复用折中为:
证明:设源到目的端的K条直达链路有s条未中断,而L条中继链路有t条未中断。这s+t条链路的网络编码向量组成的子矩阵为
定义K条直达链路中有s条未中断的事件为E(s),L条中继协作转发链路中有t条未中断的事件为E(t),则系统发生中断的概率为:
为求式(5),需对P(E(s))和P(E(t))进行求解。首先容易求得
。其次,若单条中继链路成功协作,要求所有源到该中继链路不中断,且该中继到目的节点链路不中断,易知此概率为Pa=(1-P0)K+1,那么P(E(t))为:
① 当L≥K时,根据系统中断的充要条件s+t<K并结合L≥K,有t<L,因此P(E(t))只包含中的第1项。取Rsys(SNR)=rlog(SNR),系统传输速率和单条链路的传输速率关系为Rsys(SNR)=RK/(K+L),所以τ=(2(rlgSNR)(K+L)/K-1)/SNR。当SNR→∞时有P0=1-exp{-βτ}≅βτ且1-Pa≅(K+1)βτ。此时将P(E(s))和P(E(t))带入式(5),系统中断概率近似为:
根据式(7),系统的分集增益为D=min{K+M-(s+t)}=M+1,该分集增益在s+t=K-1时得到。此时系统的分集复用折中为D(r)=(M+1)(1-r(K+L)/K)。
② 当L<K时,系统中断概率包含了P(E(t))公式中t=L和t<L两部分,因此在SNR→∞时系统中断概率近似为:
系统的分集增益为D=min{min{K+M-(s+t)},min{K+M-v-s}}=L+1,该分集增益在t=L,s=K-1-L且v=M时由式中第2项取得。系统的分集复用折中为D(r)=(L+1)(1-r(K+L)/K)。综合上述2个部分的分析和讨论,命题1得证。
2.3自适应中继选择方法
对于任意的K个源节点M个中继节点的协作系统,采用如下的自适应中继选择方法:当中继数M多于源节点数K时,选择HR中K个最优中继进行网络编码协作;当中继数M少于源节点数K时,所有中继参与协作。根据命题1,当K<M时,式(4)中的L=K,所以系统分集复用折中为D(r)=(M+1)(1-2r);当K≥M时,有L=M,此时分集复用折中为D(r)=(M+1)(1-r(K+M)/K),综合上述分析自适应中继选择方法的分集复用折中如下。
命题2 由K个源节点M个中继节点组成的协作网络,以极大最小距离可分码作为系统的网络编码方法,当系统采用自适应中继选择算法时,系统的分集复用折中为:
从命题2可以看到,在中继节点数多于源节点数时,自适应中继选择方法只需选择与源节点相同数量的中继即可获得满分集增益。
3仿真结果
图3仿真了源节点数K=4且中继节点数M=10,选择不同数量中继进行网络编码协作的系统中断概率随平均信噪比变化曲线。在仿真过程中设置β=1,且R=1。
从图3可以看出,蒙特卡洛方法仿真出的中断概率曲线与理论曲线相符合。在信噪比足够高、所选中继数L<K时,中断概率曲线斜率随着L的增加而逐渐增大,表示系统分集增益增加;当L≥K时,中断概率曲线的斜率相同,表示分集增益相同,但是曲线随L的增加向信噪比增大的方向移动,这是因为选择更多的中继降低了每个节点的平均发送功率。由图3得出,在中继数大于源节点数时,只需选择最优的L=K个中继即可达到最大分集增益且系统的能量效率也是最优的;中继的数少于源节点数,要达到系统的最大分集增益必须所有中继同时参与协作。
图4对比了几种不同通信方法的分集复用折中。文献[8]给出基于简单异或的中继选择方法,该方法的分集复用折中为D(r)=2(1-r(K+1)/K)。文献[5,6]研究的有限域网络编码方法的分集复用折中为D(r)=(M+1)(1-r(K+M)/K),在中继数大于源节点数时系统的复用增益小于1/2。而基于极大最小距离可分码的自适应中继选择方法分集复用折中如图4所示,在中继数大于源节点数时,可以获得满分集增益同时复用增益保持在1/2;而在中继数小于源节点数时,系统的复用增益与传统的网络编码协作方法相同,上述分析验证了命题2的结论。
4结束语
多源多中继网络编码系统利用中继的独立衰落路径转发数据能够获取分集增益,同时利用网络编码将源节点数据关联起来可以提高系统复用增益,基于这一思想,提出了一种基于极大最小距离可分码的自适应中继选择方法。该方法通过选择合适的中继进行网络编码协作,不仅提高了资源利用率,同时节省了系统能量。理论分析和仿真实验表明,该方法使得系统在获得满分集增益的同时,能保证其复用增益大于等于1/2。
参考文献
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中继教个人总结 篇5
通过第二轮继续教育培训的学习，使我在教育思想，教育理论及业务能力等方面受益颇多。我深切地认识到为了更好的胜任新世纪的教育教学工作，适应素质教育的需要，必须不断的全面提高自身素质，现将本轮继续教育个人参训情况总结如下：
一、基本功培训
1、在远教活动中实践和探索信息技术的使用之道，学习网络的使用与管理。
2、订阅并且学习《电脑报》、《电脑爱好者》、《电脑高手》等杂志。
3、积极参加各级各部门的培训与学习，并且取得了相应的成绩；
4、参加了我校的教学技能培训，苦练基本功。
5、听取了我校的新课改培训，树立了课改意识，贯彻到了教学。
二、公共课程培训
1、参加学校统一安排,集中授课的方式培训,完成了《新时期师德修养》50学时、《新程推进中的问题与反思》40学时、《校本研修面对面》40学时、《教育技术培训教程》40学时的学习，三、中继教培训取得的成绩
1、强化教师依法治教、以德治教的意识，统一思想，提高认识。同时，深入学习《新时期师德修养》、《教育法》、《教师法》、《中小学教师职业道德规范》、《公民道德建设实施纲要》、积极参加教育局”六个一”等一系列活动，自觉规范自身的教育行为，不断提高自身的师德素养。
2、学习课程标准，解读课程标准，包括课程标准内容、编写说明，与原教学大纲的比较。
3、加强校本培训，提高工作技巧，就如何与家长、学生和工作伙伴加强沟通、如何有效地帮助和促进学生成长和进步等问题进行深入的交流和研讨，强化“视学生如亲子，视家长为„伙伴‟，视质量如生命，视学校如家庭”的意识，学习育人艺术和技巧，不断提高自己的人格魅力和育人水平
4、拓展沟通途径，接受社会监督。以思想教育、规范服务、严格管理、纠建并举为重点，大力推行班务公开等制度。征询意见，及时检查自己的学习情况，对发现的问题及时改正，推进中继教培训的全面开展。
5、认真对照检查，撰写自我剖析材料。
四、不足之处及今后打算
1、培训中，有些内容的学习流于形势，不能更深入地学习其理论精髓；
中继计费IACHASTA的应用 篇6
关键词：中继计费；计费对象；计费点；IACHASTA；IACMET；IACAMA
中图分类号：TN915.05
EWSD交换机可以将TGNO、PBX、STAT、ANGRP等作为计费对象（OBJECT），通过对计费对象的组合，形成具有发端对象（ORIGIN OBJECT）或目的端对象（DESTINATION OBJECT）的计费点（REGISTRATION POINT）。中继计费IACHASTA就是在通过计费点的话务流的驱动下，产生计次表IACMET或详细话单IACAMA。下面就谈谈IACHASTA在实际中的几点应用。
1 应用IACMET对不同的目的码进行计费和统计
例如，移动的GSM139经中继群B139A分别呼叫固定网的市话、网话和特服，如图1所示。利用IACMET功能，可以在关口局GW中对流向三个目的码的话务量进行计费和统计。
▲ 该命令决定进行IACMET计费 ▲ 对话务和时间分组 ▲ 赋予三个目的码不同的STAT值 ▲ 建立针对不同目的码的STAT类型的计费对象IAC51、IAC89、IAC110 ▲ 建立针对中继群B139A的计费对象IAC139 ▲ RGPT=A/B/C，OUT=MET，SCHED=1； 建立了A、B、C三个计费点，分别记录从B139A来，到具有STAT值10、20、30的目的码51、89、110的话务量。定义输出为IACMET。 A、B、C三个计费点中包括OBJORIG和OBJDEST，称作DOUBLE类型计费点。若只包括OBJORIG或OBJDEST，称作SINGLE类型计费点。两种类型的计费点均可包括在MIXED类型中。STAT类型的计费对象在计费点中不能作为OBJORIG。 计费点的命名应尽量与计费对象不同，特别是SINGLE类型计费点。 ▲ 激活IACMET输出。一般RGPTTYPE选MIXED，保证DOUBLE和SINGLE计费点均有输出。在通过计费点的话务流的驱动下，将产生计费和统计信息。 ▲ 执行该命令进行计费观察。下面为A计费点的输出： REGISTRATION POINT： A ORIGIN OBJECT： RGPT TYPE： DOUBLE DESTINATION OBJECT： TRA TIM CALL NUMBER DURATION NUMBER OF A-SIDE B-SIDE GRP GRP DURATION OF CALLS BEF.ANSWER SEIZURES CHARGES CHARGES ---+---+----------+---------+----------+----------+----------+------- 1 1 23086773 344934 10805500 729961 371118 0 TRAGRP 话务组，取值为1～4。 TIMGRP 时间组，取值为1～6。 CALL DURATION 通话时长 NUMBER OF CALLS通话次数 DURATION BEF. ANSWER 收到ACM和ANC之间的时长，即振铃时长。 NUMBER OF SEIZURES 试占出中继次数 A—SIDE CHARGES 入中继的计次次数。如果入中继为TUP电路，则不论ZOPT中的BILLING为AMA还是METERING，都按ZONO计次。如果入中继为ISUP电路，则ZOPT中的BILLING必须为AMA，才会按ZONO计次。 B—SIDE CHARGES 出中继的计次次数。一般为零。 除TRAGRP和TIMGRP外，其余参数值均为累加值，最大不得超过231，足够累加一个月的。以上参数包含了对中继群的话务统计和计次数值。 ▲ 执行该命令，对IACMET数据进行后处理。在MDD中生成PP类型计费文件CA.IR.DXXX（针对DOUBLE计费点）或CA.IR.SXXX（针对SINGLE计费点），同时CP中IACMET计次表清零。每月的第一天00：00系统会自动执行上述操作。 需特别注意的是，RGPTTYPE一般取MIXED，因为选取的计费点类型如果与实际不符，不但形成不了后处理计费文件，计次表也将清零。 ▲ 如果系统发生了ISTART1或以上级别的重启动，IACMET计次表清零，同时在MDD中自动生成保护文件CA.IC.UCHA.XXX。系统恢复正常后，可执行以上命令，将CA.IC.UCHA.XXX作为源文件，产生CA.IR.XXX文件。 2 应用IACAMA进行网间结算 随着多家电信运营商的出现，电信网间结算成为必然。如图2所示，在GW中应用IACAMA对LX51至GSM139的话务进行计费，作为结算的依据。 ▲ 执行该命令在MDD中形成CYC文件IA.ICIAR，文件尺寸SIZE一般取得大一些。 ▲ 决定进行IACAMA计费 ▲ ▲ 建立了两个中继群类型的计费对象 ▲ RGPT=51TO139； 建立了计费点51TO139 ▲ 激活IACAMA输出。在话务流的驱动下，产生详细话单，存放在文件IA.ICIAR中。一张IACAMA话单70多字节，包含许多内容丰富的数据包，例如数据包100：日期/时间/时长、数据包102：业务信息、数据包106：去话中继识别、数据包107：来话中继识别、数据包130：话务质量数据、数据包134：应答前时长、数据包135：计费段等等。除计费外，有些数据包还可以作话务统计之用。 以上是IACHASTA中继计费的应用。 1 Ad Hoc网络介绍 1.1 Ad Hoc网络的产生 蜂窝网形式下的终端间的通信需要基于基站和交换机来实现;无线局域网形式下的通信采用无线连接点连接至已有的网络。在一些特殊情况或者紧急环境下, 传统的移动网络并不能较好地完成任务, 所以急需一种不需要基础固定设置、每个节点都是移动的, 并且都能以任意方式动态地保持与其它节点的连接就而灵活使用的网络技术, Ad Hoc网络能很好的满足这种需求, 因而得到开发和使用。IEEE802.1l使用“Ad Hoc网络”这个词语来定义某种具有对等形式的多跳移动通信网络, Ad Hoc网络由此产生。 1.2 Ad Hoc网络的主要特点 Ad Hoc作为一种新的移动网络类型, 它既可作为一种独立的网络运维, 也能够成为固定基础设施网络的一种补充和延伸。与传统的网络相比较, Ad Hoc网络有如下几个主要的特点:网络拓扑具有动态变化特点;不需要固定设置;有自适应功能;网络安全性能较差;可拓展性能较差;有一定的局限性;存在部分单向通信通道;使用寿命较短。 1.3 Ad Hoc服从的路由协议 依据前面对Ad Hoc网络特点的介绍和分析, 其所服从的路由协议满足如下条件:⑴根据其网络拓扑具有动态变化的特点, 其路由协议应具有应变能力强的特点, 同时应该减少甚至避免路由环路的产生, 网络节点简单化, 便于定位。⑵尽量高效地利用带宽和网络空间, 以减少支出和成本。⑶进行多跳通信时控制中间转接次数, 原则上应小于3次跳转。⑷路由协议下尽量减少发射容量, 缩短发射时间, 以降低成本, 节约网络资源。⑸由于Ad Hoc网络具有较差的安全性, 因使设计的路由协议具有较好的安全性能, 降低网络黑客攻击风险。 根据上述应满足的路由协议特点进行协议设计, 现有的路由协议主要有先验式路由资议、反应式路由协议以及混合式路由协议这几种。 2 蜂窝网特点简介 在带状网络形式下, 各区域呈现线状分布, 区域间的距离确定较为容易, 但平面范围内的蜂窝网下, 这却是一个很复杂的难点。为了实现该功能, 首先要对频率配置有合适的设置, 其次应限制区域内基站的发射频率。因此蜂窝网常常同时使用功率控制手段, 避免同频率区域间的相互干扰。 蜂窝网的第二个主要特点是过境切换。当信号到达一个区域周围时, 该区域基站就可以检测出。信号控制中心根据基站所反馈的信息, 便可以做出相应的指令进行控制。 蜂窝网的第三个特点是小区分裂。用小区分裂的方法可以增加整个系统的总容量, 以适应当前用户密度不断增加的情况和现状。 3 Ad Hoc蜂窝网覆盖性能研究技术 国内外相关研究成果非常多, 其中较为典型的有iCAR、MCN、PARCelS、MACA和CAMA等, 下面重点对这些典型技术进行概述。⑴iCAR。iCAR是最早的传统蜂窝网和Ad Hoc网融合技术, 主要用于解决蜂窝网中当信息流量不对称时的堵塞问题。iCAR系统通过不同区域间使用Ad Hoc将信号从一个区域转移到相邻区域从而实现各区域流量对称和平衡。该方法增加了系统的总容量, 解决了蜂窝网中信息流量不对称时的堵塞情况, 大大提高其覆盖性能。⑵MCN多跳蜂窝网。多跳蜂窝网是基于Ad Hoc网络进行蜂窝网改进的研究新难点。相比于传统的Ad Hoc网络, MCN多跳蜂窝网覆盖范围更广, 信号处理容量更大。⑶PARCelS。PARCelS是基于多跳蜂窝网的思想, 利用现有的蜂窝网实施来实现通信负载的平衡, 避免通信堵塞, 减少延迟。这种技术在中国当前通信网络负载压力大, 信道容易堵塞的背景下, 有较大的发展潜力。⑷MACA。MACA技术一般采用两跳的转发路由, 保证了转发路由的通信质量, 同时也允许更多跳, 增加了其覆盖性能。它的原理是使信道进行自动实时地分配。⑸CAMA。CAMA技术采用了蜂窝网的“带外信号”, 借助于蜂窝网的中央管理体制方式来进行Ad Hoc的网络管理和信号控制, 从而提高了Ad Hoc网的使用性能。同时, 由于其高效的控制能力, 大大增强了原有Ad Hoc网络的安全性和可靠性。 4 结语 在Ad Hoc和蜂窝网络的研究中, 还存在许多需要解决的难点和重点问题, 例如设计具有节能策略、组播功能、安全保障、和支持QoS等扩展特性的路由协议, 以及实现对Ad Hoc网络的动态管理等。今后研究的重点方向致力于实现Ad Hoc的网络监视、移动节点管理和抗毁性管理以及安全管理等方面。 摘要：Ad Hoc与蜂窝网络的系统相结合, 能够有效利用终端的多跳转发能力, 扩大蜂窝移动通信的覆盖范围, 并能均衡相邻小区的业务, 提高小区边缘的数据传输速率。本文分别对AD HOC网络及蜂窝网的主要特点进行介绍, 并对基于Ad Hoc中继的蜂窝网覆盖性能进行分析与研究。分析表明通过与Ad Hoc网络相结合, 蜂窝网络覆盖性能大大提高。 关键词：Ad Hoc,蜂窝网,路由协议,覆盖性能 参考文献 [1]方旭明.移动Ad Hoc网络研究与发展现状[J].数据通信, 2013年第四期. [2]邬国扬, 孙献璞.蜂窝通信[M].西安电子科技大学出版社. 在无线Mesh网络[1]中,根据无线信号的传播特性, 在通信速率与有效通信距离之间存在一个内在的折衷关系:高速率通信适合于在较短的链路上进行;反之,在长距离链路上只能进行低速率通信.因此在选择路由策略上也存在一个折衷问题:由长距离链路组成的路由可以用较少的跳数到达目的节点,但其成员链路只能支持低速率通信;由短距离链路组成的路由需要更多跳才能到达目的节点,而其成员链路能够支持高速率进行通信.在自组织对等式多跳移动通信网络(Ad Hoc网络)中,当源节点要与目的节点进行通信时,可以通过中继节点转发数据包, 因而可以选择不同的路径,对于不同链路速率,选择不同路径时,会产生不同的性能结果。可以采用多跳传输来提高数据传输的质量以及速率[2]。传统的单中继节点已经不能适应迅速增大的数据量以及节点的移动造成的信道衰落情况,通过多跳的中继传输可以解决IEEE802.11异常传输[3]问题。本文首先对IEEE802.11异常传输现象做出详细的介绍,然后通过实验证明,采取多跳中继传输模式[4]可以解决异常传输现象。 1 IEEE802.11异常传输现象分析 本文的研究基于IEEE802.11网络中的各个通信节点都采用DCF路由选择方案,如果发射节点的数据传输速率很低,那么网络的整体吞吐性能会严重下降。之所以出现这种现象,是因为DCF策略是以CSMA/CA功能为基础的,CSMA/CA功能为所有节点提供了公平的长期信道接入概率。当一个低速率的节点接入信道时,该节点就会占用很长时间,这样就会严重影响其他高速率节点的数据传输性能。下面用数学理论证明这个结论。 目前广泛使用的802.11标准系列在物理层上均采用了自适应速率选择机制。802.11b在物理层上可选择的速率有1Mbit/s、2 Mbit/s、5.5 Mbit/s和11 Mbit/s这4种[5]。首先考虑单个节点使用802.11b发送一个数据帧的情况。如果我们忽略电磁波传播时间,那么节点发送一个数据包的信道占用时间T包括发送时间ttr和控制开销的时延tov,记为: 其中,发送时延ttr=Sd/ri,Sd为发送数据包的大小, ri为节点第i流无线信道发送速率。控制开销的时延tov=DIFS+tpr+SIFS+tpr+tack,tpr包含了PLCP(Physical Layer Convergence Protocol)时间和帧头发送时间, SIFS=10μs,tack是MAC层默认的传输时间(如果传输速率是11Mb/s,则为10μs,此时ACK的长度为112bits), DIFS=50μs。ttr是帧传输时间(如图1)。tpr根据主机传输速率的变化而变化。当传输速率为1Mbit/s时,选择PLCP的长帧头,并且tpr=192μs。如果使用2Mbit/ s,5.5Mbit/s或者11Mbit/s,则tpr=96μs,此时使用的是PLCP的短报头。那么传输速率大于1Mbit/s并且一个数据帧的大小为1 500bytes(MPDU大小为1 564bytes)时, 基于MAC层的有效吞吐率为: P=(ttr/T)*(1500/1534)=0.70 (2) 所以,单个节点发送11Mbit/s速率时,信道将有最大的吞吐量为7.74Mbit/s。 网络中所有节点要发送数据时,都要按照CSMA/CA的媒介接入方法接入共享媒介,即需要发送数据的终端首先要监听媒介,以便知道是否有其他终端正在发送。如果媒介空闲,则可以进行发送处理,但是不是马上发送数据帧,而是由CSMA/CA分布算法,强制性地控制各种数据帧相应的时间间隔(IFS),只有在该类型帧所规定的DIFS内媒介一直空闲时才可发送。如检测到媒介正在传送数据,则该终端将推迟竞争媒介,一直延迟到现行的传输为止。在延迟之后,该终端要经过一个随机退避时间重新竞争媒介的使用权。退避时间是在[0,CW]*SLOT之间的。竞争窗口CW的变化是在CWmin=31和CWmax=1023之间的,SLOT为20μs(这是802.11b所限定的)。CW初始值为CWmin,如果发生碰撞,则逐步增加CW的值直到CWmax,呈指数增加,以适应高负载的情况。 当网络中有N个节点时,那么所有传输时间为 分析tcont(N)的函数是非常困难的,所以我们使用一种简单的取近似值的方法,考虑到总是有节点在想接入媒介时都会收到媒介传播的busy信息,所以成功的冲突将被忽略,于是 其中Pc(N)为MAC层的冲突概率,Pc(N)表示被发射的分组在一个时隙内发生冲突的概率,也就是在n-1个剩余的节点中至少有一个节点同时也发射分组的概率。冲突概率的独立性假设表明每个节点所经历的网络状态是相同的,因此得到: 将式(6)代入式(5)得到: 所以一个网络的吞吐率为 将式(7)代入式(8)得到: 现在来考虑有N个节点的情况,其中有N-1个节点使用高的发送速率为R=11Mbit/s,另外一个节点使用较低的发送速率r=5.5,2或者1Mbit/s。在这种情况下,一帧发送的时间取决于发送速率:ttr=sd/R或者ttr=sd/r,其中sd是数据帧的长度。MAC层的ACK帧发送速率同样取决于节点的速率,于是我们指定tovR和tov r分别为不同速率时包头发送时间。 令Tf为发送速率为R的节点所有的传输时间,这样可以得到 同理可得,Tss为发送速率为r的节点的传输时间,可以得到 于是可以得到MAC层中,每个发送速率为R的节点的吞吐率为 其中 ,表示发生冲突的平均时间。 同理可得发送速率为r的节点的吞吐率为: 比较式(12)和式(13),可以得出结论: pf =ps ,高速率发送节点的吞吐率和低速率发送节点的吞吐率相等。从这个结论中我们可以知道,只要有一个节点使用较低的发送速率,那么其他高速率的节点吞吐率都会显著下降,导致整个网络的吞吐性能下降。 2 多跳中继传输的实验模型建立 为了验证上节所得出的结论,我们做如下实验。如图2,4个源节点S1 ,S2 ,S3 ,S4向目的节点d发送数据,S1,S2,S3均以11Mbit/s的速率向目的节点d发送数据,其中S4有两条路径可以选择:一条低速率的直接链路和一条通过中继节点relay的两跳链路,S4直接向目的节点d发送数据的速率为1Mbit/s, S4向中继节点relay以及中继节点向目的节点d发送数据的速率均为11Mbit/s。 根据上一节的理论分析,如果节点S4直接以1Mbit/s的速率向目的节点d发送数据,节点S1,S2,S3,均以11Mbit/ s的速率向目的节点d发送数据,那么整个网络的整体吞吐性能会严重下降。如果节点S4通过中继节点Relay以11Mbit/ s的速率向目的结点d发送数据,那么网络整体吞吐性能会显著上升。下面我们通过具体的实验测量来证明。 表1中给出了在户外环境中利用软硬件设备进行实验得到的结果。在该实验中,利用6个不同的便携式计算机作为无线Mesh网络节点,每一台计算机都配置了一个WLAN PCMLIA网络接口卡(Network Interface Card, NIC)。利用MadWifi驱动程序提供的各种功能,可以在每个WLAN网卡上实现多个虚拟接口,这两个虚拟接口分别工作在Ad hoc模式和监控模式。其中,Ad hoc模式允许各个节点作为路由器使用,监控模式通常用来存储每个节点的流量信息。在实际应用中,监控模式必须收集信道上的所有分组,并将这些分组发送到高层协议中,形成一个日志文件。在测量过程中,我们利用每个虚拟接口中收集的分组信息来观察所有动态无线发射节点的信道活动。 流量生成器Iperf用来生成UDP流量和TCP流量,在我们的测试中使用UDP数据流,UDP数据流主要由CBR数据组成。每个实验过程所占用的时间是30s。 3 仿真与分析 通过上述建立的实验模型,本文对两条不同路径采集数据流,从而进行两条不同路径的整体吞吐性能进行仿真,通过仿真发现,采用中继配置可以比无中继配置实现更高的整体吞吐性能。如图3。其中系统的整体吞吐性能是指所有发射节点吞吐性能之和。 在图3的曲线中,中继配置的网络整体吞吐量明显比无中继配置的网络整体吞吐量高。 图4显示了使用中继和不使用中继这两种情况下,网络吞吐量与每个节点中的负载之间的关系,比较图4(a) 和图4(b)可以看出,当不选择中继节点转发数据时,其他节点性能都会下降。 从图4的曲线中,我们可以看到,流量越多,网络可以实现的整体吞吐性能越高,几乎是一种线性增长关系,直到网络的吞吐性能达到饱和。在图4(a)中,采用中继节点传输,无线节点中的数据速率达到2.4Mbit/s时,网络的整体吞吐性能达到饱和,此时的网络整体吞吐量可以达到4000kbit/s;而在无中继配置的网络中,发射节点的流量速率为1.4Mbit/s时,网络的整体吞吐性能就达到饱和了,并且饱和值远远低于使用中继节点转发数据时的饱和值。 4 总结与下步工作 关键词：协同通信,译码转发,机会中继,中断概率,复杂度 协同通信通过彼此共享网络内不同终端节点的信道资源, 构成虚拟多天线阵而获得空间分集增益, 能够有效抵抗无线信道的衰落效应。在多中继节点网络, 如何选择合适的中继节点参与协同是一个关键问题, 不同的中继选择策略实现复杂度不同, 并对系统性能产生不同的影响。文献[1]分析了“全中继”转发策略的协同系统的性能, 由于系统中存在多个中继, 要求各链路满足正交特性以减小信道间干扰, 导致频谱效率降低, 当中继数过多时, 引起的性能损失会相当明显。为了弥补“全中继”协同的不足, 文献[2,3,4]提出了机会中继选择策略, 通过选择一个最佳中继进行信息转发, 可获得与“全中继”协同或更为复杂的分布式空时编码时相同的分集增益性能, 同时提高了频谱效率, 降低了系统实现的复杂度。本文主要针对DF协同通信网络, 分析两种机会中继选择策略下的系统中断概率和计算复杂度, 并通过数值分析和仿真进行比较。 1 系统模型 在DF协议下, 分布式机会中继和集中式机会中继协同通信网络模型如图1所示。系统中包括1个源节点S, 1个目的节点D和M个中继节点Ri (i=1, 2, L M) 。假设各节点仅有一根天线并工作在半双工模式, 中继的半双工特性使目的节点对接收到的信号能够采用最大比合并技术进行解码。系统中所有信道均相互独立, 且为慢衰落瑞利信道。任意节点i和j之间的信道系数hij服从零均值、方差为σ2ij的复高斯分布。信道噪声服从零均值、方差为N0的复高斯分布。假设各节点的发射功率均为P, 记平均信噪比为SNR, 则有SNR=P/N0。设数据流的目标速率为R。 ⑴在分布式机会中继策略中, 网络中所有的潜在中继节点Ri都监听源节点发送的RTS (Ready-To-Send) 分组和目的节点回复的CTS (Clear-To-Send) 分组, 并根据所接收的RTS和CTS分组分别估计其与源节点和目的节点间的信道状态hsi和hid。则中继Ri的信道度量参数为 每个中继节点Ri设置定时器为hi的倒数, 则具有最佳端到端路径的中继节点的定时器会最先超时, 并向整个网络广播一个标志分组以表明其是最佳中继。最佳中继选出后, 源节点发送信息给最佳中继节点, 并由最佳中继向目的节点进行解码转发。 ⑵在集中式机会中继策略中, 源节点首先采用广播模式向所有中继节点发送数据, 能够正确解码源节点信息的中继构成候选中继集合Ω, 中继Ri∈Ω向目的节点发送训练序列。目的节点根据接收到的训练序列估计hid, 选取瞬时信噪比最大的节点作为最佳中继。最后被选中的最佳中继向目的节点转发源节点信息。 中继节点Ri能够正确解码源节点信息, 要求源节点S到Ri的瞬时信噪比γsi不小于信噪比门限γth, 则候选中继集合Ω为 最佳中继为 其中, , 是中继节点Ri到目的节点的瞬时信噪比。 2 性能分析 2.1 中断概率 ⑴分布式机会中继策略选取的最佳中继是具有最佳端到端瞬时信噪比的节点, 其中端到端瞬时信噪比用源-中继瞬时信噪比和中继-目的节点瞬时信噪比的最小值描述, 则最佳中继的选择准则可描述为 令, 则Wi服从参数为1/2si1/2id的指数分布, 即 系统中断概率为 ⑵集中式机会中继策略的最佳中继选择准则如式 (3) 所示。 系统中断概率为 将式 (8) 、式 (9) 和式 (10) 代入式 (7) 中, 则可得到系统中断概率为 2.2 复杂度 分布式机会中继策略的最佳中继选择过程由各个中继节点仅根据本地信道状态信息 (channel state information, CSI) 来完成, 不需要每个中继或目的 (中心) 节点已知全局CSI。当最佳中继选出后, 只有最佳中继接收源节点信息, 其余未选中的中继节点则处于空闲状态。而集中式机会中继策略需要网络中所有中继节点监听接收源节点信息并进行解码, 其最佳中继选择过程由目的 (中心) 节点根据全局CSI计算完成, 并需要将选择结果通过一个低速率的信道反馈给被选中继。 因此, 与集中式机会中继策略相比, 分布式机会中继策略的中继节点解码次数少, 系统实现复杂度更低, 同时能够减少网络中的功率 (能量) 开销和控制开销, 更适用于能量受限的网络, 例如Ad hoc网络或无线传感器网络。 3 仿真结果和分析 本节主要采用蒙特卡洛仿真对分布式和集中式机会中继选择策略的中断概率性能进行比较。仿真中设置信道系数的方差为σ2ij=1, 目标速率为R=1。图2给出了两种策略下的中断概率随信道平均信噪比和潜在中继个数的变化关系, 横轴表示中继到目的节点的平均信噪比值, 纵轴表示系统中断概率。 从图2中可以看出, 两种策略的仿真值均在理论曲线附近, 从而验证了理论分析的正确性。当潜在中继个数一定时, 两种策略在低SNR时的中断概率几乎重合, 但随着SNR的增加, 集中式机会中继策略的中断概率性能略优于分布式机会中继策略。另外, 两种策略的中断概率都随着潜在中继个数的增加而减小。 4 结束语 机会中继通过选择一个最佳中继进行信息转发, 获得与更为复杂的分布式空时码相同的分集增益。本文主要研究了DF协同通信网络中的分布式和集中式机会中继选择策略, 对两种策略的中断概率性能和复杂度进行了分析和比较。与集中式机会中继策略相比, 分布式机会中继策略的实现复杂度较低, 网络中功率开销和控制开销更少, 更适用于能量受限的网络, 但其在高SNR时的中断概率性能略差。 参考文献 [1]Laneman j n, Wornell g w.Distributed space-time-coded protocols for exploiting cooperative diversity in wireless networks[J].IEEE Trans on Information Theory, 2003, 49 (10) :2415-2425. [2]Bletsas a, Khisti a, Reed d p, et al.A simple cooperative diversity method based on network path selection[J].IEEE J Sel Areas Commun.2006, 24 (3) :659-672. [3]Bletsas a, Shin h, And Win m.z.Cooperative communications with outage-optimal opportunistic relaying[J].IEEE Trans.Wireless Commun.2007, 6 (9) :3450-3460. 1 增强型内部网关协议简介 增强型内部网关路由协议是Cisco公司开发的一个平衡混合型、高效的路由协议,它融合了距离向量和链路状态两种路由协议的优点,支持IP、IPX、ApplleTalk等多种网络层协议。[1]由于TCP/IP是当今网络中最常用的协议,其特点主要有: 1)通过发送和接收Hello包来建立和维持邻居关系,并交换路由信息; 2)采用组播(224.0.0.10)或单播进行路由更新; 3)增强型内部网关路由协议的管理距离为90或170; 4)采用触发更新,减少带宽占用; 5)支持可变长子网掩码(VLSM),默认开启自动汇总功能; 6)支持IP、IPX、AppleTalk等多种网络层协议; 7)对每一种网络协议,增强型内部网关路由协议都维持独立的邻居表、拓扑表和路由表; 8)增强型内部网关路由协议使用Diffusing Update算法(DUAL)来实现快速收敛。并确保没有路由环路; 9)存储整个网络拓扑结构的信息,以便快速适应网络变化; 10)支持等价和非等价的负载均衡; 11)使用可靠传输协议(RTP)保证路由信息传输的可靠性; 12)无缝连接数据链路层协议和拓扑结构,增强型内部网关路由协议不要求对OSI参考模型的第二层协议做特别的配置。 此外,增强型内部网关路由协议还包含Hello、更新、查询、答复和确认五种类型的数据包,这使使用方便,这为广大的网络工作者提供了强大的模拟测试平台,因此,也得到了被广泛的应用。 2 Packet Tracer简介 Packet Tracer是网络设备供应商思科公司,推出的一款网络模拟软件。它模拟网络实际的硬件环境,提供设计、配置网络,排除网络故障功能,用户可以在软件的图形用户界面上直接使用拖曳的方法建立拓扑和配备设备模块,以图形方式或命令方式配置设备。该软件能以Simulation模式对网络运行情况进行“单步”运行的观察,可视化地显示数据分组的传播和封装过程[2,3]。同时,Packet Tracer通过运行裁减版本的IOS来模拟真实设备的运行,其实现的功能是实际设备的子集,从而保证了已实现功能与实际设备的一致性。又因其既操作简单,又接近真实环境,而成为在教学和实践中,用来模拟网络设计、配置和排除网络故障的很好仿真平台。[4] 3 帧中继 帧中继(frame relay)是一种用于统计复用分组交换数据通信的接口协议,分组长度可变,传输速度为2.408Mb/s或更高,没有流量控制也没有纠错,而将流量控制、纠错等留给智能终端去完成,这样大大简化了节点机之间协议。[5]它也是一种用于连接计算机系统的面向分组的通信方法。它主要用在公共或专用网上的局域网互联以及广域网连接。大多数公共电信局都提供帧中继服务,把它作为建立高性能的虚拟广域连接的一种途径。它同时提供数据链路层和物理层的协议规范,这样使任何高层协议都独立于帧中继协议,因此,它具有传输速率高、网络时延低、传输可靠性高和带宽利用率高等特点,十分方便简单,这使其得到广泛应用,特别是在不能预知的、大容量和突发性的数据业务,如E-mail(电子邮件),CAD/LAM以及客户机/服务器的计算机系统等,其协议结构如图1所示。 帧中继技术是在分组技术充分发展,数字光纤传输逐渐替代已有的模拟线路,用户终端日益智能化得条件下延生并发展起来的,是在开放系统互连(OSI)网络模型的第二层(链路层)上以帧的形式用简化得方法传送和交换数据单元的一种数字包交换技术,仅完成OSI物理层和链路层核心层的功能。又因其具有吞吐量高,时延低、适合突发性业务等特点,同时,采用虚电路和子接口技术,这样能使网络资源得到充分的利用。 4 模拟环境配置 应用思科公司的Packet Tracer来模拟其配置实际情况,其配置实验拓扑图如图2所示。首先,选择三台Router-PT-Empty路由器,将其简写为R。在R1、R3、R4中通过一个串口和一个以太网端口来实现其连接,其物理配置窗口分别添加一个PT-ROUTER-NM-1CE模块和一个PT-ROUTER-NM-1S模块,通过广域网(Cloud-PT-Empty)和路由器的串口相连,同时其物理配置窗口分别添加三个PT-CLOUD-NM-1S模块,在连接到三台PC-PT PC1、PC-PT PC2和PC-PT PC3终端PC机。 4.1 帧中继的基本配置 Cloud-PT-Empty模拟帧中继网络,在云的配置窗口配置Serial0、Serial1、Serial2的DLCI值,并在帧中继设置好各端口连接,如图3所示。根据拓扑图进行帧中继基本配置实验分别对PC机和路由器R1、R3、R4进行基本配置包括:配置IP地址,主机名,配置以太网口和串口并激活。配置过程如下所示。 路由器R3和R4,与R1基本相同,在此就不一一列出了。对路由器的基本配置完成可使用show frame-relay pvc查看虚电路,或者show frame-relay map查看帧中继映射,用ping命令来测试各路由器的连通性。 4.2 增强型内部网关协议的路由配置 在全局配置模式下分别在路由器R1、R2和R3上使用router eigrp自主系统号命令启用EIGRP,使用自主系统号1。然后使用network命令通告其网络信息。EIGRP在通告网段时,如果是主类网络,只需输入此网络地址;如果是子网,则最好在网络号后面写子网掩码或通配符掩码(或者叫反掩码),如下所示。 基本的EIGRP路由配置完成后,可以使用show ip route命令来查看每个路由器上的路由条目是否完整,是否能够达到所有的网络,从而可以检查当前的路由协议的工作正确与否。在R4上查看路由表如下。 最后用ping命令来测试网络的连通性,查看当前阶段的帧中继的基本配置实验是否正确。 4.3 模拟结果 根据以上方案进行模拟测试,得到测试如下结果,说明增强型内部网关协议在帧中继网络中的模拟应用是可行的。 5 结论 通过使用Packet Tracer网络模拟器,来模拟实际的网络连接环境,大大提高了建网的速度和实际使用成本,既节省了资金投入,又有助于测试新环境下新配置网络方案的可行性研究,有助于理论联系实际,提高解决实际问题的能力,也有助于提高了计算机网络教学的效果和水平。同时,也为今后的工作提供了很大的帮助。 参考文献 [1]梁广明,王隆杰.思科网络实验室路由、交换实验指南[M].北京:电子工业出版社,2007. [2]刘文锋.packet tracer在教学中的应用[J].电脑与电信,2010(7):74-75. [3]Packet Tracer帮助文档[EB/OL].http://www.cisco.com/web/learning/netacad/course_catalog/PacketTracer.html. [4]容振邦.基于Packet Tracer的计算机网络原理课程案例教学[J].计算机教育,2011(3):67-70.网络中继 篇7
网络中继 篇8
网络中继 篇9
网络中继 篇10