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認(rèn)證類型：個(gè)人認(rèn)證

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IP屬地：廣東 上傳時(shí)間：2023-11-14 格式：DOCX 頁(yè)數(shù)：5 大?。?1.68KB 積分：12 舉報(bào) 版權(quán)申訴

應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮匦苑治?/p>

1應(yīng)急通信保障能力發(fā)展現(xiàn)狀應(yīng)急通信是指在自然或人為緊急情況下，結(jié)合重要休息日、會(huì)議和其他通信需求的突然增加時(shí)，綜合使用各種通信資源，確保救援、緊急救援和必要通信所需的通信手段和方法。這是一種臨時(shí)的、可處理的溝通機(jī)制，旨在應(yīng)對(duì)自然或人為的緊急情況。應(yīng)急通信突出體現(xiàn)在“應(yīng)急”二字上,在面對(duì)公共安全、緊急事件處理、大型集會(huì)活動(dòng)、救助自然災(zāi)害、抵御敵對(duì)勢(shì)力攻擊、預(yù)防恐怖襲擊和眾多突發(fā)情況的應(yīng)急反應(yīng),均可以納入應(yīng)急通信的范疇。在國(guó)際上,許多國(guó)家非常重視應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的研究和開發(fā)工作,特別是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家和亞洲的日本。美國(guó)從20世紀(jì)70年代開始建設(shè)應(yīng)急通信網(wǎng),并利用自由空間光通信(FSO,freespaceoptics)、WiMAX和Wi-Fi等技術(shù)來(lái)提高應(yīng)急通信保障能力,目的是為了滿足美國(guó)政府對(duì)于緊急事件的指揮調(diào)度需求。日本已建立起較為完善的防災(zāi)通信網(wǎng)絡(luò)體系,如中央防災(zāi)無(wú)線網(wǎng)、防災(zāi)互聯(lián)通信網(wǎng)等。此外,國(guó)際上許多標(biāo)準(zhǔn)化組織(例如ITU-R、ITU-T、ETSI和IETF等)也在積極推進(jìn)應(yīng)急通信標(biāo)準(zhǔn)的研究。ITU-R主要從預(yù)警和減災(zāi)的角度對(duì)應(yīng)急通信展開研究,包括利用固定衛(wèi)星、無(wú)線電廣播、移動(dòng)定位等向公眾提供應(yīng)急業(yè)務(wù)、預(yù)警信息和減災(zāi)服務(wù);ITU-T從開展國(guó)際緊急呼叫以及增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)支持能力等方面進(jìn)行研究,主要包括緊急通信業(yè)務(wù)(ETS,emergencytelecommunicationsservice)和減災(zāi)通信業(yè)務(wù)(TDR,telecommunicationfordisasterrelief)2大領(lǐng)域;ETSI主要關(guān)注緊急情況下組織之間以及組織和個(gè)人之間的通信需求;IETF對(duì)應(yīng)急通信的研究涵蓋通信服務(wù)需求、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議等多個(gè)方面。近年來(lái),我國(guó)應(yīng)急通信研究重點(diǎn)圍繞公眾通信網(wǎng)支持應(yīng)急通信來(lái)展開,對(duì)于現(xiàn)有的固定和移動(dòng)通信網(wǎng),主要研究公眾到政府、政府到公眾的應(yīng)急通信業(yè)務(wù)要求和網(wǎng)絡(luò)能力要求,包括定位、就近接入、電力供應(yīng)、基站協(xié)同、消息源標(biāo)志等,除此之外研究在互聯(lián)網(wǎng)上支持緊急呼叫,包括用戶終端位置上報(bào)、用戶終端位置獲取、路由尋址等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。雖然我國(guó)的應(yīng)急通信保障體系建設(shè)有了很大發(fā)展,但是依然存在技術(shù)體制落后、資金投入不足等問(wèn)題,與應(yīng)急通信的實(shí)際要求還有較大差距。此外,應(yīng)急通信保障的研究工作大都沒有充分關(guān)注和利用無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù),也沒有考慮融合多種通信技術(shù)手段來(lái)提供全方位、可靠的應(yīng)急通信保障,而是過(guò)多強(qiáng)調(diào)發(fā)展集群通信、短波無(wú)線通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)。現(xiàn)有應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)方面的研究主要關(guān)注于專項(xiàng)組網(wǎng)技術(shù)方面。如文獻(xiàn)介紹了基于策略的接納控制技術(shù),并在該技術(shù)的基礎(chǔ)上分析了利用資源預(yù)留協(xié)議的策略控制信息提高高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)接納率的方法。文獻(xiàn)從系統(tǒng)角度對(duì)應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,但沒有對(duì)其拓?fù)淠Ｐ瓦M(jìn)行分析。而現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞矫娴难芯縖5~13]主要集中在Internet網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣?、控制、分割、與發(fā)現(xiàn)方面,沒有針對(duì)應(yīng)急通信的特點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ捅旧磉M(jìn)行分析。本文通過(guò)分析應(yīng)急通信網(wǎng)的特點(diǎn),從拓?fù)浣Ｈ胧?研究應(yīng)急通信網(wǎng)的容量和拓?fù)涮匦?以求為應(yīng)急通信網(wǎng)的研究提供一些參考依據(jù)。2構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型一般來(lái)說(shuō),應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)主要包括高空平臺(tái)、地面接入系統(tǒng)、用戶終端3部分。對(duì)應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模時(shí),本文將這3個(gè)部分分別對(duì)應(yīng)于骨干節(jié)點(diǎn)組成的骨干網(wǎng)絡(luò)、接入節(jié)點(diǎn)組成的接入網(wǎng)絡(luò)和終端節(jié)點(diǎn)組成的終端網(wǎng)絡(luò)。同時(shí),由于無(wú)線自組網(wǎng)具有網(wǎng)絡(luò)自組織和協(xié)同合作特征,非常適合組建應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)協(xié)調(diào)各類人員展開救援行動(dòng)和應(yīng)對(duì)突發(fā)事件,所以本文主要考慮以無(wú)線自組網(wǎng)的典型實(shí)例:adhoc網(wǎng)絡(luò)和Mesh網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的模型構(gòu)建,以加強(qiáng)應(yīng)急突發(fā)場(chǎng)合下的通信保障能力。應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)模型中,骨干節(jié)點(diǎn)主要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息中繼和路由;接入節(jié)點(diǎn)主要為終端節(jié)點(diǎn)提供接入服務(wù),同時(shí)也提供路由功能;終端節(jié)點(diǎn)主要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的接收和發(fā)送。考慮到應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)建立時(shí)的突發(fā)性,網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)往往沒有遠(yuǎn)距離通信能力,只有骨干節(jié)點(diǎn)和接入節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信,所以本文提出的網(wǎng)絡(luò)模型中終端節(jié)點(diǎn)功能受限,具體包括:其中終端節(jié)點(diǎn)一般直接通過(guò)接入節(jié)點(diǎn)共享網(wǎng)絡(luò)資源,若終端節(jié)點(diǎn)無(wú)法直接連接到接入節(jié)點(diǎn),則通過(guò)本地接入節(jié)點(diǎn)下的其他終端節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò);終端節(jié)點(diǎn)只能通過(guò)本地接入節(jié)點(diǎn)和其他接入節(jié)點(diǎn)下的終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信,而不能直接連接骨干節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)。此外,由于骨干節(jié)點(diǎn)往往還承載著其他區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù),不能將應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的主要流量全部置于骨干節(jié)點(diǎn),而應(yīng)該由接入節(jié)點(diǎn)盡量承載網(wǎng)絡(luò)流量。本文提出的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建過(guò)程分為4個(gè)部分,分別是初始化、生成骨干節(jié)點(diǎn)、生成接入節(jié)點(diǎn)、生成終端節(jié)點(diǎn)。在模型構(gòu)建過(guò)程中,主要考慮了節(jié)點(diǎn)位置、節(jié)點(diǎn)通信距離、節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系等因素。具體過(guò)程如表1所示。圖1給出了一個(gè)應(yīng)急通信網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ偷膶?shí)例,其中五角星節(jié)點(diǎn)為骨干節(jié)點(diǎn),圓形節(jié)點(diǎn)為接入節(jié)點(diǎn),方形節(jié)點(diǎn)為終端節(jié)點(diǎn),骨干節(jié)點(diǎn)與終端節(jié)點(diǎn)通過(guò)接入節(jié)點(diǎn)相連。骨干節(jié)點(diǎn)和接入節(jié)點(diǎn)組成Mesh網(wǎng)絡(luò),提供路由和接入功能;終端節(jié)點(diǎn)或者通過(guò)接入節(jié)點(diǎn)直接接入到Mesh網(wǎng)絡(luò),或者通過(guò)與其他終端節(jié)點(diǎn)組成adhoc網(wǎng)絡(luò)后通過(guò)其他終端節(jié)點(diǎn)的中繼功能接入到Mesh網(wǎng)絡(luò)。圖2~圖4分別給出了骨干節(jié)點(diǎn)、接入節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的生成過(guò)程。在節(jié)點(diǎn)的生成過(guò)程中,主要考慮了網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、節(jié)點(diǎn)通信半徑、節(jié)點(diǎn)數(shù)量等參數(shù),最后給出了3種節(jié)點(diǎn)的地理位置和連接矩陣。在應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)生成模型中,節(jié)點(diǎn)生成過(guò)程遵循網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍逐步擴(kuò)張、骨干→接入→終端逐級(jí)建立的原則,可以滿足大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)建模的需求。3節(jié)點(diǎn)xj-qj/wj在應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)以自組織的方式進(jìn)行互相通信,節(jié)點(diǎn)間的通信經(jīng)常受到動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓挠绊憽Ｍ瑫r(shí)由于無(wú)線信道本身的物理特性,它所能提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對(duì)有線信道要低很多。此外,考慮到競(jìng)爭(zhēng)共享信道產(chǎn)生的碰撞、信號(hào)衰減、干擾等因素,節(jié)點(diǎn)可能獲得的帶寬將遠(yuǎn)小于理論最大值。假定骨干網(wǎng)絡(luò)、接入網(wǎng)絡(luò)、終端網(wǎng)絡(luò)中的各自節(jié)點(diǎn)的地位平等且無(wú)線傳輸范圍相同。如下列條件滿足,則認(rèn)為來(lái)自節(jié)點(diǎn)xi的數(shù)據(jù)被節(jié)點(diǎn)xj成功接收。1)節(jié)點(diǎn)xj在節(jié)點(diǎn)xi的傳輸范圍之內(nèi),即|xi-xj|<=r,其中r為傳輸半徑;2)在同一信道上同時(shí)傳輸?shù)钠渌?jié)點(diǎn)xk滿足|xk-xj|>=(1+Δ)|xi-xj|上述條件為接收點(diǎn)提供了一個(gè)有效區(qū)域。在有效區(qū)域內(nèi),臨近節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的同信道干擾被限制。有效區(qū)域的半徑是發(fā)送者和接收者距離的(1+Δ)倍。Δ是同信道復(fù)用時(shí)無(wú)干擾傳輸所需要的空間傳輸范圍的保護(hù)冗余量,它和節(jié)點(diǎn)數(shù)量、傳輸損耗、節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率等特性密切相關(guān)。假設(shè)源節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率、信道損耗和天線增益相同,且應(yīng)急通信網(wǎng)的總信道W分為M個(gè)子信道,滿足根據(jù)文獻(xiàn)分析可知。1)若應(yīng)急通信網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的位置固定,則網(wǎng)絡(luò)傳輸容量上界可以表示為其中,nb為骨干節(jié)點(diǎn)數(shù)量,na為接入節(jié)點(diǎn)數(shù)量,ns為終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量,rb為骨干節(jié)點(diǎn)傳輸半徑,ra為接入節(jié)點(diǎn)傳輸半徑,rs為終端節(jié)點(diǎn)傳輸半徑。2)若應(yīng)急通信網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的位置隨機(jī),則網(wǎng)絡(luò)傳輸容量上界可以表示為4實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析在對(duì)應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行特性分析時(shí),我們通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)從最短路徑、節(jié)點(diǎn)度、富人俱樂部特性、介數(shù)、流中心性、偏心度、緊密活性等幾方面開展研究工作。實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括:骨干節(jié)點(diǎn)數(shù)量numBNode為10,接入節(jié)點(diǎn)數(shù)量numANode為60,終端節(jié)點(diǎn)numSNode為200,網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍scaleX為100,scaleY為100,骨干節(jié)點(diǎn)通信半徑radiusBN為25,接入節(jié)點(diǎn)通信半徑radiusAN為15,終端節(jié)點(diǎn)radiusSN通信半徑為5,實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行了1000次。1)最短路徑分析最短路徑的分布和平均值取決于網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模,但并不隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增加而急劇增大,這些統(tǒng)計(jì)量可以度量網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸效率和代價(jià)。從圖5中可以看出,本文提出的應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ椭写蟛糠肿疃搪窂降拈L(zhǎng)度為2~7之間。2)節(jié)點(diǎn)度分析網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的度反映了節(jié)點(diǎn)和其他節(jié)點(diǎn)的連接緊密程度。本文主要從度分布、相稱性(assortativity)、度中心性、度連通性幾個(gè)方面進(jìn)行分析。從圖6中可以看出,本文建立的應(yīng)急通信網(wǎng)模型中,大部分節(jié)點(diǎn)的度都在5以下,保證了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不會(huì)同時(shí)與多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信,避免了網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)的相互干擾,可以保證網(wǎng)絡(luò)的整體吞吐量;度中心性被定義為一個(gè)節(jié)點(diǎn)的邊數(shù)。圖7給出了網(wǎng)絡(luò)模型的度中心性分析結(jié)果。從圖7中可以看出,骨干節(jié)點(diǎn)和接入節(jié)點(diǎn)的度中心性較大,而終端節(jié)點(diǎn)較小,同時(shí)骨干節(jié)點(diǎn)和接入節(jié)點(diǎn)的度中心性隨著網(wǎng)絡(luò)建立的過(guò)程逐步降低。平均度連通性是指具有某個(gè)度數(shù)的節(jié)點(diǎn)的最近鄰居節(jié)點(diǎn)的度數(shù)的平均值,其值反映了網(wǎng)絡(luò)中具有哪些度數(shù)的節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性貢獻(xiàn)較大。圖8給出了網(wǎng)絡(luò)模型的節(jié)點(diǎn)度連通性分析結(jié)果。從圖8中可以看出,節(jié)點(diǎn)度連通性最大的節(jié)點(diǎn)集中于度為10~30的節(jié)點(diǎn),這一結(jié)果與下文富人俱樂部特性分析結(jié)果相符合,此外度為1的節(jié)點(diǎn)度連通性較大是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)較多的原因。3)富人俱樂部特性分析富節(jié)點(diǎn)指網(wǎng)絡(luò)中具有大量的邊的少量節(jié)點(diǎn),他們傾向于彼此間相互連接。網(wǎng)絡(luò)中用富人俱樂部刻畫這種特性,它表示的是網(wǎng)絡(luò)中前幾個(gè)度最大的節(jié)點(diǎn)間實(shí)際存在的邊數(shù)與這幾個(gè)節(jié)點(diǎn)間總的可能存在的邊數(shù)的比值。圖9給出了網(wǎng)絡(luò)模型的富人俱樂部特性分析結(jié)果。從圖9中可以看出,度為1~35的節(jié)點(diǎn)更傾向于彼此間相互連接,其中又以度為20~25的節(jié)點(diǎn)為最。4)介數(shù)分析節(jié)點(diǎn)的介數(shù)衡量了網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)該節(jié)點(diǎn)的最短路徑的數(shù)量,可以在很大程度上反映節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的重要程度。圖10給出了網(wǎng)絡(luò)模型的介數(shù)分析結(jié)果。從圖10中可以看出,骨干節(jié)點(diǎn)的介數(shù)最大,其次是接入節(jié)點(diǎn),而終端節(jié)點(diǎn)的介數(shù)最小,這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)情況。5)流中心性分析節(jié)點(diǎn)的流介數(shù)是指通過(guò)節(jié)點(diǎn)的流量占所有節(jié)點(diǎn)間流量的百分比,圖11給出了網(wǎng)絡(luò)模型的流介數(shù)分析結(jié)果。從圖11中可以看出,骨干節(jié)點(diǎn)的流介數(shù)最大,其次是接入節(jié)點(diǎn),而終端節(jié)點(diǎn)的流介數(shù)最小,這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果和節(jié)點(diǎn)的介數(shù)分析結(jié)果類似,但與之不同的是骨干節(jié)點(diǎn)和接入節(jié)點(diǎn)的流介數(shù)差別不是很大,這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中的流量更集中于接入節(jié)點(diǎn),而不是骨干節(jié)點(diǎn)。緊密中心性(closenesscentrality)是中心性的一種復(fù)雜度量,它被定義為結(jié)點(diǎn)到其它可達(dá)結(jié)點(diǎn)的平均測(cè)地距離(比如最短路徑),在網(wǎng)絡(luò)分析中,緊密度傾向于表示最小路徑長(zhǎng)度,因?yàn)檫@樣會(huì)對(duì)更多的中心結(jié)點(diǎn)賦予更高的值,而且它通常與其它度量(如,度)相聯(lián)系。流緊密中心性(也稱為信息中心性informationcentrality)將兩點(diǎn)間的距離定義為兩節(jié)點(diǎn)間的流量差,擴(kuò)展了緊密中心性,在最短路徑的基礎(chǔ)上考慮了節(jié)點(diǎn)信息流量對(duì)節(jié)點(diǎn)重要性的影響因素。從圖12中可以看出,骨干節(jié)點(diǎn)和接入節(jié)點(diǎn)的流緊密中心性類似,而終端節(jié)點(diǎn)的流緊密中心性較小,這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)流量更集中的接入節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響也是很大的,其影響力度甚至可以和骨干節(jié)點(diǎn)相當(dāng)。6)偏心度分析每個(gè)節(jié)點(diǎn)的偏心度是它到其他節(jié)點(diǎn)距離中的最大值。平均偏心度(averageeccentricity)就是指所有節(jié)點(diǎn)偏心度的平均值,反映了圖的直徑。圖13給出了平均偏心度的分析結(jié)果,從圖13中可以看出骨干節(jié)點(diǎn)和接入節(jié)點(diǎn)的偏心度較小,這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過(guò)程是先建立骨干節(jié)點(diǎn)和接入節(jié)點(diǎn),后建立終端節(jié)點(diǎn);且隨著各種節(jié)點(diǎn)越來(lái)越多,節(jié)點(diǎn)的偏心度也越來(lái)越大。7)緊密活性分析令網(wǎng)絡(luò)中2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離表示節(jié)點(diǎn)間發(fā)送信息的代價(jià),緊密活性(closenessvitality)表明了若某個(gè)節(jié)點(diǎn)離開網(wǎng)絡(luò)后所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通信代價(jià)提高的程度。圖14給出了1000次實(shí)驗(yàn)中網(wǎng)絡(luò)的平均緊密活性變化情況。從圖14中可以看到接入節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的緊密活性影響最大,而骨干節(jié)點(diǎn)影響較小,這說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)流量將主要通過(guò)接入節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn),保證了少數(shù)骨干節(jié)點(diǎn)不會(huì)因?yàn)榱髁刻蠖袛喾?wù)。5應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)模型在突如其來(lái)的大型自然災(zāi)害和公共突發(fā)事件面前,常規(guī)的通信手段往往無(wú)法滿足通信需求。應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)正是為應(yīng)對(duì)自然或人為緊急情況而提供的特殊通信機(jī)制,在公眾通信網(wǎng)設(shè)施遭受破壞、性能降低、話務(wù)量突增的情況下,采用非常規(guī)的、多種通信手段組合的方式來(lái)恢復(fù)通信能力。本