臨地空间飞艇平台布局优化研究.doc

西安电子科技大学 硕士学位论文 临地空间飞艇平台布局优化研究 姓名：王旭宇 申请学位级别：硕士 专业：信号与信息处理 指导教师：高新波 201201  —————韭—一㈣ 随着现代通信系统的发展，高容量无线服务需求得到了人们很大的关注。一 种潜在的无线解决方案是临地空间飞艇网络平台通信，它兼具了地面通信与卫星 通信的优势，在未来无线通信邻域扮演着越来越重要的角色。运用临地空间飞艇 平台布局优化技术来提高网络性能指标成为普遍关注的热点问题。因此，本文对 临地空间飞艇平台的布局优化模型和算法进行了深入研究。 首先，针对用户覆盖功率的公平性和系统的性能需求，提出了一种基于最大 熵和最小系统时延的临地空间飞艇布局模型，并使用了遗传算法进行优化求解。 实验结果表明，所提模型可以达到按需布局和最小时延的结果，并且改进的遗传 算法能够近似收敛到全局最优解。 其次，考虑到临地空间飞艇平台的能量受限问题，提出了临地空间立体网络 能效模型，并使用确定性退火算法进行飞艇布局优化，实现能耗最小化。实验结 果显示，所提出的能效性布局方法能够获得最小能量消耗和最优飞艇布局，并且 算法具有很好的收敛性能。 最后，针对临地空间飞艇平台的能量消耗、用户覆盖以及网络连接等多个因 素，提出了一种基于马尔可夫随机场的临地空间飞艇混合布局模型，并使用势能 游戏理论进行了模型等效，最后使用改进的空间自适应活动算法对飞艇布局模型 进行了分布式求解。实验结果表明，所提出的分布式算法能够达到纳什均衡解， 并且明显提高了收敛速度；同时飞艇能够达到最优的网络布局。 临地空间异构的网络系统布局模型优化算法无线传感器网络  ?如?? ?? ?簍????．???飅? ???? ? ???畂? ? ?????????????? ????瑆?? ???? ?? ? ???? ??? ???甌??瑃????? ? ? ?????? ???畂? ? ??? ?譺 ?? ???畂?? ?? ????? ?? ??? ? ? ?????痙? ?? ??陏 ?? ??? ???啪??? ??? ?? ??? ???琺? ???? ?餷 ?????????? ??? ? ????? ??鬳玛?? ????? ? ? ? ??????  第一章绪论 ??临地空间的研究背景及意义 随着全球移动通信用户数目的增加，现代无线通信系统要求能够提供高容量 高速率移动的无线服务需求，比如图像以及视频等多媒体服务。这样的通信需求 促使无线通信系统以及无线解决方案不断的改进和发展，从而能够更好的解决最 后一英里问题，即面向用户的服务需求。现阶段主要的无线通信系统为地面蜂窝 网以及卫星网络，对于地面蜂窝网，无线通信技术已经逐步从?通信系统中的 但是人们仍在不断研究新的通信网络，如?疎技术。虽然地面的网络系统能够提 供给用户不错的网络服务，但是由于网络移动性差、不能够实现无缝覆盖以及无 线网络容量受到地面非视距传播的限制，所以并不能够达到任何人在任何地方获’ 现全球覆盖，但是传播时延太大以及造价太高，因此使用同步卫星的用户并不普．。 及；对于低轨卫星，虽然无线服务质量较好，传播时延较低，但是调整和维护仍 然比较困难。因此，新一代的无线通信系统的研究变的十分重要，从而实现高用 户容量、组网灵活以及无缝覆盖等目标。 随着对空间资源的不断探索以及无线网络技术的快速发展，临地空间的概念 以及临地空间异构通信网络系统的研究越来越受到人们的关注。图??给出了一种 临地空间异构通信网络系统，临地空间表示为平流层及其以下的空间范围，大概 平流动，因此可以在这个高度范围布置飞艇节点，从而构成临地空间飞艇平台?】。 与地面蜂窝网络相比，临地空间飞艇平台具有覆盖范围大、布局灵活以及较好的 视距链路等优点；与卫星网络相比，临地空间飞艇平台具有时延小、布局灵活以 及成本低等优点。临地空间飞艇平台不仅可以单独对地面用户提供无线服务，而 且可以多个飞艇平台组网对地面用户提供无线服务。另外，临地空间飞艇平台具 备长工作时间、快速机动和连续侦察监测的能力，并且能够根据任务需求进行快 速部署，实现按需组网。因此，临地空间飞艇平台可以连接地面网络以及卫星网 络，组成多层次的临地空间异构网络通信系统，该系统应用范围十分广阔，有着 巨大的应用价值。比如，其能够应用到遥感观察、森林火灾监测、抢险救灾、环 境监测、气象预报、农业管理、国防预警、智能交通系统以及通信基础设施等邻  临地空问飞艇平台布局优化研究 地面无线网络 地面用户 无线传感器网络 国进行了?Ⅺ和删工程的研究【翻；同时，我国的清华大学、上海交通大学、 西安电子科技大学以及中电集团?所也进行了这方面的研究。临地空间中飞艇平 空间多飞艇平台的研究，主要包括临地空间飞