无线多跳网络运用不同连接技术性能研究
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第３ Ｏ卷 ６期
２ ０ 年 １ 月 ０７ １
Ｊｕｎ安 ｆ 师ｕ Ｎｏｍａ Ｕｎ报ｒｉ （ ｔｒｌ ｅｃ） ｏ ｒａ 徽 ｈ 范 大 学 ｉｅｓ自然科学版）ｉ ｅ ｌ ｏ Ａｎ ｉ ｒ ｌ学 ｖ （ｙ Ｎａｕａ Ｓ ｎ ｔ ｃ
Ｖ④ 。 … ； … ２ ０ ０ 。 ０ ２Ｊ ０ ２ 。 …Ｊ ０ １ ０ １
ｈＬ ０ ０ １ － ０ ０ ０ ０ ｏ 』
图１ ８个节 点网络拓扑及 １２ ３跳连接矩阵 、，
１３ 两个算法 ． 基于最佳路径计算最终连接矩阵的算法［］Ｇ ＝（ Ａ） 加： Ｎ， 其中 Ｎ ＝ ｛ ， ， ｒ ｝Ａ １ ２…； ， 表示Ａ的ｍ 次 ／ ； ｒ ／
收 稿 日期 ：０ ６— １ — ２ ２０ １ ４
基金项 目： 邮电大学攀登计划项 目资助（ ｙ ０ Ｏ ２ ． 南京 Ｎ ２６２ ） 作者简介 ： 叶新荣 （９ ６ ）男 ， ， 士研究生 ， １７ 一 ， 助教 硕 研究方 向： 信号与信息处理 ； 宋建新（ ９４一 ， ， １ ５ ）男 江苏海门人， 教授 ， 硕士生导师
０ ｝ ０ ｌ ０ … ： ２ …： ２０ 。 １ １ ０ ０ ０ ０ ０ 。 … ｌ ２０
ｏ ｏ ３ ｌ ｏ ： 。 ｏ ｊ Ａ ｏ ｊ ｏ ｏ
ｈｉ ０ ０ １ Ｊ ０ － ０ ０ ２ ２ ｈＬ ０ ３ １ － ０ ０ ２ ２ ０ Ｊ
一
个簇 一包括 网络 中所有节点 ， 非完全 连通网络包括几 个簇 ， 一个簇 中也可能仅一个节点 ； 大簇 ： 网络形成 最 在
的所有簇中， 该簇包括的节点数 目 最多； 最佳路径 ： 源节点与 目的节点间所有路径中跳数最少的路径．
、
、 ⑨
Ａ ：
Ｊ ｏ ｏ ｏ ２ ｌ ｏ Ｉ ： ｏ ｏ ｏ ｏ Ａ
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３ Ｏ卷第 ６期
叶新荣 ， 宋建新 ： 无 线多跳 网络运用不同连接技术性能研究
６９ ５
幂乘 ， 表示 Ａ 口 ｍ中ｉ 行 列的元素． 这里的矩 阵乘法与线性代数中的矩阵乘法运算相 同， 例如 ： ＝ Ａ 则 Ｂ
中图分类 号 ： Ｎ９ ３ ２ Ｔ １ ．４ 文 献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ：０ １ ４ ３ ２ ０ ）６—０ ５ —０ １０ —２ ４ （０ ７ ０ ６８ ５
在不增加带宽和发射功率的情形下 ， 与传统的 ｓＳ Ｉ Ｏ技术相比， ＭＯ技术通过空间复用和空时编码能 ＭＩ 获得高 的频谱 利用 率和连 接 可靠性 ｌＪ因此在 无线 多 跳 网 络 中研 究应 用 ＭＩ ｌ， ＭＯ技 术 很 有 意义 ［＿］依 据 发 ２５． 送 端是 否知 道信道 信息 ， ＭＯ系统 可采 用 ＭＲ ６８或 ＭＲｄ ９ 接 收端获 得最 大信 噪 比（ＮＲ）５ ． ＭＩ Ｔ［－］ Ｉ Ｎ Ｓ ［ ］研
摘
要 ： 文 阐释 了完全连 通 网络 、 均路 径 长度 和簇 的概 念 ； 于 图论用矩 阵表 示 网络 拓 扑 ， 出 本 平 基 提
了一种 计 算簇 的数 目的新 算法 ， 并探 讨 了三种 无 线 网络 ， 分 别采用 ＭＩ ＭＲ ＭＩ Ｔ 和 其 ＭＯ Ｃ， ＭＯ ＭＲ
ｓＳ ＩＯ技术连接 ； 通过仿真显示运用 ＭＩ ＭＯ方式通信 能增强网络鲁棒性和降低平均能量消耗． 关键词 ： 多输 入 多输 出 （ ＭＯ） 单 输 入 单 输 出 （ Ｉ０） 最 大 比例 合 并 （ Ｃ） 最 大 比例 传 输 ＭＩ ； ＳＳ ； ＭＲ ； （ Ｔ） 无线 多跳 网络 ． ＭＲ ；
“” 这对 节点不 在通 信范 围 内． １中矩 阵 Ａ表示 了图 中接 点一 跳连接 情况 ． ０则 图
１ ２ 几 个定 义 ．
完全连通 网络 ： 网络中任意两节点可 以通过一跳或 多跳通 信 ； 路径 长度 ： 点 与 目的节点 间路径 长度 等 源节 于它们 间 的跳 数 ； 一个 网络可 能形成几 个簇 （ ）不 同簇 间 的节点 不能通 信 ， 同一簇 内的任 意两个节 点可 以 块 ， 但 通过一 跳或多跳通信 ； 如图 １ 例 中节点 ａ， ， 和 ｄ形成一个簇 ， ， ｇ和 形成另一簇 ； 全连通 网络只有 ６ Ｃ ｅ ｆ， 完
１ 数学模型 、 概念和算法
１ １ 数学模 型 ． ．
无 方 向的 图 Ｇ（ ， 可 以用 来表 示无线 多跳 网 络 的拓 扑 ｌ ， 中 Ｎ是 网络 中的节点 集合 ， 是 网络 的 Ｎ Ａ） ３其 ］ Ａ
一
跳 连接 矩 阵 ， 是 ｛，｝ 阵 ， Ａ 中的元 素 ｍｎ 是 “ ”表示 节 点 ｍ 与 节点 ｎ在一 跳 通 信 范 围 内 ， 是 Ａ ０１ 矩 若 小 １， 若
Ｎｏ ｖ．２ ００ ７
无 线 多跳 网络运 用 不 同连 接技 术 性 能研 究
叶 新 荣 ， 宋 建新 ２ 一
（． １安徽师范大学 物理与电子信息学 院， 安徽 芜湖 ２ １０ ； ． ４ ０ ０ ２ 南京邮电大学 通信与信息２程 学院， １ ２ 江苏 南京 ２０ ０ ） １０ ３
究 了运用 ＭＩ ＭＲＣ技术 的无线 网络 ， ＭＯ 但仅 在形 成 完全 连通 网络 的能力 和簇 的大小 方面 与采用 ＳＳ ＩＯ技术 进行 了比较 ． 文分析 了三种 无线 网络 ， 分别 采用 ＭＩ ＭＲ ， ＭＯ Ｔ＂ ＳＳ 本 其 ＭＯ Ｃ ＭＩ Ｍ１Ｉ 和 ＩＯ连接 技术 ， 并通 过仿 真 比较这 三种网络在形成完全连 通 网络 的概率 、 均路径长度 、 的数 目和最 大簇 中节点数 目等方 面的性能 ． 平 簇
第３ Ｏ卷 ６期
２ ０ 年 １ 月 ０７ １
Ｊｕｎ安 ｆ 师ｕ Ｎｏｍａ Ｕｎ报ｒｉ （ ｔｒｌ ｅｃ） ｏ ｒａ 徽 ｈ 范 大 学 ｉｅｓ自然科学版）ｉ ｅ ｌ ｏ Ａｎ ｉ ｒ ｌ学 ｖ （ｙ Ｎａｕａ Ｓ ｎ ｔ ｃ
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图１ ８个节 点网络拓扑及 １２ ３跳连接矩阵 、，
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收 稿 日期 ：０ ６— １ — ２ ２０ １ ４
基金项 目： 邮电大学攀登计划项 目资助（ ｙ ０ Ｏ ２ ． 南京 Ｎ ２６２ ） 作者简介 ： 叶新荣 （９ ６ ）男 ， ， 士研究生 ， １７ 一 ， 助教 硕 研究方 向： 信号与信息处理 ； 宋建新（ ９４一 ， ， １ ５ ）男 江苏海门人， 教授 ， 硕士生导师
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一
个簇 一包括 网络 中所有节点 ， 非完全 连通网络包括几 个簇 ， 一个簇 中也可能仅一个节点 ； 大簇 ： 网络形成 最 在
的所有簇中， 该簇包括的节点数 目 最多； 最佳路径 ： 源节点与 目的节点间所有路径中跳数最少的路径．
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３ Ｏ卷第 ６期
叶新荣 ， 宋建新 ： 无 线多跳 网络运用不同连接技术性能研究
６９ ５
幂乘 ， 表示 Ａ 口 ｍ中ｉ 行 列的元素． 这里的矩 阵乘法与线性代数中的矩阵乘法运算相 同， 例如 ： ＝ Ａ 则 Ｂ
中图分类 号 ： Ｎ９ ３ ２ Ｔ １ ．４ 文 献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ：０ １ ４ ３ ２ ０ ）６—０ ５ —０ １０ —２ ４ （０ ７ ０ ６８ ５
在不增加带宽和发射功率的情形下 ， 与传统的 ｓＳ Ｉ Ｏ技术相比， ＭＯ技术通过空间复用和空时编码能 ＭＩ 获得高 的频谱 利用 率和连 接 可靠性 ｌＪ因此在 无线 多 跳 网 络 中研 究应 用 ＭＩ ｌ， ＭＯ技 术 很 有 意义 ［＿］依 据 发 ２５． 送 端是 否知 道信道 信息 ， ＭＯ系统 可采 用 ＭＲ ６８或 ＭＲｄ ９ 接 收端获 得最 大信 噪 比（ＮＲ）５ ． ＭＩ Ｔ［－］ Ｉ Ｎ Ｓ ［ ］研
摘
要 ： 文 阐释 了完全连 通 网络 、 均路 径 长度 和簇 的概 念 ； 于 图论用矩 阵表 示 网络 拓 扑 ， 出 本 平 基 提
了一种 计 算簇 的数 目的新 算法 ， 并探 讨 了三种 无 线 网络 ， 分 别采用 ＭＩ ＭＲ ＭＩ Ｔ 和 其 ＭＯ Ｃ， ＭＯ ＭＲ
ｓＳ ＩＯ技术连接 ； 通过仿真显示运用 ＭＩ ＭＯ方式通信 能增强网络鲁棒性和降低平均能量消耗． 关键词 ： 多输 入 多输 出 （ ＭＯ） 单 输 入 单 输 出 （ Ｉ０） 最 大 比例 合 并 （ Ｃ） 最 大 比例 传 输 ＭＩ ； ＳＳ ； ＭＲ ； （ Ｔ） 无线 多跳 网络 ． ＭＲ ；
“” 这对 节点不 在通 信范 围 内． １中矩 阵 Ａ表示 了图 中接 点一 跳连接 情况 ． ０则 图
１ ２ 几 个定 义 ．
完全连通 网络 ： 网络中任意两节点可 以通过一跳或 多跳通 信 ； 路径 长度 ： 点 与 目的节点 间路径 长度 等 源节 于它们 间 的跳 数 ； 一个 网络可 能形成几 个簇 （ ）不 同簇 间 的节点 不能通 信 ， 同一簇 内的任 意两个节 点可 以 块 ， 但 通过一 跳或多跳通信 ； 如图 １ 例 中节点 ａ， ， 和 ｄ形成一个簇 ， ， ｇ和 形成另一簇 ； 全连通 网络只有 ６ Ｃ ｅ ｆ， 完
１ 数学模型 、 概念和算法
１ １ 数学模 型 ． ．
无 方 向的 图 Ｇ（ ， 可 以用 来表 示无线 多跳 网 络 的拓 扑 ｌ ， 中 Ｎ是 网络 中的节点 集合 ， 是 网络 的 Ｎ Ａ） ３其 ］ Ａ
一
跳 连接 矩 阵 ， 是 ｛，｝ 阵 ， Ａ 中的元 素 ｍｎ 是 “ ”表示 节 点 ｍ 与 节点 ｎ在一 跳 通 信 范 围 内 ， 是 Ａ ０１ 矩 若 小 １， 若
Ｎｏ ｖ．２ ００ ７
无 线 多跳 网络运 用 不 同连 接技 术 性 能研 究
叶 新 荣 ， 宋 建新 ２ 一
（． １安徽师范大学 物理与电子信息学 院， 安徽 芜湖 ２ １０ ； ． ４ ０ ０ ２ 南京邮电大学 通信与信息２程 学院， １ ２ 江苏 南京 ２０ ０ ） １０ ３
究 了运用 ＭＩ ＭＲＣ技术 的无线 网络 ， ＭＯ 但仅 在形 成 完全 连通 网络 的能力 和簇 的大小 方面 与采用 ＳＳ ＩＯ技术 进行 了比较 ． 文分析 了三种 无线 网络 ， 分别 采用 ＭＩ ＭＲ ， ＭＯ Ｔ＂ ＳＳ 本 其 ＭＯ Ｃ ＭＩ Ｍ１Ｉ 和 ＩＯ连接 技术 ， 并通 过仿 真 比较这 三种网络在形成完全连 通 网络 的概率 、 均路径长度 、 的数 目和最 大簇 中节点数 目等方 面的性能 ． 平 簇