无线通信网络中简并性的研究

摘要

随着互联网及其附属和覆盖网络越来越复杂，人们理解、配置和管理这些网络的难度也越来越大。近年来，人们开始转向自然界去寻求解决的方法。从蚂蚁和蜜蜂种群得到的启发用来解决计算机网络的合作任务问题；一些基本的生物学过程，比如扩散、复制、趋向性和激发等，都被用来构建大规模计算机网络。这些都是因为生物系统具有高度的适应性和健壮性。人工免疫系统、基因算法和基于细胞和分子的方法也是很有名的由生物启发得来用于构建自治适应通信网络的方法。
　　在本课题中，我们将向网络工程领域引入另一个生物学的概念：简并性，并且研究其在控制低开销的前提下改善无线网络连通性、健壮性等性能的潜力。
　　简并性是指结构上不完全相同的元素在特定的环境中可以发挥相同的作用，或者产生相同的结果的性质。它是很多不同层面上的生物系统的一个显著的特征。在生物系统中，简并性也仅仅是在上世纪末、本世纪初才被明确提出来，被认为是得到高度健壮性的一个关键机制，甚至被提到了进化的高度，可见其在生物领域的重要性。在复杂通信网络中，健壮性、适应性同样是一个很重要的性质，连通性以及其他一些网络统计指标同样对改善通信网络性能有至关重要的作用，所以简并性将会是构建下一代健壮、自治的网络的关键技术。
　　本课题在对简并性在生物领域的研究进行简要的回顾的基础之上，提出简并性在无线通信网络工程领域的规范定义。然后将无线通信网络分为两部分：传统的基于基础设施的网络(infrastructure-based networks)及多跳自组织网络(Ad hoc networks)。在两种不同的网络环境中对节点的构造及属性进行抽象，规定其简并行为。以Tononi等人提出的基于信息理论的度量简并性的方法为基础，分别对节点的简并性进行计算，研究其与网络各参数之间的关系，并根据网络的各项指标得出简并性对于改善网络性能的作用。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外相关研究

1.3 论文的主要工作及章节安排

第二章 简并性概述

2.1 生物学中简并性研究现状

2.2 简并性与工程结合研究

2.3 工程中简并性的规范定义

2.4 本章小结

第三章 网络模型

3.1 网络节点

3.2 基于基础设施的网络模型

3.3 多跳自组织网络模型

3.4 本章小结

第四章 简并性的度量

4.1 简并性度量方法

4.2 网络工程中简并性计算

4.3 本章小结

第五章 模拟实验及结果分析

5.1 实验环境

5.2 图形界面

5.3 仿真结果分析

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 主要结论

6.2 未来研究展望

参考文献

符号与标记（附录1）

致谢

攻读硕士学位期间已录用的论文