认知战术网络系统行为建模仿真研究

Future tactical networks envisioned for the network centric warfare (NCW) paradigm will need cognitive functions to adapt to dynamic wireless resources more effectively in high maneuver battlefield environment. However, such "smart" networking exacerbates the problem of generating reliable and robust network designs. Recognizing that understanding system behavior is very important to achieve better design of cognitive tactical networks, we will carry out system modeling and simulation studies by focusing some key issues at three spatial-temporal scales. First, modeling mobility is a key factor in simulating cognitive tactical network systems at large spatial-temporal scale. We will try to propose terrain-awareness based mobility models to better reflect both the real battlefield environment and tactical intent. Second, aiming to understand dynamic spectrum-based collaborative behaviors at middle spatial-temporal scale, we will use a system model to describe how a few subnets of a cognitive tactical network cooperate with each other, and identify several potential cognitive design knobs by introducing different information and rules. Third, correlative dynamics of concurrent traffic flows associated with wireless resources at small spatial-temporal scale remains elusive. We will construct a system model to show how concurrent traffic flows occupy the wireless channel slots, and study cognitive MAC slot scheduling methods and their corresponding behaviors.

支持未来网络中心战的认知战术网络，能有效适应高机动环境下无线资源的动态变化，但其系统设计分析的复杂度也大为提高。本项目拟从大、中、小三个时空尺度上的关键问题着手研究。首先，在大时空尺度上，作战单元或编队的机动行为，体现战术网络特有的应用需求特征，为系统建模中的一个关键因素。本项目拟通过基于地形和态势感知的移动行为建模仿真，探索更好地体现真实战场环境和战术意图的移动行为模型。其次，在中时空尺度上，围绕动态频谱资源的协同行为是一个尚待深入探索的关键问题。本项目拟通过多子网协同及其耦合行为的建模仿真，研究基于认知信息协同使用频谱资源的过程，理解信息和规则在耦合行为中所起的作用。再次，在小时空尺度上，网络中并发业务在信道时隙调度下产生的相互影响有待深入认识。本项目拟通过并发业务与无线资源的关联行为建模仿真，理解并发业务围绕无线资源所产生的相互作用，探索基于业务认知的MAC时隙调度策略及其系统行为。

本项目以战术互联网络为场景，围绕节点的移动行为、多子网的协同行为以及业务与资源的关联行为，以建模、仿真、理论分析和实验为基本方法，探索认知过程、系统行为对网络性能、应用目标的影响。基于特定场景和一般场景下的网络元素的构建，通过优化节点之间、子网之间的行为以及网络的资源配置，实现网络效能的提高和应用目标的高效实现。.具体而言，在移动行为方面，我们梳理了战术环境下的地形因素和环境因素，建模了战场节点的移动过程与行为模式，提出了基于人工蜂群算法的节点移动策略以及基于敌方态势感知的移动规避策略，实现了节点在战场环境下的安全且快速的运动。.在多子网协同研究方面，我们分别以自组织网络、无线接入网络、骨干传输网络和抽象的一般网络为研究对象，针对节点的功率控制、频率管理，子网的流表更新、信道接入等特定问题，开展节点之间、子网之间在不同网络环境下的协同行为的研究。基于博弈理论、优化理论、图论等基础方法，我们理论分析了子网的协同行为导致的网络性能变化，设计了不同网络场景下节点和子网的认知方法和协同过程，进而提高了网络协同效率，调和了网络的整体性能和个体性能。.在业务与资源关联方面, 我们以无线接入网、抽象的一般网络为例，重点分析了网络的业务行为对网络资源使用效率的影响。分别从理论和实验两个角度刻画了网络中节点的潜在行为和真实行为，提出了网络资源的认知方法，在一般网络中获得了协同带来的性能增益界限，在特定网络中获得了协同所引起的节点行为变化。.此外，针对网络的不同层面，我们提出了不同的适合战术网络场景的节点协同流程。为将所提认知方法、协同策略应用于实际场景，我们开发了智能的网络通信节点，实现远程的节点控制以及多节点的协同组网。该平台以数据驱动节点的行为，具有复现真实网络中节点行为的能力。