面向灾后应急通信的快速网络构建及性能优化研究

Recently, the natural disasters are happening around the world, which have a serious threat to people's daily life and the safety. In particular, a lot of communication resources were completely or partially damaged. The people in the affected areas cannot communicate with the outside world in time so as to delay the best rescue time. The object of this project is to quickly recover network to meet the needs of network communication. It focuses on the rapid construction model and performance optimization for emergency communication network. First of all, we study on a novel rapidly reconstructive model for emergency communication network, which can quickly reconstruct network after major disasters and timely restore communications. Then, we focus on the issue of channel allocation to improve the transmission performance of the model, which can minimize the network interference and maximize the throughput. In addition, due to the openness and limited resources of the network in disaster areas, we propose a new certificate revocation algorithm to revoke the certificate of the malicious node, in order to conserve energy and guarantee network security.

近年来，世界范围内重大自然灾害频发不断，严重威胁到人们的生命和财产安全。尤其是灾害导致受灾地区通信设备损毁严重，无法满足人们及时与外界取得联系的迫切需求，延误了最佳救援时机。本课题以快速构建灾区应急通信网络、满足通信需求为目标，重点对灾后应急通信网络的快速构建模型及其性能优化问题展开研究。首先，研究应急网络的快速构建模型，可以快速部署,及时恢复灾区网络通信。其次，为了满足受灾地区爆发式增长的网络需求，本课题重点研究信道干扰对网络传输性能的影响，提出一种基于干扰权重的信道分配算法，最小化网络干扰，最大化网络吞吐量，提高模型的传输性能。最后，受灾地区网络开放和能量资源有限等因素严重影响了网络的安全性能，本课题提出一种新的基于簇的证书撤销机制，快速发现恶意节点行为并撤销其证书，减少能量消耗，增强模型的安全性能。

重大自然灾害的发生严重威胁到人们的生命和财产安全，尤其是灾害导致受灾地区通信设备损毁严重，无法满足人们及时与外界取得联系的迫切需求，延误了最佳救援时机。本项目针对灾后应急通信网络的快速构建及其性能进行了研究，充分考虑灾后坏境的特殊性，从网关部署、信道分配和节点安全三个方面展开具体研究，优化了网络安全性和传输性能，为下一步构建灾后应急通信网络的实际应用提供了有力的技术支撑。项目在执行过程中取得了以下进展：（1）设计了一种基于三层架构的网络模型，可以实现受灾地区网络的快速部署。针对模型骨干网中网关部署问题，联合部署代价和瓶颈冲突域进行网关节点选择，降低了网络部署成本，提高了网络吞吐量。（2）为了满足受灾地区爆发式增长的网络需求，提出一种新的信道分配策略，细分信道间干扰程度，综合考虑信道分离度和链路权重，优化粒子群算法，降低了网络干扰，优化网络传输性能。（3）针对应急网络的开放性，提出了一种基于区块链的恶意节点检测模型，通过智能合约将恶意节点的异常行为自动地、分布式地进行预定义操作，并将所有相关数据形成可被追溯、验证并带有时序特征的数据区块。不仅遏制了恶意节点对网络正常运行的干扰，也保证了检测过程的透明可追溯。本项目所取得的研究成果，对于今后灾后应急通信网络的快速部署和优化有着一定的参考意义与应用价值。