面向智慧城市的智慧通信网络群体合作行为研究

In Smart Communication Networks (SCN), the wireless communication terminals use relay-cooperation techniques to improve the quality of communication, which is becoming a new trend in recent wireless communication researches. However, while improving the quality of communication, existing relay-cooperation techniques also generate large number of additional traffics, which causes to the problem of large communication delay, high communication overhead and short communication endurance. To solve these problems, we truthfully and objectively describe individual's time-varying motion law and the dynamic organizational relationships among SCN users. Based on the description, we construct a scale-free dynamic smart communication network (SF-DSCN) model and study the cooperation behavior of SCN users by applying dynamic spatial evolutionary game technology on SF-DSCN. Our objective is to promote and maintain cooperation, as well as guarantee a high communication quality. Next, we use complex system analysis method to study the SF-DSCN. We design the "time controlled learning mechanism" to control the communication delay. We study the "space controlled learning mechanism" to reduce the communication cost. We also develop the "energy controlled learning mechanism" to enhance communication endurance. To sum up, our project aims to improve the SCN's communication quality as well as control the overhead in the three dimensions of time, space and energy respectively.

智慧通信网络（Smart Communication Networks，SCN）中，移动终端采用中继合作技术提高通信质量，是当前无线通信发展的新趋势。然而，现有的中继合作技术由于引入大量额外通信，导致通信延时大、成本高、持续工作时间短等问题。针对这些不足，本项目通过对实际通信系统中，用户时变运动规律及用户间动态组织关系的分析，构建无标度动态智慧通信网络（Scale-Free Dynamic SCN, SF-DSCN）模型，采用动态空间演化博弈分析的方法，促进SCN中群体合作行为的涌现并加以维持，保证用户的高质量通信。在此基础上，进一步进行复杂系统分析，设计"时间受控学习机制"，降低通信延时；设计"空间受控学习机制"，缩减通信成本；设计"能量受控学习机制"，延长通信续航。项目的研究对提高SCN通信质量，控制无线通信在时间、空间以及能量三个维度的开销具有重要的现实意义。

协作通信网络中，移动终端采用中继合作技术提高通信质量，是当前无线网络发展的新趋势。然而，现有的中继合作技术存在着通信延时大、成本高、持续工作时间短等问题。针对这些不足，本项目对实际网络中用户时变运动规律及动态组织关系进行分析，构建无标度动态协作通信网络模型。在该模型基础上，项目采用动态空间演化博弈分析的方法，进一步进行复杂系统优化：设计“时间受控学习机制”，降低通信延时；设计“空间受控学习机制”，缩减通信成本；设计“能量受控学习机制”，延长通信续航。项目的研究对提高协作通信网络通信质量，控制无线网络在时间、空间以及能量三个维度的开销具有重要的现实意义。..项目执行期间，总计发表高水平学术论文11篇，涉及的领域包括复杂网络、协作通信及空间博弈，被JSAC, PLOS, Computer Network，Physica A等知名SCI期刊录用。同时，项目组拥有一个自主开发的协作通信网络实验测试平台。相关论文及系统平台成果包括：协作通信网络组网算法、无标度特性在时变动态环境中维护算法、普适性动态空间演化博弈建模、时间受控学习机制、空间受控学习机制、能量受控学习机制、协作通信网络原型系统、协作通信网络性能测试。另一方面，由于时间及经费等原因，协作通信网络的硬件测试及相关知识产权问题尚未如期完成。..本项目的性质为前瞻性应用基础研究，开展的研究内容是未来无线通信网络中可靠性、传输率、吞吐率、通信延时以及能耗等关键指标的基础。项目将对迅速发展的协作通信产业在组网、布网以及网络运行上提供底层技术支持，加速我国智慧城市建设的进程。因此项目的研究成果具有重要的现实意义。