基于仿真实验的移动自组织网络链路连通性建模研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:DJ_BOY
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移动自组织网络(Mobile Ad-hoc Networks,MANET)是一种无固定接入点、节点自我组织和管理的无线通信系统,组网灵活,应用前景广阔。在移动自组织网络中,节点间的通信路径由一系列无线链路组成,链路性能直接影响网络通信质量,而链路最基本的特性是链路连通性。通信节点的移动性使得链路连通情况频频变化,导致网络拓扑结构和通信路由等也随之变化。因此,针对动态网络的链路连通性研究对网络拓扑控制和路由协议分析等有着重要的意义。链路连通性主要受无线链路传输环境和节点移动特性影响。根据无线电磁波在空中传播的损耗特性,理论推导了信号功率的三种衰落模型:路径损耗、阴影衰落和多径衰落。利用信号功率衰落特性,引入节点有效传输范围模型。通过仿真实验比较三种衰落模型不同组合下节点有效传输环境的变化情况,分析无线链路传输环境对链路连通性的影响。同时,对比研究三种常见运动模型:随机行走模型、高斯-马尔可夫移动模型和半马尔可夫平滑移动模型。通过实验仿真单个节点运动轨迹和某时刻所有节点的空间分布,评估三种模型的优缺点。然后,选取运动规律更贴近实际情况的半马尔可夫移动模型作为后续研究的节点运动模型。在此基础上,利用图论的邻接矩阵和链路连通概率向量表示链路连通性,结合马尔可夫链理论,建立具有时变特性的一阶马尔可夫链路连通性模型。为了提高模型精度,依据高阶马尔可夫过程可以逼近任意可测过程的理论基础,将一阶马尔可夫链路连通性模型扩展到高阶马尔可夫链路连通性模型,最终建立具有时变特性和高精度的高阶马尔可夫链路连通性模型。通过蒙特卡洛仿真得到不同时刻链路连通状态,采用统计方法获得链路连通性模型参数:马尔可夫转移概率矩阵。为了验证链路连通性模型的准确性,通过与蒙特卡洛仿真、多状态一阶马尔可夫模型实验对比,评估网络特性参数:链路生命时间。并分析模型精度与马尔可夫链阶数之间的对应关系,优化模型。通过仿真实验得到以下结论:首先,高阶马尔可夫链路连通性模型能够有效地描述无线链路随时间变化的连通情况;其次,高阶马尔可夫链路连通性模型生成的链路生命时间精度随着马尔可夫链阶数增加而提升,当马尔可夫链阶数大于四时,模型精度提升不明显;最后,相比多状态一阶马尔可夫模型,四阶马尔可夫链路连通性模型的模型误差下降了68%。
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