组织设计-基于程控可调衰减方法的移动自组织网络仿真研究 精品
初探基于跨层机制的无线路由协议(AODV)的分析与仿真
初探基于跨层机制的无线路由协议的分析与仿真摘要：AdHoc无线网络具备无需基础设施、临时组网、动态网络拓扑和自组织的特点，在国内外得到了显著的重视。
也正是由于无线网络的这些特点，存在很多问题，成为推广无线网络的瓶颈，亟需提高AdHoc无线自组网的性能。
为此，我们提出并研究了结合跨层设计和基于AODV 路由协议的改进维护路由的算法的技术方案，并基于NS2进行模拟和仿真，提出高效合理的改进方案。
关键词：AdHoc网络AODV协议跨层改进仿真1前言随着Internet、无线通信技术的发展，Adhoc无线网络技术越来越受到人们的重视。
Adhoc 无线网络是由众多的无线移动节点组成，这些节点不需要无线网络基础设施的支持，自发地以多跳的方式快速地建立通信联系，组织成为一个临时的网络。
为了与现有的网络互联互通，Adhoc无线网络采用了TCP/IP体系结构，然而，Adhoc无线网络自身的特性如无中心控制节点、节点的移动导致串路和网络拓扑快速变化、节点资源和网络带宽受限等问题严重影响了Adhoc无线网络的性能，决定了Adhoc无线网络不能完全照搬使用现有网络的协议栈，在多种提高AdHoc无线网络性能的方法中，跨层设计是非常行之有效的一种。
另外，由于无线链路的不稳定性和邻居节点的移动性，各个节点对其邻居信息的掌握和管理变得困难，整个网络拓扑呈现高度的动态特征。
这样就需要适合AdHoc无线网络这种特殊环境的路由协议和路由算法。
我们研究了一种基于AODV路由协议（AdhocOn-demandDistantVector，按需距离矢量路由算法）的改进，主要在于改进维护路由的算法。
并且，通过仿真软件NS2进行模拟和仿真，研究出高效合理的改进方案。
2AdHoc网络及其路由协议2.1AdHoc网络的概况AdHoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳的临时性自治系统。
网络中的移动终端具有路由和报文转发功能，可以通过无线连线构成任意的网络拓扑。
移动Ad Hoc网络安全技术的研究的开题报告
移动Ad Hoc网络安全技术的研究的开题报告一、选题的背景和意义：移动Ad Hoc网络是无线移动通信领域中的一种充满潜力的新兴技术，它能够实现移动节点之间的自组织和自主组网。
移动Ad Hoc网络具有无需基础设施、快速部署、自组织、灵活性强等优点，因此在军事、紧急救援、野外勘探、普及民间等领域有着广泛的应用前景。
然而，由于移动Ad Hoc网络中的节点数量大、拓扑结构不稳定、无线信道资源受限等因素，网络中的信息传输和存储等问题具有较大的挑战性。
其中最为突出和重要的问题是网络安全。
移动Ad Hoc网络面临各种可能存在的攻击和安全威胁，如黑客攻击、信息窃听、数据篡改、拒绝服务攻击等，而这些问题会直接影响移动Ad Hoc网络的性能和可靠性。
因此，对于移动Ad Hoc网络中的安全问题进行深入的研究，不仅有助于提高网络的安全性和稳定性，而且还能够加速移动Ad Hoc网络的广泛应用。
二、研究的目标和内容：本研究的主要目标是探究移动Ad Hoc网络中的安全问题，并开发相应的安全技术和解决方案，以提高网络的安全性和稳定性。
具体研究内容包括：1.分析移动Ad Hoc网络中可能存在的安全问题和安全威胁，并挖掘网络和协议的漏洞。
2.研究移动Ad Hoc网络中的安全机制和协议，如加密、认证、密钥管理、攻击检测等。
3.设计并实现安全的移动Ad Hoc网络协议和算法，以提高网络的安全性和性能。
4.开发支持移动Ad Hoc网络的安全测试平台和评估工具，评估安全技术的有效性和实用性。
三、预期的成果和贡献：1.对移动Ad Hoc网络中的安全问题进行全面的调研和深入的分析，并提出相应的解决方案和技术。
2.设计和实现安全的移动Ad Hoc网络协议和算法，提高网络的安全性和性能。
3.开发支持移动Ad Hoc网络的安全测试平台和评估工具，评估安全技术的有效性和实用性。
4.提高移动Ad Hoc网络的安全性和可靠性，促进移动Ad Hoc网络技术的应用和推广。
移动Ad Hoc网络关于路由和跨层技术的研究的开题报告
移动Ad Hoc网络关于路由和跨层技术的研究的开题报告一、研究背景及意义移动Ad Hoc网络是由一组移动节点组成的无线自组织网络，这些节点可以动态地组成拓扑结构，以传输网络流量和数据。
这种网络在军事、应急救援、普及的大规模社区等领域中有着广泛应用。
由于移动节点的自由移动和不确定性，Ad Hoc网络的拓扑结构会不断变化，这极大地增加了网络的复杂性。
而路由则是Ad Hoc网络中最为基础和重要的技术之一，它的正确性和效率直接影响到整个网络的性能。
因此，对于路由和跨层技术的研究具有极大的实践意义和重要性。
本文将针对移动Ad Hoc网络中的路由和跨层技术进行深入研究和探究，以期达到更好地优化网络性能和提高数据传输效率的目的。
二、研究内容和方法1. 路由技术（1）路由协议分类和研究Ad Hoc网络中路由协议有许多种类，包括：基于距离的路由协议、基于内容的路由协议、基于位置的路由协议等。
本文将重点研究这些路由协议的优缺点、适用场景和性能指标，并根据不同场景选择不同的路由协议进行实验验证和优化。
（2）路由中的负载均衡负载均衡是Ad Hoc网络中一个比较重要的问题，不仅会影响节点之间的负载平衡，还会影响到整个网络的稳定性和性能。
因此，本文将对路由中的负载均衡进行研究和探究，包括负载均衡的算法设计和实现。
2. 跨层技术（1）跨层协议的设计和实现传统的协议将不同功能的网络层分开实现，而跨层技术则是将这些不同功能的网络层整合在一起，以提高网络通信的效率和性能。
因此，本文将研究跨层协议的设计和实现，包括：协议的结构、组织方式、协议的交互方式等。
（2）跨层优化算法的研究在Ad Hoc网络中，由于拓扑结构的复杂性，单个网络层的优化算法的效果会有限。
而跨层优化算法则可以从多个网络层的角度出发，共同优化整体网络性能。
因此，本文将对跨层优化算法进行研究，包括算法的设计和实现。
三、预期成果通过本文的研究，预计可以实现以下成果：1. 对于Ad Hoc网络中的路由和跨层技术的研究，可以得到更加深入的了解和认识，为网络的优化提供理论支持。
自组织网络的拓扑结构与性能研究
自组织网络的拓扑结构与性能研究自组织网络（Self-Organizing Networks, SON）是一种基于分布式智能的网络管理和优化技术，能够自动感知网络环境变化，实现灵活的网络配置和优化。
拓扑结构是自组织网络中的重要组成部分，直接影响网络的性能和效率。
本文将探讨自组织网络的拓扑结构与性能的研究。
在研究中，选择适合自组织网络的拓扑结构对于提高网络性能至关重要。
一种常见的自组织网络拓扑结构是分散式结构，每个节点在网络中具有相同的地位和功能，并且通过无线通信进行信息交换。
这种结构具有灵活性和鲁棒性，能够适应网络环境的变化，并且具有较好的容错能力。
除了选择合适的拓扑结构，对于网络的性能研究也是不可忽视的。
自组织网络的性能包括网络吞吐量、延迟、能量消耗等指标。
在拓扑结构的设计和优化中，需要考虑这些性能指标，并进行相应的求解和模拟。
对于自组织网络的拓扑结构和性能研究，可以采用以下的方法和技术：1.模型建立：建立自组织网络的拓扑结构和性能模型。
可以利用图论、网络分析等方法对网络进行建模，并考虑不同节点之间的连接关系和通信规则。
2.网络仿真：通过仿真实验来评估不同拓扑结构下网络的性能。
可以使用网络性能评估工具或自行编写仿真程序，模拟不同业务场景下的网络运行情况，并分析网络性能指标。
3.优化算法：设计拓扑结构优化算法，提高网络的性能。
可以利用进化算法、遗传算法等智能求解方法，对拓扑连接关系进行优化，以提高网络吞吐量、降低延迟等指标。
4.数据分析：对实验数据进行统计分析和挖掘，探索拓扑结构和性能之间的关系。
可以使用数据分析工具进行数据处理，并运用相关统计方法和机器学习算法对数据进行分析。
基于虚拟坐标的移动自组织网络组播路由
超 立方 体最初 主要 是用来 解 决并行 计算 系统 的
体 系结构 问题 ， 年来 基 于超 立 方 体 拓扑 结 构 的 路 近 由策略 以及 ｐ ｐ研究 ［ ］ ５ ］ ２ ８ 随着应用 的需 求渐 渐 ｏ
成 为研 究热 点 。
ＨＶＤ ＿ Ｂ 】 一种基 于 超 立 方 体 拓 扑 的 Ｑｏ 是 Ｓ组 播路 由。在这 个模 型 中超立方 体拓 扑 的高容错 性 和 小 直径特 性 能适应 大规模 移动 自组 织 网络 的组播 路
由， 同时超立 方体 的对 称 性 也 为 组 播路 由实 现 负 载
平 衡 创 造 了可 行 性 。 在 此 模 型 的 基 础 上 ， ＨＶＤ Ｂ还
出 了努力 。然 而 ， 统 的 组 播路 由协 议 如 基 于 泛 洪 传
的组播 ， 于树 结构 的组播 ， 于 网状 结 构 的组 播在 基 基
始化 参数 。 由此 ， 定义 生成元 集合 如下 ： 可
５ （ １ ２ 口 ）一 ａ … ａ ａ１ １口 ａ … ２ （ １ ２ ａ ） ： ａ ａ１ ２ ａｖ 口口 … ｎ ａ … ｒｌ － （ ｌ ２ ａ ） ＝ ａ … ａ ａｌ ｎａ… ２ ｓ （１ ２ 口 ） 口 ａ … ａ ａ１ ２ ａ － ｎ ｎ … ｎ１
移动通信网络的规划、设计与优化
第7章 移动通信网络的规划、设计与优化
7.4 移动通信网络规划设计仿真
7.4.1 通信仿真概述 所谓仿真，就是通过将现实的问题进行抽象，提取出
适当的模型，然后基于该模型进行的一种实验。而仿真技 术是以控制理论、相似理论、数模计算技术、信息技术、 系统技术及其应用领域的相关技术为基础，利用现代计算 机，借助系统模型，对实际的或设想的系统进行试验研究 的一门综合性技术，其特点是它属于一种可控制的、无破 坏性、损耗小的、并允许多次重复的试验手段。而通信发 展到技术越来越复杂、系统越来越庞大的阶段，因此在通 信领域，通信仿真技术作为一种高效的技术正广泛地应用 于通信研究与通信设计过程中。
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第7章 移动通信网络的规划、设计与优化
人口普及率法 趋势外推法 回归预测法 瑞利分布多因素法
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第7章 移动通信网络的规划、设计与优化
3、业务模型
⑴、业务模型构建工程性考虑 一般来说，业务模型至少包括以下内容：
① 每种业务有多少人使用； ② 某业务的使用者使用该业务的频繁程度； ③ 提供的业务种类 ④ 从数据传输的角度，每种业务具有怎样的特性； ⑤ 用户使用某业务时期望怎样的服务质量
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第7章 移动通信网络的规划、设计与优化
7.3 无线传播模式及校正
7.3.1无线传播模型 无线传播模型是对无线传输信道的一种模拟和仿真，
在网络规划软件中，用于预测无线传播的损耗，并预测 接收信号的场强。现有的无线传播模型有3大类，即几何 模型、概率模型和经验模型。其中，几何模型是在电子 地图的基础上直接应用电磁理论计算出确定性模式，但 要求电子地图精度高，且计算复杂，因而较少使用；概 率模型是利用数学知识得出接收信号场强的概率分布情 况，主要用于理论研究；经验模型是基于大量测量数据 的统计模型，在工程上应用较多。本节介绍几种在工程 上推荐使用的无线传播模型。
无人机自组织网络组网与接入技术的仿真设计与实现
无人机自组织网络组网与接入技术的仿真设计与实现高思颖;毛中杰;李东;徐鹏杰;赵天鹤;周杰;俞晖【摘要】描述了面向无人机(UAV)自组织网络的组网技术和接入技术,提出了针对时延的改进接入技术,以增加一部分低优先级消息的时延为代价,降低另一部分高优先级的消息的时延.选择基于C++和Python语言的网络模拟仿真软件NS3作为开发平台,编程实现UAV自组织网络的接入和组网技术仿真.【期刊名称】《上海师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(048)001【总页数】8页(P56-63)【关键词】无人机;自组网;接入技术;NS3;时延【作者】高思颖;毛中杰;李东;徐鹏杰;赵天鹤;周杰;俞晖【作者单位】上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240;上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240;中国航天电子技术研究院空间电子工程中心,北京100094;中国航天电子技术研究院空间电子工程中心,北京100094;中国航天电子技术研究院空间电子工程中心,北京100094;中国航天电子技术研究院空间电子工程中心,北京100094;上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TN929.50 引言相比于长期演进(LTE)通信模式,自组网并不需要类似于基站的外部设施即可通信,因此自组网在构建小型无人机群组的通信网络中,具有重要地位.接入技术是将通信设备接入网络,实现通信设备间有效通信的技术.目前应用最为广泛的接入技术分为时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、空分多址(SDMA)和码分多址(CDMA)等.其中,TDMA接入技术将时间划分为周期性的超帧,再将超帧划分为若干时隙,分配给各用户传输.TDMA接入技术具有通信质量高、保密好、系统容量大等优点,但需要对其进行精确的定时和同步,才能保证其时隙分配的正确性.自组网技术具有良好的同步机制,并且可以获取在线用户数量,适用TDMA接入技术.PATIBANDLA等[1]通过统计在衰落信道环境下,网络负载非饱和时单跳无人机(UAV)自组网的时延数据,分析了采用经典IEEE 802.11 分布式接入协议模型的MAC协议系统时延性能.CAI等[2]提出了一种采用令牌环(token)方式的接入MAC协议,通过仿真验证了协议的有效性.韩海艳等[3]提出了在固定TDMA协议中加入竞争机制并考虑优先级,使协议性能有一定程度的提高.本文作者基于网络仿真软件NS3,编程实现了无人机自组网的组网过程和传输过程,仿真过程中采用的接入技术是在文献[3]所提出方法的基础上进行改进的,将改进方案的时延性能与原方案进行对比,结果表明:改进方案的时延性能更优.1 自组网网络架构自组网是由独立通信终端相互通信并自行建立连接的网络[4].自组网中各个终端都具有主机和路由器的功能.路由器功能执行路由协议,进行路由转发和路由维护的工作;主机的功能是运行面向用户的各种应用程序.自组网路由协议应具备快速、准确且高效的特点,需尽量在最短的时间内查找到准确的路由信息,同时由于自组网终端一般是可移动的,路由协议需要适应网络拓扑的快速变化.在自组网建网过程中,由于各终端实现的功能较多,需要考虑其硬件的计算能力、电源容量和存储空间等因素的限制,应选择合适的接入策略和路由协议,以尽可能降低网络开销[5].一方面,由于自组网中没有类似基站的中转设施,各节点的时间无法校准,为实现节点同步,需要选出其中一个节点作为簇头,其余节点以它为标准进行同步;另一方面,在自组网中节点的传输距离有限,一般需要通过多跳转发,才能将数据包发送到目的节点,随着网络规模增大,数据包的转发次数随之增加,所占用的资源会随之增加,构建及维护路由的开销也会随之增大,导致无线网络的稳定性下降.综上所述,为了解决自组织网络的可扩展问题,提出分层树状结构的跳频自组网通信网络架构.树状分层网络中,同时存在中心控制结构和分布式控制结构,每一层中有多个簇,每一簇中含有一个簇头节点和若干成员节点.同一簇内的节点可以直接或间接进行通信,而同一层中不同簇的成员节点根据相应簇头节点进行转发.2 系统设计无人机自组网是自组网中的一种特殊形式,除了一般自组网的多跳、无中心等特点,还具备一些独有的特点.(1) 高速移动模型.无人机具有很高的移动速度,这种高速移动将造成网络拓扑频繁变化,进而对网络结构稳定性和协议性能带来冲击.(2) 低密度分布.由于空域广泛,无人机活动范围极广,节点在空中分散分布,彼此间距离以公里计算,这种低密度的分布将对网络连通性带来冲击.此外,在现实中,无人机还需要与地面控制台、卫星、有人驾驶飞机等不同的平台建立通信连接,在这些情况下,节点之间存在不确定性,会导致网络的异构性.(3) 节点能量强及网络临时性明显.无人机上的通信设备由飞机提供空间和能量,这使得无人机自组网不需额外考虑节点计算能力和能量耗费问题.无人机一般用于执行特殊任务,运动规律性不强,飞行不确定性大,网络临时性非常明显.(4) 独特的网络目标.传统自组网的连接目标是对等的,无人机自组网也是如此,此外网络中还需要部分担任数据收集的中心节点,因此需要支持流量汇聚.网内可能存在多种传感器,传输的业务包括图像、音频、视频等,具有时延敏感性高、数据业务量大、数据类型多元化等特点,需要保证相应的通信质量.基于上述特点,进行无人机自组网的仿真系统设计,具体实现主要包括网络参数设计、组网过程、接入技术及路由过程4个方面.其中,网络参数设计基于具体场景要求,路由过程已经有具体实例可以参考,因此,程序设计主要分为组网过程和接入技术2个部分.2.1 组网技术仿真设计分簇组网流程包括4个阶段:1) 簇头节点向第一跳节点发送时间同步消息,第一跳节点收到消息后,将本地时间与簇头节点时间进行校准;2) 各跳节点向下一跳节点发送tod同步消息,发送方案与1相同;3) 从最大跳数处开始广播路由信息,并在簇头节点汇聚子网内所有节点的在线情况,本阶段的路由信息只针对一个节点所知的所有在线节点,不包括节点之间的连接关系;4) 簇头在线广播全部节点的信息,节点根据收到的数据包更新本地其余在线节点的信息.本系统中采用自同步方进行前两个阶段的网络同步,后两个阶段实现各节点通信,以获取网络信息与网络结构.图1 组网流程程序框图本系统设置了一个5节点、 4跳结构的网络,组网阶段程序流程图如图1所示.仿真系统中,设置4个频点,在每个发送频点上发送8 ms的tod消息,接收频点则循环接收2 ms的消息,共循环4次.当发送节点和接收节点完成一次频率对齐后,数据收发成功.组网过程中,节点的通信方式均为广播.该方式下,不需要发送具体的目的地址,只需要将其socket连接到广播地址,并设置socket允许广播.该socket发送的所有数据包,均可被其他socket监听到.2.2 接入技术仿真设计采用竞争性TDMA接入技术,将时间分割成周期性的帧,每一帧中分成若干个时隙,各通信设备只能在特定的时隙进行收发通信,在时间轴上不会相互冲突.竞争TDMA时隙分配方法在遇到传输消息不平衡的情况时,可以调节时隙分配情况,节省时间资源.竞争TDMA时隙分配方法的帧结构如图2所示.图2 竞争TDMA技术帧结构图2中,1个完整的TDMA时帧包含3个子帧:声明子帧、应答子帧和信息子帧.作为控制子帧,声明子帧和应答子帧用于交换节点的消息信息,信息子帧则用于传输数据消息.在发送消息时,声明子帧在其主时隙中发送一个ready to send(RTS)分组,其中包括需要发送消息的节点编号及消息量大小标志.经过一轮监听,各节点获取了以自身为中心,一跳范围内的节点消息情况.整合收到RTS信息的节点消息,生成一个clear to send(CTS)分组,其包含需要发送消息的节点编号及消息大小标志.对于发送消息量较小的节点,安排其在信息子帧中的主时隙内发送消息,其他消息不能竞争其时隙.对于消息量较大的节点,除了自身主时隙安排发送消息外,还可以竞争2跳范围内空闲节点的时隙.多节点竞争同一个时隙时,以节点的优先级决定占用该时隙的节点次序.对于没有消息发送的节点,则使其让出信息子帧中的主时隙,节点处于空闲状态.活跃节点在分配的时隙里依次发送消息,空闲节点处于监听状态,以接收其他节点发送消息的请求,直到消息发送完毕.图3 竞争TDMA程序框图图4 总体设计概念图在网络消息负载重的情况下,依次发送节点的数据包.安排数据包中优先级较高的消息在优先级较低的消息之前发送,以增加低优先级消息的时延为代价,大幅降低高优先级消息的时延.由于TDMA帧由相同结构的声明子帧、应答子帧、信息子帧组成,可以统一计算出TDMA帧的执行时间间隔,每隔该时间间隔执行一次TDMA过程,程序框图如图3所示.当节点需要发送数据包时,由于接入部分没有网络拓扑结构的信息,节点可能需经过几个中继节点的转发,才能将数据包发送到目的节点,此时就需要OLSR(optimized link state routing)协议的协助[6].OLSR协议是由经典链路状态算法优化而成的表驱动式路由协议,协议规定将待发数据包的目的地址传输给路由,而路由返回给节点实际发送的下一跳节点地址,节点将数据包发送到下一跳节点,由下一跳节点再与路由交互,进行转发直至到达目的地址.图3中,由MAC层发送本节点的IP地址和目的节点IP地址至路由层,路由层返回下一跳节点IP地址.查询各节点的队列长度,若存在不为0的情况,则判定消息没有发送完,仍需开启下一个TDMA超帧.3 仿真及结果分析本系统总体设计概念图如图4所示.图4中,构建网络场景主要包括:设置节点数,安装网卡及协议栈,设置信道类型,设置移动模型,安装应用层协议,设计网络的拓扑结构,并且依据信道衰减模型,计算相应节点间的距离.当网络仿真的各项模块添加完成后,启动仿真,下达组网指令,所有节点开始组网.组网完成后,开始传输过程,将数据包的目的地址传到路由层,路由层返回数据包下一跳的目的地址,完成交互.图5 系统框架图图6 节点拓扑图采用NS3网络仿真软件对系统进行仿真设计.NS3中,simulator(事件调度器)的机制原理是建立一张离散事件安排表,可以在特定的时间设置发生一个事件,该事件则按时间顺序被放置在离散事件安排表的固定位置.仿真开始后,系统依据离散事件安排表依次执行事件,整个系统共用一个离散事件安排表,表中的事件也可以调用simulator设置子离散事件安排表,子离散事件安排表包含于主离散事件安排表中,表中的起始时间是设置该子离散事件安排表的时间,所有事件均在该时间之后执行.traced call back(数据包追踪机制)的原理是采用回调机制,通过异步调用,实现消息的通知.异步调用即接口的服务在收到消息时,主动调用客户方的端口,进入回调函数.图5中,节点的通信由socket负责,socket是协议簇(TCP/IP)与应用层之间的软件抽象接口,socket发送一个数据包需要在其内部结构中进行层层转发,经过UDP、IP、网络传输层、物理层,并通过信道传输到另一个节点.本次仿真实验中,设置总节点数为5个,分布在3跳范围内.每个节点在一个时隙内最大发包能力为5,空闲时隙将分配给重业务量节点发送,若存在多个重业务节点则查找优先级表进行判断.节点的拓扑结构如图6所示.3.1 组网仿真结果下达组网指令后,5个节点由于开机时间不同,其时间未获得同步,如图7所示.图7 组网开始节点开机时间图组网过程开始后,执行时间同步操作,图8为组网第一阶段的仿真结果.图8中,1号簇头节点,每隔1 ms广播一次,一共广播了32 ms.2号节点作为1号节点的1跳邻居,在第2 ms时收到1号节点的tod消息.组网第二阶段是各跳节点依次向下一跳节点广播tod消息,结果与图7相似.时间同步完成后,各节点的时间如图9所示.组网第三阶段是由最后1跳节点向前1跳节点广播消息,该消息包含本地在线节点列表.前1跳节点收到后,更新自己的在线节点列表,并继续向之前节点广播消息.重复该操作,直到消息到达簇头.第三阶段结束后,各节点的在线节点列表如图10所示. 图8 组网第一阶段仿真结果图9 时间同步结果图图10 第三阶段节点在线列表图10中,1号簇头节点的在线节点列表显示所有节点均在线,最后一跳节点的在线节点列表显示只有自己在线,这与理论吻合.图11 第4阶段节点在线列表组网第4阶段是1号簇头节点广播本地节点在线列表,告知全网其他节点的在线情况,仿真结果如图11所示.图11中,网络中各节点均更新了本地在线节点列表,至此,组网过程结束.3.2 基于TDMA的竞争时隙技术仿真传输过程的网络仿真结果如图12所示.图12中,一个TDMA超帧开始后,1号节点有8个消息包需要发送.在声明过程中,1号节点广播RTS分组,2号节点收到RTS消息;在应答过程中,2号节点广播CTS分组,1号节点收到CTS消息.此时1号节点2跳范围内的节点已经获知了发送消息的需求,在传输阶段,1号节点除了在本时隙发送5个数据包外,还可以占用2号节点的时隙发送剩余的3个数据包.在仿真实验中,将高优先级业务插入到队头,并通过增加低优先级业务的时延,达到降低高优先级业务的时延.设计高、低优先级消息的数量比为1∶4,不同网络负载下仿真结果图如图13所示.图13中,横轴表示业务负载,即一个TDMA超帧内包含的消息量,纵轴表示数据包的平均时延.另外,设置高、低优先级消息数量比为1∶2下的仿真结果,如图14所示.图12 传输过程仿真结果图图13 高、低优先级消息数量比为1∶4条件下的时延仿真结果图图14 高、低优先级消息数量比为1∶2条件下的时延仿真结果图高、低优先级消息数量比为1∶1情况下的仿真结果图如图15所示.图15 高、低优先级消息数量比为1∶1条件下的时延仿真结果图图13～15中,在正常排队情况下,高、低优先级消息的平均时延几乎没有差别,而在采用改进方案后,高优先级消息的平均时延较之前有明显降低,低优先级消息的平均时延也没有显著增加.另外,随着高优先级消息数量占比的增加,改进方案中两种消息的平均时延均会增加,并且在消息负载增大时,相较正常排队方案的平均时延,改进方案中低优先级消息增加了更多的平均时延,这是由于大量高优先级消息插到低优先级消息之前,使得系统性能受到影响.因此,改进方案在网络中,在较少高优先级消息、较多低优先级消息的情况下,具备较好的系统性能.4 结论研究了面向UAV自组织网络的接入与组网技术仿真,并且在NS3网络仿真软件上实现了面向UAV自组织网络的通信系统,提出了一种针对时延的改进接入技术,通过仿真分析了改进前后的系统性能,结果表明:本研究的改进系统较原系统,具备更优的性能.但当前系统仍然存在着一些问题,如在接入技术方面,对于相同优先级之间的排队问题欠缺考虑.在未来的工作中,仍需进一步改进.参考文献:【相关文献】[1] PATIBANDLA S T,BAKKER T,KLENKE R H.Initial evaluation of an IEEE 802.11s-based mobile ad-hoc network for collaborative unmanned aerial vehicles [C]//International Conference on Connected Vehicles and s Vegas:IEEE,2014:145-150.[2] CAI Y,YU F R,LI J,et al.Medium access control for unmanned aerial vehicle (UAV) ad-hoc networks with full-duplex radios and multipacket reception capability [J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,2013,62(1):390-394.[3] 韩海艳,马林华,田雨,等.无人机编队中的自主定位与动态TDMA协议应用 [J].电光与控制,2012,19(9):29-32.HAN H Y,MA L H,TIAN Y,et al.Self-localization and application of dynamic TDMA in UAV formation [J].Electronics Optics and Control,2012,19(9):29-32.[4] ALSHBATAT A I,DONG L.Cross layer design for mobile ad-Hoc unmanned aerial vehicle communication networks [C]//International Conference on Networking,Sensing and Control.Chicago:IEEE,2010:331-336.[5] GOKTOGAN A H,NETTLETON E,RIDLEY M,et al.Real time multi-UAV simulator [C]//IEEE International Conference on Robotics and Automation.Taipei:IEEE,2003:2720-2726. [6] 郑伟明.OLSR路由协议研究及仿真 [D].成都:电子科技大学,2011.。
毕业设计-基于opnet的无线传感器网络qos路由及流量建模研究与仿真[管理资料]
![毕业设计-基于opnet的无线传感器网络qos路由及流量建模研究与仿真[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/4ff0ee2376eeaeaad1f330f8.png)
河海大学本科毕业设计（论文）任务书（理工科类）Ⅰ、毕业设计（论文）题目：基于OPNET的无线传感器网络QoS路由及流量建模研究与仿真Ⅱ、毕业设计（论文）工作内容（从综合运用知识、研究方案的设计、研究方法和手段的运用、应用文献资料、数据分析处理、图纸质量、技术或观点创新等方面详细说明）：（1）搜集/阅读无线传感器网络、OPNET网络仿真等资料文献，熟悉无线传感器网络的基本理论问题，熟悉OPNET网络仿真这个仿真软件。
（2）对无线传感器网络的QoS路由进行了研究分析，定向扩散进行了扩展，利用一种新的QoS路由算法建立网络模型提高网络的生存期。
（3）对OPNET的流量建模机制进行研究分析，然后阐述一种建立无线传感器网络流量模型的方法。
（4）利用OPNET平台对仿真模型进行仿真实验，验证模型的有效性。
（5）总结与展望。
总结前面的工作，展望以后需要进一步展开的工作。
（6）整理论文，完成论文答辩。
Ⅲ、进度安排：～查阅无线传感器网络（WSN）、OPNET网络仿真及相关资料～熟悉OPNET仿真平台～研究分析无线传感器网络的QoS路由算法和OPNET的流量建模机制，提出一种建立无线传感器网络流量模型的方法～对所提模型进行OPNET仿真实验，验证其有效性～整理相关资料，撰写毕业设计论文，准备论文答辩Ⅳ、主要参考资料：【1】王文博，张金文. OPNET Modeler与网络仿真，人民邮电出版社，【2】孙屹，孟晨. OPNET通信仿真开发手册，国防工业出版社，【3】陈敏. OPNET网络仿真，清华大学出版社，【4】孙利民，李建中，陈渝，朱红松. 无线传感器网络，清华大学出版社，指导教师：， 2006 年 3 月 2 日学生姓名：，专业年级：2002级通信工程专业系负责人审核意见（从选题是否符合专业培养目标、是否结合科研或工程实际、综合训练程度、内容难度及工作量等方面加以审核）：系负责人签字：，年月日摘要无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，是一种新型的、无基础设施的、自组织的无线网络。
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– 1in-4out衰减器（程控不可调）、信号衰减及天线放置 位置不同仿真距离变化
增 大
• 遮蔽+衰减器 [MobiHoc01]
设
– 避免不可控信号干扰、信号衰减变化仿真距离变化 想
（仅设计思想）、射频信号有线传输
或 特
• RAMON [LCN02]
– 三个基站装有程控可调衰减器，仿真一个移动节点在
• 有效性（依仿真平台需求而定）
– 连通性仿真（单径路由协议） – 通信互扰仿真（与各层次性能优化有关）
• 可重复性（仿真系统的必然要求）
连通
干扰
2
相关研究
1
3
1-3
• MobiEmu [M2-3obiHoc02]
– MAC层过滤、连通性仿真 1-2
• APE [TRIDENTCOM05]
– MAC层过滤、连通性仿真、实验重复性评估 （链路（变开2放0化性03访性09问-今指、，大标4规年、模） 虚拟移动性指标）
... d1,n1 d1,n
...
d 2,n1
d2,n
... ... ...
...
0
d
n
1,n
... dn,n1 0
• di,j为节点i，j之间的距离
• d =d i,j
j,i
• 若D为n*n矩阵，即D描述n个节点组成 的拓扑，则将D简记为[di,j]n*n
问题描述
• 已知：
–
F1、…、FN为实验床节点，距离矩阵为
例 拓 扑
基站间漫游
实
验
选择程控可调衰减方案
• 我们的需求：
– 仿真节点连通性和通信互扰 – 可实现动态拓扑仿真
• 优点：
– 无线信道传输信号 – 方法有效性已被验证 – 程序控制调整拓扑 – 已经找到可选器件
• 要求（基于需求）：
– 以网络拓扑仿真为目标
我们的工作目标
• 采用程控可调衰减方法，以任意拓扑仿真 为目标，搭建可以仿真移动自组织网络中 节点连通性和通信互扰的仿真平台
• 拓扑动态变化
模拟、仿真与实景实验 仿真对协议研究的帮助在有 线网络研究中就已经被证实
关注
模拟
仿真
例：动态场景在实景实验中不可重复
协议运行过程 协议运行结果
实景实验
一般定 虚拟网络上运行 半真实网络上运 真实网络上运行
义
伪代码
行真实代码
真实代码
用途 评估 可重复 是 扩展性 好
与节点数量无评关估：、调试
评估、调试
例例12、、广节播点包间是与近单->远播与包远传-输>近速两率种不情同形否，
可通信的临界较距好离值不同
差
真实性 差
较好
好
移动自组织网络仿真系统的研发工作很有意义
成本 低
中
高
移动自组织网络仿真研究的主要问题
• 仿真方法（硬件、软件） • 静态拓扑仿真 • 动态拓扑仿真 • 可重复性度量
选择仿真方法的基本原则
我们的研究问题
• 重点研究问题：
– 静态拓扑仿真：将任意拓扑映射到固定实验床 上
– 动态拓扑仿真：如何仿真节点移动
• 不列为研究问题：
– 仿真方法（理论基础、前人经验、实验验证） – 可重复性度量（拓扑映射可控制）
信号衰减方案的理论依据
• 通过调节衰减器衰减量仿真节点间距离变化 • 无线电波传输的自由空间模型
Pr
Pt
*Gt *Gr *( *) (4 * *d)2 * L
• 人为降低发射/接收功率可以仿真节点间距离增大 （注：功率以dBm为单位）
x
P0
Pemu
20log
d (e m u) d (0)
提纲
• 研究背景 • 静态拓扑仿真 • 动态拓扑仿真 • 原型系统 • 仿真有效性实验 • 时间安排
静态拓扑仿真
[di(,
fixed) j
]N*N
– U1、…、UM为用户节点，距离矩阵为[di(,ujser) ]M*M
• 求解：
– 选自F1、…、FN中的M个节点A1、…、AM ，距离矩阵为[di(,0j) ]M*M
– 以上M个节点各自对应的衰减器衰减参量为x1、……、xM
• 记：
– 在衰减参量x1、……、xM的作用下，[di(,0j) ]M*M 转化为 [di(,ejmu) ]M*M
•
求解约束： [di(,ejmu) ]M*M 具有与
[d (user) i, j
]M
*M相近的无线信道特征
同构拓扑（仿真拓扑）
理解求解约束
节点连通性和通 信互扰相同
•
[di(,ejmu) ]M*M
具有与
[d (user) i, j
• 任务：通过调节衰减器的衰减量，使实验 床可以仿真用户指定的无线多跳网络（静 态拓扑）的信道特征
• 实质：用户定制拓扑→衰减参量
符号定义——距离矩阵
0
பைடு நூலகம்
d 2,1
D ...
d n 1,1
dn,1
d1,2 0 ... d n 1,2 d n,2
d1,3 d2,3 ... d n1,3 d n,3
我们的工作意义
• 目标创新性：现有的仿真实验床忽略了对节点通信 互扰的仿真，我们的实验床采用程控可调衰减方法、 以任意拓扑仿真为目标，仿真节点连通性和通信互 扰，可以将仿真有效性向前推进一步。
• 方案创新性：文献[WCNC03][MobiHOC01]提出了 用可调衰减器进行移动自组织网络仿真的设想，但 都没有对这种设想进行进一步的讨论与分析。我们 的工作深入分析了基于程控可调衰减方法进行移动 自组织网络仿真的具体问题，并提出和设计了详细 的软件和硬件系统。
• ORBIT [TRIDENTCOM05]
– 20*20 Grid、链路SNR映射、无线接口切换
相关研究
思 路
：
信
• DSP Engine based [HotNets-II03]
号 衰
–
解出基带信号后，按照目的地址对信号进行仿真处理，
减 仿
射频信号有线传输
真
• EWANT [WCNC03]
距 离
程序控制“、连自续与”“动可固调定至”“相任对意值”
实现方法
基于程控可调衰减方法的 移动自组织网络仿真研究
研究内容
博士研究生：赵慧周 指 导 老 师：李晓明 严伟
2006年01月11日
提纲
• 研究背景 • 静态拓扑仿真 • 动态拓扑仿真 • 原型系统 • 仿真有效性实验 • 时间安排
研究问题
研究背景
• 为什么要做移动自组织网络的仿真研究 • 移动自组织网络仿真研究的主要问题 • 为什么用程控可调衰减方法来实现移动自组织网
络的仿真
– 相关研究 – 选择程控可调衰减方法
• 我们的工作目标 • 我们的工作意义 • 我们的研究问题 • 信号衰减方案的理论依据
移动自组织网络特点
• 无线多跳网络
– 无线通信介质（时变信道） – 多跳拓扑（共享抑制、空间重用）