[優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)精品] 基于隱馬爾科夫模型的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)路徑預(yù)測(cè)算法設(shè)計(jì).doc

本科生畢業(yè)論文1第1章緒論1.1論文的背景無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（AdhocNetwork）技術(shù)研究始于二十世紀(jì)七十年代，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署（DARPA）出于軍事需要，開(kāi)始研究分組無(wú)線網(wǎng)PRNET（PacketRadioNetwork）在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下數(shù)據(jù)通信中的應(yīng)用，與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不同的是Adhoc網(wǎng)絡(luò)既不需要固定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也沒(méi)有專(zhuān)用固定的基站或路由器作為網(wǎng)絡(luò)的管理中心。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均具有路由器的功能，能夠發(fā)現(xiàn)和維護(hù)到其他節(jié)點(diǎn)的路由，并且可以任意移動(dòng)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高度變化。由于具備組網(wǎng)簡(jiǎn)單靈活、成本低、生存能力強(qiáng)等特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，由原來(lái)的軍用領(lǐng)域擴(kuò)大到地震、火災(zāi)等應(yīng)急通信領(lǐng)域。近年來(lái)，國(guó)外很多著名實(shí)驗(yàn)室紛紛設(shè)立蜂窩網(wǎng)與自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)合方面的研究項(xiàng)目，我國(guó)對(duì)未來(lái)移動(dòng)通信的研究也正式列入“863”項(xiàng)目1，移動(dòng)自組網(wǎng)極有可能成為未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。1.2移動(dòng)自組網(wǎng)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用九十年代以來(lái)，無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的研究在世界范圍內(nèi)方興未艾，已經(jīng)從無(wú)線通信領(lǐng)域中的一個(gè)小分支逐漸擴(kuò)大到相對(duì)較獨(dú)立的領(lǐng)域。目前，無(wú)論在國(guó)際上還是在區(qū)域上，周期性的Adhoc網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)會(huì)議日益增多，Adhoc網(wǎng)絡(luò)成果主要在以下幾個(gè)方面：（1）提出新的路由協(xié)議。Adhoc路由面臨的主要挑戰(zhàn)是：傳統(tǒng)的保存在結(jié)點(diǎn)中的分布式路由數(shù)據(jù)庫(kù)如何適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化。新協(xié)議一般以廣播或組播方式建立網(wǎng)絡(luò)路由，核心是減少?gòu)V播風(fēng)暴。目前，一般普遍得到認(rèn)可的代表性成果有DSDV、WRP、AODV、DSR、TORA和ZRP等。源頭性的創(chuàng)新性研究主要集中在2001年以前，后續(xù)的成果多為這些協(xié)議的改進(jìn)，目前，路由協(xié)議的研究仍然是Adhoc網(wǎng)絡(luò)成果最集中的部分。不過(guò)，從實(shí)現(xiàn)的難度來(lái)看，這些協(xié)議離適用性還有一定的距離。本科生畢業(yè)論文2（2）提出基于Adhoc網(wǎng)絡(luò)的媒體接入控制（MAC）協(xié)議。主要是解決隱藏終端和暴露終端問(wèn)題，影響比較大的有MACA協(xié)議，即RTS/CTS/ACK方案，控制信道和數(shù)據(jù)信道分裂的雙信道方案和基于定向天線的MAC協(xié)議，以及一些改進(jìn)類(lèi)的MAC協(xié)議。有一些研究則是側(cè)重于將IEEE802.11的MAC協(xié)議移植到Adhoc網(wǎng)絡(luò)中?；诙ㄏ蛱炀€的MAC協(xié)議在理論上性能較為優(yōu)越，但在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)的難度較大。（3）Adhoc網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)的互連互通。研究并提出了一種ICAR（internetCellularandAdhocRealy）系統(tǒng)，提供蜂窩小區(qū)內(nèi)信號(hào)的補(bǔ)盲。該方案給出了在加入補(bǔ)盲點(diǎn)之后系統(tǒng)性能改善的性能評(píng)價(jià)。從結(jié)果看，該系統(tǒng)只是針對(duì)目前的2G系統(tǒng)，尚無(wú)法聯(lián)系到基于IP方式的分組網(wǎng)絡(luò)。最近，提出了一種在蜂窩網(wǎng)上覆蓋一個(gè)無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)的方案，其中用一些無(wú)線路由器來(lái)代替蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的一些結(jié)點(diǎn)。通過(guò)優(yōu)化路由、信道規(guī)劃和功率控制等使系統(tǒng)在發(fā)射功率受限的情況下達(dá)到系統(tǒng)吞吐量最大化，其他方面沒(méi)有太多的貢獻(xiàn)。（4）基于Adhoc網(wǎng)絡(luò)的多播/組播協(xié)議、TCP協(xié)議、地址分配、功率（節(jié)能）控制、安全性問(wèn)題、分布式算法、QoS等方面有一些研究成果，但各部分的數(shù)量相對(duì)較少。其中，比較有意思的有，試圖把移動(dòng)IP擴(kuò)展到AdHoc網(wǎng)絡(luò)，基本方案是要用特定的RIP協(xié)議（RoutingInformationProtocol）作為路由協(xié)議，但這種方案與Adhoc網(wǎng)絡(luò)的其他路由協(xié)議不相容。（5）在實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建上，最近比較值得注意的是，一些學(xué)者正在研究用藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)組建Adhoc網(wǎng)絡(luò)。就藍(lán)牙本身的技術(shù)來(lái)說(shuō)，藍(lán)牙可以組成微微網(wǎng)（piconet），微微網(wǎng)通過(guò)橋節(jié)點(diǎn)（bridge）互連，可以形成多跳的Adhoc網(wǎng)絡(luò)，也稱(chēng)為藍(lán)牙散射網(wǎng)（scatternet）。藍(lán)牙規(guī)范尚未對(duì)藍(lán)牙微微網(wǎng)之間的通信和基于藍(lán)牙的Adhoc網(wǎng)絡(luò)的形成等內(nèi)容做出具體描述，這是一個(gè)開(kāi)放的問(wèn)題，目前已有一些文獻(xiàn)針對(duì)基于藍(lán)牙的Adhoc網(wǎng)絡(luò)的形成提出了各種不同的協(xié)議或方案。（6）國(guó)內(nèi)學(xué)者所發(fā)表的Adhoc網(wǎng)絡(luò)的研究成果較少。從2001年起，開(kāi)始有少量成果發(fā)表，研究類(lèi)的論文大約有數(shù)十篇，主要成果基本上集中在路本科生畢業(yè)論文3由協(xié)議的一些改進(jìn)，少量成果涉及MAC協(xié)議的研究?？梢哉f(shuō)國(guó)內(nèi)在該研究領(lǐng)域基本上是剛剛起步2,3。移動(dòng)自組網(wǎng)潛在的應(yīng)用很多，主要可以分為以下幾類(lèi)：（1）在軍事通信領(lǐng)域中，由于移動(dòng)自組網(wǎng)具有快速展開(kāi)與組織，抗毀性強(qiáng)，通信距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，在現(xiàn)代化戰(zhàn)場(chǎng)上，可以方便快捷的完成車(chē)輛、機(jī)群、艦隊(duì)和士兵間的統(tǒng)一指揮，協(xié)調(diào)作戰(zhàn)。（2）應(yīng)用于緊急搜救，在地震、洪水等自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，固定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施遭到破壞，要重新建立這些固定設(shè)施不僅耗時(shí)，有時(shí)甚至是不可能的。移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)不需固定通信設(shè)施的支持，且組網(wǎng)靈活、快捷，因此，可作為救援小分隊(duì)的通信網(wǎng)絡(luò)。支持實(shí)時(shí)的災(zāi)情報(bào)告、救援的組織協(xié)調(diào)等。（3）應(yīng)用于移動(dòng)會(huì)議，在室外臨時(shí)環(huán)境中，工作團(tuán)體所有成員可以通過(guò)Adhoc網(wǎng)絡(luò)方式組成一個(gè)臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)來(lái)協(xié)同完成一項(xiàng)任務(wù)，在室內(nèi)更可通過(guò)無(wú)線方式上傳下載文件。其次移動(dòng)自組網(wǎng)在家庭關(guān)網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)，、個(gè)人通信方面都有很好的應(yīng)用前景4。1.3問(wèn)題提出由于移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以隨機(jī)移動(dòng)，所以有了網(wǎng)絡(luò)組建靈活的特性，同時(shí)也給網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了很大的難度，當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在子網(wǎng)間切換時(shí)，通信中斷就很難避免，并會(huì)產(chǎn)生較大的切換時(shí)延，如果能預(yù)測(cè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)方向和將要連接的接入路由器，就可以使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)為可能發(fā)生的切換提前做好準(zhǔn)備，為避免或減小通信中斷和時(shí)延贏得時(shí)間。目前所提出的預(yù)測(cè)模型大致可分為基于概率統(tǒng)計(jì)模型的和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的兩類(lèi)。雖然后者能夠構(gòu)建出更為精確的分類(lèi)界面，但需要大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)才能進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，計(jì)算復(fù)雜度高，模型收斂慢，因此在路徑預(yù)測(cè)問(wèn)題中大量使用的是基于概率統(tǒng)計(jì)模型的方法。本文基于隱馬爾科夫模型（HMM：HiddenMarkovModel）提出一種新的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)路徑預(yù)測(cè)模型。本科生畢業(yè)論文4第2章無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)相關(guān)理論2.1無(wú)線通信簡(jiǎn)介無(wú)線通信，顧名思義，是不借助有線傳輸媒介，而通過(guò)電磁波在空間傳播來(lái)傳遞信息的通信方式。無(wú)線通信的特點(diǎn)就在于它的傳播媒介無(wú)線通信具有以下特征。（1）廣播性：一個(gè)發(fā)射機(jī)發(fā)送，多個(gè)接收機(jī)都可以接受；（2）信道隨空間而變化：隨著空間環(huán)境的不同，信道特性往往不同；（3）信道隨時(shí)間而變化：有快速變化和較慢的變化區(qū)別；（4）傳播距離有限：發(fā)送信號(hào)隨距離增大在逐漸衰減，信號(hào)衰減到一定程度，接收機(jī)將不能正確接受；（5）多徑效應(yīng)：信號(hào)可沿不同路徑到達(dá)接收機(jī)，造成衰減和時(shí)延擴(kuò)展；（6）相互之間形成干擾：多個(gè)發(fā)射機(jī)發(fā)送的信號(hào)可能會(huì)在接受端疊加，形成相互干擾，從而對(duì)信號(hào)的爭(zhēng)取接受造成影響。所謂無(wú)線通信系統(tǒng)，就是采用無(wú)線通信技術(shù)的通信系統(tǒng)，它是通信系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，從整個(gè)通信網(wǎng)整體而言，無(wú)線通信系統(tǒng)處于通信網(wǎng)的末端，它往往被用來(lái)解決接入問(wèn)題。無(wú)線通信系統(tǒng)有兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)和無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)。下面分別介紹這兩種結(jié)構(gòu)。有基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：通常是對(duì)有線通信網(wǎng)的一種擴(kuò)展。有線網(wǎng)被用作骨干網(wǎng)，連接到特殊的有線/無(wú)線轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)，即基站或接入點(diǎn)，基站負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)覆蓋區(qū)內(nèi)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)傳輸信道接入網(wǎng)絡(luò)?；竞陀芯€骨干網(wǎng)相連