[優(yōu)秀畢業(yè)設計精品] 基于隱馬爾科夫模型的移動節(jié)點路徑預測算法設計.doc

本科生畢業(yè)論文1第1章緒論1.1論文的背景無線移動自組織網(wǎng)絡（AdhocNetwork）技術研究始于二十世紀七十年代，美國國防部高級研究計劃署（DARPA）出于軍事需要，開始研究分組無線網(wǎng)PRNET（PacketRadioNetwork）在戰(zhàn)場環(huán)境下數(shù)據(jù)通信中的應用，與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡不同的是Adhoc網(wǎng)絡既不需要固定的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，也沒有專用固定的基站或路由器作為網(wǎng)絡的管理中心。網(wǎng)絡中的每個節(jié)點均具有路由器的功能，能夠發(fā)現(xiàn)和維護到其他節(jié)點的路由，并且可以任意移動、拓撲結(jié)構(gòu)高度變化。由于具備組網(wǎng)簡單靈活、成本低、生存能力強等特點，其應用范圍不斷擴大，由原來的軍用領域擴大到地震、火災等應急通信領域。近年來，國外很多著名實驗室紛紛設立蜂窩網(wǎng)與自組織網(wǎng)絡結(jié)合方面的研究項目，我國對未來移動通信的研究也正式列入“863”項目1，移動自組網(wǎng)極有可能成為未來移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡構(gòu)架。1.2移動自組網(wǎng)的研究現(xiàn)狀與應用九十年代以來，無線移動自組織網(wǎng)絡的研究在世界范圍內(nèi)方興未艾，已經(jīng)從無線通信領域中的一個小分支逐漸擴大到相對較獨立的領域。目前，無論在國際上還是在區(qū)域上，周期性的Adhoc網(wǎng)絡學術會議日益增多，Adhoc網(wǎng)絡成果主要在以下幾個方面：（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)點中的分布式路由數(shù)據(jù)庫如何適應網(wǎng)絡拓撲的動態(tài)變化。新協(xié)議一般以廣播或組播方式建立網(wǎng)絡路由，核心是減少廣播風暴。目前，一般普遍得到認可的代表性成果有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，目前，路由協(xié)議的研究仍然是Adhoc網(wǎng)絡成果最集中的部分。不過，從實現(xiàn)的難度來看，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，以及一些改進類的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)絡中。基于定向天線的MAC協(xié)議在理論上性能較為優(yōu)越，但在技術上實現(xiàn)的難度較大。（3）Adhoc網(wǎng)絡與蜂窩網(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)信號的補盲。該方案給出了在加入補盲點之后系統(tǒng)性能改善的性能評價。從結(jié)果看，該系統(tǒng)只是針對目前的2G系統(tǒng)，尚無法聯(lián)系到基于IP方式的分組網(wǎng)絡。最近，提出了一種在蜂窩網(wǎng)上覆蓋一個無線多跳網(wǎng)絡的方案，其中用一些無線路由器來代替蜂窩網(wǎng)絡中的一些結(jié)點。通過優(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到系統(tǒng)吞吐量最大化，其他方面沒有太多的貢獻。（4）基于Adhoc網(wǎng)絡的多播/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)量相對較少。其中，比較有意思的有，試圖把移動IP擴展到AdHoc網(wǎng)絡，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)絡的其他路由協(xié)議不相容。（5）在實驗和應用網(wǎng)絡的構(gòu)建上，最近比較值得注意的是，一些學者正在研究用藍牙節(jié)點組建Adhoc網(wǎng)絡。就藍牙本身的技術來說，藍牙可以組成微微網(wǎng)（piconet），微微網(wǎng)通過橋節(jié)點（bridge）互連，可以形成多跳的Adhoc網(wǎng)絡，也稱為藍牙散射網(wǎng)（scatternet）。藍牙規(guī)范尚未對藍牙微微網(wǎng)之間的通信和基于藍牙的Adhoc網(wǎng)絡的形成等內(nèi)容做出具體描述，這是一個開放的問題，目前已有一些文獻針對基于藍牙的Adhoc網(wǎng)絡的形成提出了各種不同的協(xié)議或方案。（6）國內(nèi)學者所發(fā)表的Adhoc網(wǎng)絡的研究成果較少。從2001年起，開始有少量成果發(fā)表，研究類的論文大約有數(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，少量成果涉及MAC協(xié)議的研究。可以說國內(nèi)在該研究領域基本上是剛剛起步2,3。移動自組網(wǎng)潛在的應用很多，主要可以分為以下幾類：（1）在軍事通信領域中，由于移動自組網(wǎng)具有快速展開與組織，抗毀性強，通信距離遠等特點，在現(xiàn)代化戰(zhàn)場上，可以方便快捷的完成車輛、機群、艦隊和士兵間的統(tǒng)一指揮，協(xié)調(diào)作戰(zhàn)。（2）應用于緊急搜救，在地震、洪水等自然災害發(fā)生時，固定的網(wǎng)絡基礎設施遭到破壞，要重新建立這些固定設施不僅耗時，有時甚至是不可能的。移動自組網(wǎng)絡不需固定通信設施的支持，且組網(wǎng)靈活、快捷，因此，可作為救援小分隊的通信網(wǎng)絡。支持實時的災情報告、救援的組織協(xié)調(diào)等。（3）應用于移動會議，在室外臨時環(huán)境中，工作團體所有成員可以通過Adhoc網(wǎng)絡方式組成一個臨時網(wǎng)絡來協(xié)同完成一項任務，在室內(nèi)更可通過無線方式上傳下載文件。其次移動自組網(wǎng)在家庭關網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡，、個人通信方面都有很好的應用前景4。1.3問題提出由于移動自組網(wǎng)絡內(nèi)的每個節(jié)點都可以隨機移動，所以有了網(wǎng)絡組建靈活的特性，同時也給網(wǎng)絡的開發(fā)帶來了很大的難度，當移動節(jié)點在子網(wǎng)間切換時，通信中斷就很難避免，并會產(chǎn)生較大的切換時延，如果能預測移動節(jié)點的移動方向和將要連接的接入路由器，就可以使移動節(jié)點為可能發(fā)生的切換提前做好準備，為避免或減小通信中斷和時延贏得時間。目前所提出的預測模型大致可分為基于概率統(tǒng)計模型的和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的兩類。雖然后者能夠構(gòu)建出更為精確的分類界面，但需要大量的訓練數(shù)據(jù)才能進行參數(shù)估計，計算復雜度高，模型收斂慢，因此在路徑預測問題中大量使用的是基于概率統(tǒng)計模型的方法。本文基于隱馬爾科夫模型（HMM：HiddenMarkovModel）提出一種新的移動節(jié)點的移動路徑預測模型。本科生畢業(yè)論文4第2章無線移動自組織網(wǎng)相關理論2.1無線通信簡介無線通信，顧名思義，是不借助有線傳輸媒介，而通過電磁波在空間傳播來傳遞信息的通信方式。無線通信的特點就在于它的傳播媒介無線通信具有以下特征。（1）廣播性：一個發(fā)射機發(fā)送，多個接收機都可以接受；（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)送信號隨距離增大在逐漸衰減，信號衰減到一定程度，接收機將不能正確接受；（5）多徑效應：信號可沿不同路徑到達接收機，造成衰減和時延擴展；（6）相互之間形成干擾：多個發(fā)射機發(fā)送的信號可能會在接受端疊加，形成相互干擾，從而對信號的爭取接受造成影響。所謂無線通信系統(tǒng)，就是采用無線通信技術的通信系統(tǒng)，它是通信系統(tǒng)的一個組成部分，從整個通信網(wǎng)整體而言，無線通信系統(tǒng)處于通信網(wǎng)的末端，它往往被用來解決接入問題。無線通信系統(tǒng)有兩種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)：有基礎設施網(wǎng)和無基礎設施網(wǎng)。下面分別介紹這兩種結(jié)構(gòu)。有基礎設施網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)：通常是對有線通信網(wǎng)的一種擴展。有線網(wǎng)被用作骨干網(wǎng)，連接到特殊的有線/無線轉(zhuǎn)接節(jié)點，即基站或接入點，基站負責協(xié)調(diào)覆蓋區(qū)內(nèi)的移動節(jié)點通過一個或多個傳輸信道接入網(wǎng)絡?；竞陀芯€骨干網(wǎng)相連