[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PRNET（PacketRadioNetwork）在戰(zhàn)場環(huán)境下數據通信中的應用，與傳統(tǒng)無線網絡不同的是Adhoc網絡既不需要固定的網絡結構，也沒有專用固定的基站或路由器作為網絡的管理中心。網絡中的每個節(jié)點均具有路由器的功能，能夠發(fā)現和維護到其他節(jié)點的路由，并且可以任意移動、拓撲結構高度變化。由于具備組網簡單靈活、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與自組織網絡結合方面的研究項目，我國對未來移動通信的研究也正式列入“863”項目1，移動自組網極有可能成為未來移動通信系統(tǒng)的網絡構架。1.2移動自組網的研究現狀與應用九十年代以來，無線移動自組織網絡的研究在世界范圍內方興未艾，已經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網絡學術會議日益增多，Adhoc網絡成果主要在以下幾個方面：（1）提出新的路由協議。Adhoc路由面臨的主要挑戰(zhàn)是：傳統(tǒng)的保存在結點中的分布式路由數據庫如何適應網絡拓撲的動態(tài)變化。新協議一般以廣播或組播方式建立網絡路由，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)的成果多為這些協議的改進，目前，路由協議的研究仍然是Adhoc網絡成果最集中的部分。不過，從實現的難度來看，這些協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網絡的媒體接入控制（MAC）協議。主要是解決隱藏終端和暴露終端問題，影響比較大的有MACA協議，即RTS/CTS/ACK方案，控制信道和數據信道分裂的雙信道方案和基于定向天線的MAC協議，以及一些改進類的MAC協議。有一些研究則是側重于將IEEE802.11的MAC協議移植到Adhoc網絡中?；诙ㄏ蛱炀€的MAC協議在理論上性能較為優(yōu)越，但在技術上實現的難度較大。（3）Adhoc網絡與蜂窩網的互連互通。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。從結果看，該系統(tǒng)只是針對目前的2G系統(tǒng)，尚無法聯系到基于IP方式的分組網絡。最近，提出了一種在蜂窩網上覆蓋一個無線多跳網絡的方案，其中用一些無線路由器來代替蜂窩網絡中的一些結點。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網絡的多播/組播協議、TCP協議、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網絡，基本方案是要用特定的RIP協議（RoutingInformationProtocol）作為路由協議，但這種方案與Adhoc網絡的其他路由協議不相容。（5）在實驗和應用網絡的構建上，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網絡。就藍牙本身的技術來說，藍牙可以組成微微網（piconet），微微網通過橋節(jié)點（bridge）互連，可以形成多跳的Adhoc網絡，也稱為藍牙散射網（scatternet）。藍牙規(guī)范尚未對藍牙微微網之間的通信和基于藍牙的Adhoc網絡的形成等內容做出具體描述，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網絡的形成提出了各種不同的協議或方案。（6）國內學者所發(fā)表的Adhoc網絡的研究成果較少。從2001年起，開始有少量成果發(fā)表，研究類的論文大約有數十篇，主要成果基本上集中在路本科生畢業(yè)論文3由協議的一些改進，少量成果涉及MAC協議的研究?？梢哉f國內在該研究領域基本上是剛剛起步2,3。移動自組網潛在的應用很多，主要可以分為以下幾類：（1）在軍事通信領域中，由于移動自組網具有快速展開與組織，抗毀性強，通信距離遠等特點，在現代化戰(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，協調作戰(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。移動自組網絡不需固定通信設施的支持，且組網靈活、快捷，因此，可作為救援小分隊的通信網絡。支持實時的災情報告、救援的組織協調等。（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網絡方式組成一個臨時網絡來協同完成一項任務，在室內更可通過無線方式上傳下載文件。其次移動自組網在家庭關網、傳感器網絡，、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絡內的每個節(jié)點都可以隨機移動，所以有了網絡組建靈活的特性，同時也給網絡的開發(fā)帶來了很大的難度，當移動節(jié)點在子網間切換時，通信中斷就很難避免，并會產生較大的切換時延，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網絡的兩類。雖然后者能夠構建出更為精確的分類界面，但需要大量的訓練數據才能進行參數估計，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，從整個通信網整體而言，無線通信系統(tǒng)處于通信網的末端，它往往被用來解決接入問題。無線通信系統(tǒng)有兩種網絡結構：有基礎設施網和無基礎設施網。下面分別介紹這兩種結構。有基礎設施網絡結構：通常是對有線通信網的一種擴展。有線網被用作骨干網，連接到特殊的有線/無線轉接節(jié)點，即基站或接入點，基站負責協調覆蓋區(qū)內的移動節(jié)點通過一個或多個傳輸信道接入網絡。基站和有線骨干網相連