節(jié)點(diǎn)移動(dòng)模型MATLAB仿真

1、高斯馬爾科夫模型實(shí)現(xiàn)和仿真高斯馬爾科夫模型描述高斯馬爾科夫模型描述為每個(gè)節(jié)點(diǎn)被賦予一個(gè)當(dāng)前的速率 v 和方向 sita，在一個(gè)固定的時(shí)間間隔 t(時(shí)隙)后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)更新當(dāng)前的速率和方向，每次間隔之初更新，更新公式如下：vt 1 avt (1 a)v (1 a2 )vn，t 1 at (1 a) (1 a2 )n。在每個(gè)指定的時(shí)間周期 t 內(nèi)，得到 vt 1和t 1的計(jì)算值，則運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)位置可以通過(guò)下述式子得到：x xv t cos ， y y v t sin 。一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，節(jié)點(diǎn)都按照 v 勻速運(yùn)動(dòng)t 1tttt 1ttt到目標(biāo)位置，稱(chēng)為一個(gè) step。一個(gè)完整的 step 包括： 1.節(jié)點(diǎn)

2、參數(shù)的設(shè)置： 仿真時(shí)間：T=1000;步進(jìn)時(shí)間：dt=1;步進(jìn)時(shí)間越小，路徑曲線越光滑。時(shí)間間隔:nt=20;速度范圍：vmin=1;vmax=1.5;場(chǎng)景范圍：xmin=0;xmax=100;ymin=0;ymax=50;隨機(jī)產(chǎn)生起始點(diǎn)的位置：xa=unifrnd(0,100,1,1); ya=unifrnd(0,50,1,1);初始速率設(shè)置為速率分布的期望：va=(vmin+vmax)/2;%初始速度初始速度方向設(shè)置為方向分布的期望：sitaa=(0+2*pi)/2;速率平均值：vmean=(vmin+vmax)/2;速度方向平均值： sitamean=(0+2*pi)/2;2.節(jié)點(diǎn)隨機(jī)初

3、始速度設(shè)置為 vmean=（vmin+vmax）/2，sitamean=(0+2*pi)/2；隨機(jī)獲取初始位置 xa,ya。固定一個(gè)時(shí)間間隔t=20。vn,sitan 是服從高斯分布的隨機(jī)變量，vn 服從均值為1.5，方差為 0.2 的高斯分布：vn=normrnd(1.5,0.2,1,1，) sitan服從均值為 pi，方差為 0.2的高斯分布 sitan=normrnd(pi,0.2,1,1；) 隨機(jī)變量 a 的范圍是（0,1），并且在這個(gè)范圍內(nèi)均勻分布。節(jié)點(diǎn)在每個(gè)時(shí)間間隔更新速率和速度方向，根據(jù)初始節(jié)點(diǎn)的位置得到移動(dòng)的目標(biāo)位置 xb， yb。目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置變?yōu)橄乱粋€(gè) step 的初始節(jié)點(diǎn)。

4、模型參數(shù)設(shè)置：變量：調(diào)節(jié)參數(shù)a,速度v，方向sita，節(jié)點(diǎn)位置（x,y），隨機(jī)參數(shù)vn,sitan初始節(jié)點(diǎn)位置節(jié)點(diǎn)位置：xmin=0;xmax=100;ymin=0;ymax=50; A(xa,ya)初始節(jié)點(diǎn)速度參數(shù)：vmin=1;vmax=2;，速度平均值vmean=(vmin+vmax)/2， 速度方向平均值sitamean=(0+2*pi)/2時(shí)間參數(shù)：nt=20; clear all;%相關(guān)參數(shù)設(shè)定T=1000;%仿真時(shí)間s dt=1;%補(bǔ)進(jìn)時(shí)間s nt=30;%時(shí)間間隔vmin=0.5;vmax=1;%速度范圍tmin=0.1;tmax=0.1;% 停 頓 時(shí) 間 范 圍 s xmi

5、n=0;xmax=1000;ymin=0;ymax=500;%場(chǎng)景的范圍tex=0;%初始化運(yùn)行時(shí)間記憶變量%axis(xmin xmax ymin ymax);%設(shè)定坐標(biāo)范圍%figure(1);hold on;%保留繪圖內(nèi)容xa=unifrnd(0,100,1,1);%隨機(jī)發(fā)生起始點(diǎn)坐標(biāo)ya=unifrnd(0,50,1,1); va=(vmin+vmax)/2;%初始速度sitaa=(0+2*pi)/2;%隨機(jī)發(fā)生一個(gè)初始速度方向，前進(jìn)角度服從均勻分布vmean=(vmin+vmax)/2;%速度平均值sitamean=(0+2*pi)/2;%速度方向平均值while(1)a=unifr

6、nd(0,1,1,1);%a用來(lái)調(diào)節(jié)隨機(jī)性 vn=normrnd(1.5,0.2,1,1);%服從高斯分布的速率參數(shù) sitan=normrnd(pi,0.2,1,1);%服從高斯分布的速度方向參數(shù)vb=a*va+(1-a)*vmean+sqrt(1-a2)*vn;%到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)后確定下一段的速度sitab=a*sitaa+(1-a)*sitamean+sqrt(1-a2)*sitan;%到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)后確定下一段的速度方向if T-tex=nt for t=0:dt:ntxb=xa+va*cos(sitab)*t;yb=ya+va*sin(sitab)*t;%節(jié)點(diǎn)在到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)后可以確定下一目

7、的節(jié)點(diǎn)的位置 plot(xb,yb,.);if xbxmax%x坐標(biāo)到達(dá)右邊界xa=xa-xmax;endif ybymax %y坐標(biāo)到達(dá)上邊界ya=ya-ymax;end tex=tex+dt; endelsefor t=0:dt:T-tex xb=xa+va*cos(sitab)*t;yb=ya+va*sin(sitab)*t;%節(jié)點(diǎn)在到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)后可以確定下一目的節(jié)點(diǎn)的位置plot(xb,yb,.);if xbxmax %x坐標(biāo)到達(dá)右邊界xa=xa-xmax;endif ybymax%y坐標(biāo)到達(dá)上邊界ya=ya-ymax;end tex=tex+dt; returnend endxa=x

8、b;ya=yb;%將目標(biāo)點(diǎn)更新為新Step的起點(diǎn)va=vb,sitaa=sitab; end50045040035030025020015010050001002003004005006007008009001000隨機(jī)方向模型實(shí)現(xiàn)和仿真隨機(jī)方向模型描述：隨機(jī)方向移動(dòng)模型描述為節(jié)點(diǎn)先在整個(gè)移動(dòng)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選擇一個(gè)位置作為初始位置，隨機(jī)選擇運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向，一直運(yùn)動(dòng)到邊界上的一個(gè)點(diǎn)，就是目的節(jié)點(diǎn)，隨機(jī)停頓一段時(shí)間tp，將這個(gè)目的節(jié)點(diǎn)作為下一次移動(dòng)的源節(jié)點(diǎn)，然后反復(fù)按相對(duì)固定的過(guò)程進(jìn)行移動(dòng)，通常 稱(chēng)這個(gè)重復(fù)過(guò)程為 Step。一個(gè)完整的 Step 包括運(yùn)動(dòng)速度 v、隨機(jī)停頓時(shí)間 tp，隨機(jī)運(yùn)動(dòng)方向

9、 sita，然后以速度 v 勻速直線運(yùn)動(dòng)到達(dá)邊界位置后停頓時(shí)間 tp。其中運(yùn)動(dòng)速度v、隨機(jī)停頓時(shí)間tp，隨機(jī)運(yùn)動(dòng)方向的范圍和在該范圍的分布可以通過(guò)模型參數(shù)的方式進(jìn)行限定，如V 的范圍為 (vmin, vmax) ，并且在(vmin, vmax) 范圍內(nèi)服從平均分布；tp 的范圍為(tmin, tmax) ，并且在(tmin, tmax) 范圍內(nèi)服從平均分布。隨機(jī)運(yùn)動(dòng)方向根據(jù)在不同的邊界，有不同的范圍，在該范圍內(nèi)服從平均分布。模型參數(shù)設(shè)置：場(chǎng)景參數(shù)：xmin=0;xmax=100;ymin=0;ymax=50;時(shí)間參數(shù)：運(yùn)行時(shí)間 T，記憶變量 tex，運(yùn)動(dòng)時(shí)間 tm，停頓時(shí)間 tp;速度參數(shù)：v

10、min=0.5;vmax=1.5;速度大小 v，運(yùn)動(dòng)方向 sita; 停頓時(shí)間參數(shù)：tmin=0.1; tmax=0.2;clear all;%相關(guān)參數(shù)設(shè)定T=1000;%仿真時(shí)間s dt=1;%補(bǔ)進(jìn)時(shí)間svmin=1;vmax=1.5;%速度范圍tmin=0.1;tmax=0.2;% 停 頓 時(shí) 間 范 圍 s xmin=0;xmax=100;ymin=0;ymax=50;%場(chǎng)景的范圍tex=0;%初始化運(yùn)行時(shí)間記憶變量axis(xmin xmax ymin ymax);%設(shè)定坐標(biāo)范圍figure(1);hold on;%保留繪圖內(nèi)容xa=unifrnd(0,100,1,1);%隨機(jī)發(fā)生起始

11、點(diǎn)坐標(biāo)ya=unifrnd(0,50,1,1);while(1)v=unifrnd(vmin,vmax,1,1);%隨機(jī)發(fā)生一個(gè)速度值，速度大小服從均勻分布 tp=unifrnd(tmin,tmax,1,1);%隨機(jī)發(fā)生一個(gè)停頓時(shí)間，停頓時(shí)間服從均勻分布if ya=0sita=unifrnd(0,pi,1,1)%;隨機(jī)發(fā)生一個(gè)前進(jìn)角度，前進(jìn)角度服從均勻分布elseif ya=50sita=unifrnd(1.5*pi,2*pi,1,1)%;隨機(jī)發(fā)生一個(gè)前進(jìn)角度，前進(jìn)角度服從均勻分布elseifxa=0sita=unifrnd(-0.5*pi,0.5*pi,1,1)%;隨機(jī)發(fā)生一個(gè)前進(jìn)角度，前進(jìn)

12、角度服從均勻分布elseif xa=100sita=unifrnd(0.5*pi,1.5*pi,1,1)%;隨機(jī)發(fā)生一個(gè)前進(jìn)角度，前進(jìn)角度服從均勻分布elsesita=unifrnd(0,2*pi,1,1)%;隨機(jī)發(fā)生一個(gè)前進(jìn)角度，前進(jìn)角度服從均勻分布endfor t=0:dt:Tif texT %本次Step內(nèi)仿真時(shí)間會(huì)到returnelse的節(jié)點(diǎn)endendx=xa+v*cos(sita)*%t運(yùn); 動(dòng)到邊界位置的點(diǎn)y=ya+v*sin(sita)*t; plot(x,y.,);holodn tex=tex+dt;if x=0|x=100|y=0|y=50%如果運(yùn)動(dòng)到邊界，則到達(dá)的點(diǎn)就是目

13、break;endendif T-tex=tp; pause(tp);%停止一段時(shí)間tex=tex+tp%;更新運(yùn)行時(shí)間記憶變量elsepause(T-tex); %時(shí)間到returnendxa=x;ya=y;%將目標(biāo)點(diǎn)更新為新Step的起點(diǎn)隨機(jī)方向改進(jìn)模型的實(shí)現(xiàn)和仿真隨機(jī)方向改進(jìn)模型描述：隨機(jī)方向移動(dòng)模型描述為節(jié)點(diǎn)先在整個(gè)移動(dòng)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選擇一個(gè)位置作為初始位置，隨機(jī)選擇運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向、移動(dòng)的距離，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)這段距離后到達(dá)終點(diǎn)，到達(dá)終點(diǎn)后隨機(jī)停頓一段時(shí)間 tp，將這個(gè)終點(diǎn)作為下一次移動(dòng)的起始節(jié)點(diǎn)，這個(gè)過(guò)程為一個(gè)step。然后反復(fù)按相對(duì)固定的過(guò)程進(jìn)行移動(dòng)。如果節(jié)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)期間運(yùn)動(dòng)到邊界，將從對(duì)

14、稱(chēng)的邊界重新出發(fā)，速度和方向不變。一個(gè)完整的 Step 包括：隨機(jī)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)速度大小 v、停頓時(shí)間 tp，運(yùn)動(dòng)方向 sita，運(yùn)動(dòng)距離 d。v 的范圍為 (v , v ) ，minmax并且在(v , v ) 范圍內(nèi)服從平均分布；tp 的范圍為(t , t ) ，并且在(t , t ) 范圍內(nèi)服minmaxmin maxmin max從平均分布。然后以速度 v 勻速直線運(yùn)動(dòng)隨機(jī)的一段距離 d 后停頓時(shí)間 tp。節(jié)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如果走到了邊界，則從對(duì)稱(chēng)的邊界出發(fā)，速度，方向均不變。比如運(yùn)動(dòng)到了左邊界（ xmin,y），則節(jié)點(diǎn)的位置變?yōu)?xmax,y)；運(yùn)動(dòng)到了上邊界（x,ymax），則節(jié)點(diǎn)的位置變

15、為（x,ymin）。運(yùn)動(dòng)距離 d 后，到達(dá)的終點(diǎn)的位置為下一個(gè) step 的初始位置。模型參數(shù)設(shè)置：場(chǎng)景參數(shù)：xmin=0;xmax=100;ymin=0;ymax=50，運(yùn)動(dòng)距離 dmin=20;dmax=100; 時(shí)間參數(shù)：運(yùn)行時(shí)間 T，記憶變量 tex，運(yùn)動(dòng)時(shí)間 tm，停頓時(shí)間 tp;速度參數(shù)：vmin=0.5;vmax=1.5;速度大小 v，運(yùn)動(dòng)方向 sita; 停頓時(shí)間參數(shù)：tmin=0.1; tmax=0.2;仿真程序：clear all;%相關(guān)參數(shù)設(shè)定T=100;%仿真時(shí)間s dt=1;%補(bǔ)進(jìn)時(shí)間svmin=1;vmax=1.5;%速度范圍tmin=0.1;tmax=0.2;%

16、停 頓 時(shí) 間 范 圍 s xmin=0;xmax=100;ymin=0;ymax=50;%場(chǎng)景的范圍dmin=20;dmax=100;tex=0;%初始化運(yùn)行時(shí)間記憶變量axis(xmin xmax ymin ymax);%設(shè)定坐標(biāo)范圍figure(1);hold on;%保留繪圖內(nèi)容xa=unifrnd(0,100,1,1);%隨機(jī)發(fā)生起始點(diǎn)坐標(biāo)ya=unifrnd(0,50,1,1);while(1)v=unifrnd(vmin,vmax,1,1);%隨機(jī)發(fā)生一個(gè)速度值，速度大小服從均勻分布 tp=unifrnd(tmin,tmax,1,1);%隨機(jī)發(fā)生一個(gè)停頓時(shí)間，停頓時(shí)間服從均勻分布

17、sita=unifrnd(0,2*pi,1,1);%隨機(jī)發(fā)生一個(gè)前進(jìn)角度，前進(jìn)角度服從均勻分布d=unifrnd(dmin,dmax,1,1);%隨機(jī)發(fā)生一個(gè)前進(jìn)距離，前進(jìn)距離服從均勻分布tm=d/v;%運(yùn)動(dòng)時(shí)間if T-tex=tm%此次step時(shí)間不會(huì)到for t=0:dt:tmxb=xa+v*cos(sita)*t; yb=ya+v*sin(sita)*t; plot(xb,yb,.)if xb=xmax%x坐標(biāo)到達(dá)右邊界xa=xa-xmax;endif yb=ymax %y坐標(biāo)到達(dá)上邊界ya=ya-ymax;endendtex=tex+dt%;更新運(yùn)行時(shí)間記憶變量if T-tex=tp

18、;pause(tp)%;停止一段時(shí)間tex=tex+t%p更; 新運(yùn)行時(shí)間記憶變量elsepause(T-tex);%時(shí)間到return endelse%此次step時(shí)間會(huì)到for t=0:dt: T-texxb=xa+v*cos(sita)*t; yb=ya+v*sin(sita)*t; plot(xb,yb.,)if xb=xmax %x坐標(biāo)到達(dá)右邊界xa=xa-xmax;endif yb=ymax%y坐標(biāo)到達(dá)上邊界ya=ya-ymax;endend endreturnxa=xb;ya=yb;%將目標(biāo)點(diǎn)更新為新Step的起點(diǎn)end仿真結(jié)果：5045403530252015105001020

19、30405060708090100隨機(jī)路點(diǎn)模型實(shí)現(xiàn)和仿真隨機(jī)路點(diǎn)模型描述隨機(jī)路點(diǎn)移動(dòng)模型描述為節(jié)點(diǎn)先在整個(gè)移動(dòng)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選擇一個(gè)位置作為初始位置，隨機(jī)選擇一個(gè)位置為目的位置，將這個(gè)目的節(jié)點(diǎn)作為下一次移動(dòng)的源節(jié)點(diǎn)，然后反復(fù)按相對(duì)固定的過(guò)程進(jìn)行移動(dòng)，通常稱(chēng)這個(gè)重復(fù)過(guò)程為 Step。一個(gè)完整的 Step 包括先通過(guò)隨機(jī)選擇目標(biāo)點(diǎn)D、運(yùn)動(dòng)速度V 和隨機(jī)停頓時(shí)間 Tp，然后以速度V 勻速直線運(yùn)動(dòng)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn) D 位置后停頓時(shí)間 T。其中運(yùn)動(dòng)速度 V 和隨機(jī)停頓時(shí)間 Tp 的范圍和在該范圍的分布可以通過(guò)模型參數(shù)的方式進(jìn)行限定，如 V 的范圍為 (v, v) ，并且在 (v, v) 范圍內(nèi)服從平均分布；Tpm

20、inmaxminmax的范圍為(tmin, tmax) ，并且在(tmin, tmax) 范圍內(nèi)服從平均分布。模型參數(shù)設(shè)置：場(chǎng)景參數(shù)：xmin=0;xmax=100;ymin=0;ymax=50;時(shí)間參數(shù)：運(yùn)行時(shí)間 T，記憶變量 tex，運(yùn)動(dòng)時(shí)間 tm，停頓時(shí)間 tp;速度參數(shù)：vmin=0.5;vmax=1.5;速度大小 v; 停頓時(shí)間參數(shù)：tmin=0.1; tmax=0.2;clear all;%相關(guān)參數(shù)設(shè)定T=1000;%仿真時(shí)間s dt=1;%補(bǔ)進(jìn)時(shí)間svmin=1;vmax=1.5;%速度范圍tmin=0.1;tmax=0.1;% 停 頓 時(shí) 間 范 圍 s xmin=0;xmax

21、=100;ymin=0;ymax=50;%場(chǎng)景的范圍tex=0;%初始化運(yùn)行時(shí)間記憶變量axis(xmin xmax ymin ymax);%設(shè)定坐標(biāo)范圍figure(1);hold on;%保留繪圖內(nèi)容xa=unifrnd(0,100,1,1);%隨機(jī)發(fā)生起始點(diǎn)坐標(biāo)ya=unifrnd(0,50,1,1);while(1)xb=unifrnd(0,100,1,1);%隨機(jī)發(fā)生一個(gè)路點(diǎn)坐標(biāo)yb=unifrnd(0,50,1,1);v=unifrnd(vmin,vmax,1,1);%隨機(jī)發(fā)生一個(gè)速度值，速度大小服從均勻分布tp=unifrnd(tmin,tmax,1,1);%隨機(jī)發(fā)生一個(gè)停頓時(shí)間

22、，停頓時(shí)間服從均勻分布tm=sqrt(xb-xa)2+(yb-ya)2)/v; %計(jì)算這個(gè)Step的移動(dòng)時(shí)間if xa=xb&ya=yb%在出發(fā)點(diǎn)和目的點(diǎn)坐標(biāo)相同時(shí)單獨(dú)處理pause(tp); %停止一段時(shí)間tex=tex+tp;%更新運(yùn)行時(shí)間記憶變量elseif T-tex=tm;%本次Step內(nèi)仿真時(shí)間不會(huì)到for t=0:dt:tmx=xa+v*(xb-xa)/sqrt(xb-xa)2+(yb-ya)2)*t;y=ya+v*(yb-ya)/sqrt(xb-xa)2+(yb-ya)2)*t; plot(x,y.);tex=tex+dt end更新運(yùn)行時(shí)間記憶變量if T-tex=tp;pa

23、use(tp);%停止一段時(shí)間tex=tex+tp%;更新運(yùn)行時(shí)間記憶變量elsepause(T-tex); %時(shí)間到returnendelse%本次Step內(nèi)仿真時(shí)間會(huì)到for t=0:dt:T-texx=xa+v*(xb-xa)/sqrt(xb-xa)2+(yb-ya)2)*t;y=ya+v*(yb-ya)/sqrt(xb-xa)2+(yb-ya)2)*t; plot(x,y.);endreturn %時(shí)間到endendxa=xb;ya=yb;%將目標(biāo)點(diǎn)更新為新Step的起點(diǎn)end504540353025201510500102030405060708090100隨機(jī)路點(diǎn)模型實(shí)現(xiàn)和仿真隨機(jī)路點(diǎn)模型描述隨機(jī)路點(diǎn)移動(dòng)模型描述為節(jié)點(diǎn)先在整個(gè)移動(dòng)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選擇一個(gè)位置作為初始位置，然后反復(fù)按相對(duì)固定的過(guò)程進(jìn)行移動(dòng)，通常稱(chēng)這個(gè)重復(fù)過(guò)程為Step。一個(gè)完 整的Step包括先通過(guò)隨機(jī)選擇目標(biāo)點(diǎn)D、運(yùn)動(dòng)速度V和隨機(jī)停頓時(shí)間T，然后以速度V 勻速直線運(yùn)動(dòng)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)D位置后停頓時(shí)間T。其中運(yùn)動(dòng)速度V和隨機(jī)停頓時(shí)間T的范 圍和在該范圍的分布可以