[优秀毕业设计精品] 基于隐马尔科夫模型的移动节点路径预测算法设计.doc

本科生毕业论文1第1章绪论1.1论文的背景无线移动自组织网络（AdhocNetwork）技术研究始于二十世纪七十年代，美国国防部高级研究计划署（DARPA）出于军事需要，开始研究分组无线网PRNET（PacketRadioNetwork）在战场环境下数据通信中的应用，与传统无线网络不同的是Adhoc网络既不需要固定的网络结构，也没有专用固定的基站或路由器作为网络的管理中心。网络中的每个节点均具有路由器的功能，能够发现和维护到其他节点的路由，并且可以任意移动、拓扑结构高度变化。由于具备组网简单灵活、成本低、生存能力强等特点，其应用范围不断扩大，由原来的军用领域扩大到地震、火灾等应急通信领域。近年来，国外很多著名实验室纷纷设立蜂窝网与自组织网络结合方面的研究项目，我国对未来移动通信的研究也正式列入“863”项目1，移动自组网极有可能成为未来移动通信系统的网络构架。1.2移动自组网的研究现状与应用九十年代以来，无线移动自组织网络的研究在世界范围内方兴未艾，已经从无线通信领域中的一个小分支逐渐扩大到相对较独立的领域。目前，无论在国际上还是在区域上，周期性的Adhoc网络学术会议日益增多，Adhoc网络成果主要在以下几个方面：（1）提出新的路由协议。Adhoc路由面临的主要挑战是：传统的保存在结点中的分布式路由数据库如何适应网络拓扑的动态变化。新协议一般以广播或组播方式建立网络路由，核心是减少广播风暴。目前，一般普遍得到认可的代表性成果有DSDV、WRP、AODV、DSR、TORA和ZRP等。源头性的创新性研究主要集中在2001年以前，后续的成果多为这些协议的改进，目前，路由协议的研究仍然是Adhoc网络成果最集中的部分。不过，从实现的难度来看，这些协议离适用性还有一定的距离。本科生毕业论文2（2）提出基于Adhoc网络的媒体接入控制（MAC）协议。主要是解决隐藏终端和暴露终端问题，影响比较大的有MACA协议，即RTS/CTS/ACK方案，控制信道和数据信道分裂的双信道方案和基于定向天线的MAC协议，以及一些改进类的MAC协议。有一些研究则是侧重于将IEEE802.11的MAC协议移植到Adhoc网络中。基于定向天线的MAC协议在理论上性能较为优越，但在技术上实现的难度较大。（3）Adhoc网络与蜂窝网的互连互通。研究并提出了一种ICAR（internetCellularandAdhocRealy）系统，提供蜂窝小区内信号的补盲。该方案给出了在加入补盲点之后系统性能改善的性能评价。从结果看，该系统只是针对目前的2G系统，尚无法联系到基于IP方式的分组网络。最近，提出了一种在蜂窝网上覆盖一个无线多跳网络的方案，其中用一些无线路由器来代替蜂窝网络中的一些结点。通过优化路由、信道规划和功率控制等使系统在发射功率受限的情况下达到系统吞吐量最大化，其他方面没有太多的贡献。（4）基于Adhoc网络的多播/组播协议、TCP协议、地址分配、功率（节能）控制、安全性问题、分布式算法、QoS等方面有一些研究成果，但各部分的数量相对较少。其中，比较有意思的有，试图把移动IP扩展到AdHoc网络，基本方案是要用特定的RIP协议（RoutingInformationProtocol）作为路由协议，但这种方案与Adhoc网络的其他路由协议不相容。（5）在实验和应用网络的构建上，最近比较值得注意的是，一些学者正在研究用蓝牙节点组建Adhoc网络。就蓝牙本身的技术来说，蓝牙可以组成微微网（piconet），微微网通过桥节点（bridge）互连，可以形成多跳的Adhoc网络，也称为蓝牙散射网（scatternet）。蓝牙规范尚未对蓝牙微微网之间的通信和基于蓝牙的Adhoc网络的形成等内容做出具体描述，这是一个开放的问题，目前已有一些文献针对基于蓝牙的Adhoc网络的形成提出了各种不同的协议或方案。（6）国内学者所发表的Adhoc网络的研究成果较少。从2001年起，开始有少量成果发表，研究类的论文大约有数十篇，主要成果基本上集中在路本科生毕业论文3由协议的一些改进，少量成果涉及MAC协议的研究。可以说国内在该研究领域基本上是刚刚起步2,3。移动自组网潜在的应用很多，主要可以分为以下几类：（1）在军事通信领域中，由于移动自组网具有快速展开与组织，抗毁性强，通信距离远等特点，在现代化战场上，可以方便快捷的完成车辆、机群、舰队和士兵间的统一指挥，协调作战。（2）应用于紧急搜救，在地震、洪水等自然灾害发生时，固定的网络基础设施遭到破坏，要重新建立这些固定设施不仅耗时，有时甚至是不可能的。移动自组网络不需固定通信设施的支持，且组网灵活、快捷，因此，可作为救援小分队的通信网络。支持实时的灾情报告、救援的组织协调等。（3）应用于移动会议，在室外临时环境中，工作团体所有成员可以通过Adhoc网络方式组成一个临时网络来协同完成一项任务，在室内更可通过无线方式上传下载文件。其次移动自组网在家庭关网、传感器网络，、个人通信方面都有很好的应用前景4。1.3问题提出由于移动自组网络内的每个节点都可以随机移动，所以有了网络组建灵活的特性，同时也给网络的开发带来了很大的难度，当移动节点在子网间切换时，通信中断就很难避免，并会产生较大的切换时延，如果能预测移动节点的移动方向和将要连接的接入路由器，就可以使移动节点为可能发生的切换提前做好准备，为避免或减小通信中断和时延赢得时间。目前所提出的预测模型大致可分为基于概率统计模型的和基于人工神经网络的两类。虽然后者能够构建出更为精确的分类界面，但需要大量的训练数据才能进行参数估计，计算复杂度高，模型收敛慢，因此在路径预测问题中大量使用的是基于概率统计模型的方法。本文基于隐马尔科夫模型（HMM：HiddenMarkovModel）提出一种新的移动节点的移动路径预测模型。本科生毕业论文4第2章无线移动自组织网相关理论2.1无线通信简介无线通信，顾名思义，是不借助有线传输媒介，而通过电磁波在空间传播来传递信息的通信方式。无线通信的特点就在于它的传播媒介无线通信具有以下特征。（1）广播性：一个发射机发送，多个接收机都可以接受；（2）信道随空间而变化：随着空间环境的不同，信道特性往往不同；（3）信道随时间而变化：有快速变化和较慢的变化区别；（4）传播距离有限：发送信号随距离增大在逐渐衰减，信号衰减到一定程度，接收机将不能正确接受；（5）多径效应：信号可沿不同路径到达接收机，造成衰减和时延扩展；（6）相互之间形成干扰：多个发射机发送的信号可能会在接受端叠加，形成相互干扰，从而对信号的争取接受造成影响。所谓无线通信系统，就是采用无线通信技术的通信系统，它是通信系统的一个组成部分，从整个通信网整体而言，无线通信系统处于通信网的末端，它往往被用来解决接入问题。无线通信系统有两种网络结构：有基础设施网和无基础设施网。下面分别介绍这两种结构。有基础设施网络结构：通常是对有线通信网的一种扩展。有线网被用作骨干网，连接到特殊的有线/无线转接节点，即基站或接入点，基站负责协调覆盖区内的移动节点通过一个或多个传输信道接入网络。基站和有线骨干网相连并且覆盖一个区域，它必须被预先规划、设计和布设，因此这种网络结构被称为有基础设施网络结构。有基础设施网包含很多种类，比较典型的有：蜂窝移动通信系统、集群移动通信系统、无线局域网等。无基础设施网络结构：一般也称为自组织网络（简称自组网），自组网是由多个移动节点组成的多跳无线网络。这些移动节点处在一个局域区域内，