赌博策略仿真【MANET分簇策略的仿真研究与实现】

　　摘要:无线移动自组织网络(MANET)是一种无需基础设施支持的无线网络,而MANET分簇策略的性能研究有着广泛的应用。本文对MANET分簇策略仿真平台进行研究与实现,并对现有的MANET分簇算法进行仿真分析。本文所提出的平台不仅能统计和分析分簇策略的性能,还能对MANET分簇过程的实时状态进行仿真和输出。与现有的通用型网络模拟平台相比,该平台是针对MANET所设计的,具有交互性好、可扩性强、便于分簇策略优化改进等特点。
　　关键字:移动自组织网络 分簇策略 模拟仿真 软件平台
　　
　　1 引言
　　 无线移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Network , MANET)是一种无需基础设施支持的无线网络[1-2],其利用一组具有无线电收发装置的移动节点自组成网,具有组网灵活性强、易于移动与部署、抗毁能力强等特点,在抢险救灾、军事行动、临时会议等场合有着广泛的应用前景。MANET网络无中心结构的特点也为其扩展性和管理带来了困难,分簇[3-5]是一种解决方案,通过某种分簇策略,具有相同性质(地理位置相近、运动行为相似)的节点被聚成了一个簇,位于同一簇中的节点被作为一个自治域,能力强的节点被选出来,作为主干结点负责域间通信,从而实现了层次路由,为MANET网络的扩展性提供了保障[5-10]。
　　 目前,对MANET分簇策略研究主要通过以下三种方法:(1)数学模型,对MANET分簇过程进行数学建摸,利用相关的数学模型对分簇策略的性能进行分析和评估,该方法比较简单且结果具有一般性,但由于MANET网络动态性较强,数学模型难以准确地描述网络的行为,造成分析的结果与真实的网络情况存在差距。(2)实验床(Testbed),在真实的环境中架设MANET网络的实验床,并在实验床上对MANET分簇策略进行分析和优化。该方法得到的结果更加接近真实,但由于受具体实验环境的影响较大,难以得到一般性的结论,同时,实验床的部署成本也比较高。(3)模拟仿真,利用模拟仿真工具,对各个分簇策略的行为进行模拟仿真,同时进行性能分析和优化。该方法由于简单,易于实现,结果具有一般性,在当前的研究中被广泛使用。
　　 针对MANET环境下分簇策略的研究,本文提出一个MANET分簇模拟平台的设计方案并在Windows平台下对该设计进行实现。本文利用该平台不仅可以对现有的MANET分簇策略过程实时模拟仿真,还可统计和分析分簇策略的性能。本文第2部分给出了仿真平台的系统结构和实现,第3部分在本文所设计的平台上对现有MANET分簇策略进行仿真分析,最后给出本文的结论。
　　
　　2 仿真平台的设计与实现
　　 在MANET环境下的分簇策略仿真平台,至少应该包括以下功能:(1)对MANET网络中节点随机移动的模拟。该模拟平台必须首先对节点的随机移动过程和网络拓扑的实时变化进行模拟仿真。(2)对节点的失效过程的模拟。仿真平台需对节点因为电源耗尽或者设备故障等随机出现失效的过程进行模拟仿真。(3)对节点分簇过程的模拟。网络中的各个节点将按照设定的分簇策略进行分簇,模拟平台需要对其的分簇过程进行模拟仿真。(4)模拟过程的实时演示和控制。平台应该为用户提供实时演示和过程控制接口。(5)模拟参数的配置。平台应该向用户提供友好的参数配置接口,模拟参数包括场景的参数、节点运动和工作状态和所使用的分簇策略等指标。(6)分簇策略性能指标的统计。为了了解所选用分簇策略的性能,平台需对选定的分簇策略进行性能指标的统计分析。(7)提供二次开发的接口。为了方便MANET分簇策略的研究与改进,平台应提供二次开发接口,用户可以根据自己的需要利用接口开发出自定义的分簇策略、节点移动模型、节点失效模型以及策略性能指标,从而进一步提高平台的可扩展性。根据上述需求,本文在WINDOWS XP操作系统和VC.NET开发环境上进行仿真平台的设计与实现。
　　2.1 系统结构设计
　　 根据上述MANET分簇策略仿真平台的功能需求,本文将对该仿真平台进行设计,其系统结构图如图1所示,系统由模拟计算、分簇策略管理、用户交互三个子系统构成。
　　2.2 模拟计算子系统
　　 模拟计算子系统负责所有与仿真相关过程的计算,主要实现对网络拓扑结构的变化过程的模拟、网络中各节点的差错出现和恢复过程模拟、分簇策略执行过程的模拟和统计分析所使用分簇策略的性能指标。
　　 模拟计算子系统是整个模拟平台的核心部分,与模拟有关的计算工作都由该子系统负责,该子系统的工作流程如下:
　　 (1)初始化。模拟计算子系统利用用户交互子系统提供的配置信息对自身进行初始化,相应的操作包括生成网络拓扑、分簇策略的初始化和初始化差错模拟和性能统计分析子模块。(2)前进一个模拟分析时间片,系统根据MANET节点移动模型计算当前时刻的网络拓扑。系统当前支持的MANET节点移动模型为Random WayPoint模型[6]。(3)若采用节点差错控制,则根据节点差错模型对各个节点当前时刻的工作状态进行计算。平台当前支持的MANET节点差错模型为Poisson过程。(4)根据前面两步计算得到的网络拓扑和节点工作状态,利用所选分簇策略的维护规则对当前的分簇进行更新和维护。(5)对该步模拟的分簇性能指标进行统计分析,系统所分析的性能指标包括分簇覆盖率、簇生存周期、分簇成员时间等。(6)返回步骤(2),重复前面所述的过程,直到系统时间到达模拟结束时间。图3为图2所示网络在系统时间为25秒时的状态。
　　 通过图2、图3对比可以发现,由于MANET网络中节点的移动以及工作状态的变迁,网络拓扑和节点的分簇结构都发生了很大的变化。
　　2.3 策略管理子系统
　　 策略管理子系统负责对模拟平台中分簇策略进行管理,并为新分簇策略的开发提供接口。目前系统中已经有3种分簇策略的实现,包括HCC[7]、3hBAC[8]、BH-3hBAC[9]。同时为了方便使用,系统具有可扩性的接口,即为新分簇策略的开发提供了相关的接口,用户只要利用这些接口就可以根据需要自定义分簇策略、节点移动模型、节点差错模型和统计分析指标,并在仿真平台中进行仿真和性能分析。
　　2.4 用户交互子系统
　　 用户交互子系统担负着在整个仿真过程中系统与用户进行相关交互的任务,包括参数配置、控制信息交互、实时动态演示以及策略性能参数报告四个模块。其中参数配置模块负责在模拟开始前,为该次模拟实验的相关参数的配置提供接口,包括分簇策略选择、差错模式参数配置和场景配置。用户可以通过该接口界面对仿真实验节点故障过程模型参数、场景参数以及运动模型参数进行配置。
　　 控制信息交互模块向用户提供了对仿真过程进行控制的接口。用户可以根据需要选择运行模式:单步运行、时序运行或快速运行。单步运行模式下,系统在户点击单步运行按钮时才以最小时间片为单位向前进运行,该模式主要用于对聚类策略的调试。时序运行模式下,处于该运行模式的系统以真实的时间为触发器推进模拟过程的执行,该模式主要用于模拟过程的直观演示。快速运行模式主要用于对策略在不同网络环境下的性能进行分析评价。
　　 实时动态演示模块将模拟过程各个时刻的网络状态以动画的形式在平台界面上进行演示出来,如图2和图3所示。当模拟过程结束的时候,性能分析报告模块对整个模拟过程中分簇策略的性能指标比较和输出,系统所提供的性能指标包括平均分簇覆盖率、平均簇头时间、平均成员时间等。
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　　3 仿真分析
　　 本文采用自身所设计的平台,对分簇策略HCC、3hBAC和BH-3hBAC不同的网络环境下进行了仿真分析。仿真过程中,本文首先对相同网络环境下3种分簇策略的性能进行分析,图4为3hBAC在仿真平台下单次仿真运行的性能指标分析结果。
　　 其次,本文通过改变节点密度、节点运动模型、节点通信距离等参数,在不同的网络的环境下对3种分簇策略进行反复仿真实验,对分簇平均覆盖率、簇平均生存时间和节点平均成员时间等参数进行比较。如图5所示为分簇平均覆盖率与场景中节点的数目的关系,本文所设计的仿真平台能较好地反映分簇策略的各项性能指标。
　　
　　4 结语
　　 模拟仿真作为一种分析分簇策略性能的常用方法,在MANET分簇策略的研究中被广泛采用。本文给出了MANET环境下分簇仿真平台,并对现有的分簇策略进行了仿真和分析。利用该平台不但可以对MANET网络的分簇过程对分簇策略的性能指标进行统计分析,还可以进行分簇策略模拟仿真的实时控制和演示,便于分簇策略的优化和改进。此外,本文所给出的仿真平台还具有可扩性,可以根据需要自定义的分簇策略和统计指标。与现有的通用型网络模拟仿真平台相比,该平台具有针对性强,交互性好、可扩性强、便于分簇策略优化改进等特点。
　　
　　参考文献
　　 [1] I Chlamtac, M Conti, and J Liu. Mobile Ad Hoc Networking : Imperatives and Challenges[J]. Ad Hoc Networks, 2003, 1(1):13-64.
　　 [2] J. Y. Yu, P. H. J. Chong. A Survey of Clustering Schemes for Mobile Ad Hoc Networks [J]. IEEE Communications Surveys and Tutorials, 2005, 7(1):32--48.
　　 [3] U. C. Kozat et al., Virtual Dynamic Backbone for Mobile Ad Hoc Networks, Proc. IEEE ICC’01, vol. 1, June 2001, pp.250�55.
　　 [4] Theoleyre, F.; Valois, F, Virtual structure routing in ad hoc networks[C]. IEEE ICC’ 05. Volume, 2005, 5:3078 � 3082.
　　 [5]Connectivity in finite ad-hoc networks[J]Science in China(Series F:Information Sciences), 2008,(04) .
　　 [6] Lin G, Noubir G, Rajmohan Rajaraman. Mobility models for ad hoc network simulation[C]. Proceeedings of INFOCOM 2004.
　　 [7] M. Gerla,J. T. Tsai. Multiuser, Mobile, Multimedia Radio Network. Wireless Networks, 1995,vol. 1, Oct. 1995, pp. 255�65.
　　 [8] J. Y. Yu ,P. H. J. Chong. 3hBAC (3-hop between Adjacent Clusterheads): a Novel Non-overlapping Clustering Algorithm for Mobile Ad Hoc Networks. in Proc. IEEE Pacrim’03, vol. 1,Aug. 2003, pp. 318�21.
　　 [9] 陈嘉宁,XIE Gao-gang,张大方等.BH-3hBAC:一种稳定的MANET分簇策略[J].系统仿真学报,2008,20(6):1523-1528.
　　
　　①此项工作得到北京市属高等学校人才强教计划(PHR201007145)资助
　　杨玺(1980-), 江西新余人, 博士, 研究兴趣: 无线传感器网络,无线自组网等
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