一种无线多跳网络建模方法及仿真平台技术

本发明专利技术公开了一种无线多跳网络建模方法及仿真平台，所述建模方法的步骤为，输入网络特性参数、基于网络特性参数生成节点位置矩阵、基于节点物理属性与节点位置矩阵获取节点信息和链路信息、基于链路相关性指数与期望包接收率矩阵实现节点间数据包收发状况参考表。本发明专利技术解决了现有的无线多跳网络仿真工具无法将各链路间的相关性考虑到网络仿真过程当中的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种无线多跳网络建模方法及仿真平台
本专利技术属于网络通信领域，特别涉及了一种无线多跳网络建模方法及仿真平台。
技术介绍
在当今信息化水平快速发展的21世纪，无线网络已经成为人类生产、生活各领域中不可或缺的一部分。随着传感器网络应用的发展以及物联网、无线自组网、容迟网络的兴起，无线网络凭借其移动性(不受时间与空间限制)、灵活性(不受线缆的限制)、低成本(不需要大量的工程布线，同时节省线路维护的费用)、易安装(与有线网络相比无线网络的配置、设定和维护更为容易)的特点越来越受到工程应用的青睐以及研究人员的关注，例如，基于无线传感网的各种环境监测网络、车辆自组网、作战协同网络、物联网、4G通信网络等等。无线多跳网络(wirelessmulti-hopnetwork)为一种典型的无线网络，传统的无线局域网(WLAN)中，每个客户端均通过一条与接入点(AP)相连的无线链路来访问网络，用户如果要进行相互通信的话，必须首先访问一个固定的接入点，像这种源节点与目的节点间相距一跳的网络结构被称为单跳网络。而在无线多跳网络中，源节点到目的节点之间由多跳的无线链路组成，任何无线节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收数据包，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。无线adhoc网络、无线传感器网络以及无线mesh网络均可以用无线多跳网络来描述。随着无线通信技术日趋复杂，无线网络尤其是无线多跳网络的性能也变得越来越不可预测，有效评估和研究无线多跳网络技术、协议、性能成了迫切的需求。一般通信网络研究使用现场实验、数学分析、仿真模拟3种方法。其中，现场实验方法成本高、难操作，用于网络通信研究也有很大的局限性，因为即使实验在特定的网络拓扑结构下表现良好，但当网络拓扑结构改变或实验移植到其他网络时，可能得到完全不同的实验结果。而且现场实验过程中实际网络结构的变动与调整也较为麻烦，不便于实现大量网络结构下的网络通信研究。数学分析方法一般应用于理论研究初级阶段，然而理论分析结果与实际网络中的实际情况还有不少的距离。相比较而言，仿真方法的抽象化程度比数学分析方法低，耗费的时间比现场实验少，其低成本和有效性是其他传统方法不可替代的。因此，无线多跳网络的建模与仿真在无线多跳网络研究中有着重要的实际价值。网络仿真是一种利用数学建模和统计分析的方法模拟网络行为，从而获取特定的网络特性参数的技术。它以系统理论、形式化理论、随机过程和统计学理论、优化理论为基础。在设计阶段，仿真方法可提供一个仿真模型来预测并比较各种方案的性能；运行阶段，通过对不同环境和工作负荷的分析和比较来优化系统的性能。在某些情况下，仿真是唯一可行的方法和技术。网络仿真技术以其独有的方法能够为网络的规划设计提供客观、可靠的定量依据，缩短网络建设周期，提高网络建设中决策的科学性，降低网络建设的投资风险。随着网络新技术的不断出现和数据网络的日趋复杂，对网络仿真技术的需求必将越来越迫切，网络仿真的应用也将越来越广泛，网络仿真技术已成为研究、规划、设计网络不可缺少的工具。在国外，网络仿真技术研究已经较为成熟，并产生了许多优秀的网络仿真工具。第一次真正意义上的网络仿真，应该是从1983年美国国家高级计划研究局(ARPA)和陆军共同资助SIMNET项目开始的。大量的网络仿真研究在各个领域都得到了很大的发展，并且出现了许多优秀的产品，例如MIL3公司的OPNET、CACI公司的COMNET、UCBerkeley的ns等。这些产品大多是针对某一类问题的通用设计，具体应用可以在其基础上进行扩展，但是也存在一些不足，如：1、这些网络仿真软件的操作相当复杂，使用者不仅要熟悉这些工具，还要掌握一定的网络技术基础并具有熟练的编程技术，仿真结果的可靠性在很大程度上取决操作者的技术素质。2、大部分网络仿真工具来自于美国，技术垄断严重。3、大部分网络仿真工具并不是针对无线多跳网络仿真研究的，无法很好的刻画无线多跳网络的细节。中国的通信产业是国民经济的一个高速增长点，目前中国的固定电话用户和移动电话用户的数量都是世界第一，并且通信产业的固定资产投入基本保持着逐年递增的趋势。这样大规模的网络和投入，无论是在网络的建设期还是运营期，充分掌握它的性能指标都是非常必要的。然而，国内在网络仿真技术这一领域的研究很少，而且又大都针对某一个具体问题，从整个行业的角度来看形成了大量的重复劳动和浪费。一个项目大量的投入在项目终结时没有留下后期的发展基础，这样的投入从利用效率上看是一种浪费，所以一定要注意研究中的可延续性成果的保存。因此，建立一个较通用的无线多跳网络仿真平台可以节省大量的劳动，提高网络仿真在中国的整体发展。无线多跳网络在移动通信、环境监测、军事、医疗健康、家庭智能监控和其他商业领域有着广泛的应用前景，因此受到了学术界和工业界越来越广泛的关注。现有的仿真工具对无线多跳网络中存在的链路相关性并没有具体的描述与实现，链路相关性是指在无线多跳网络中接收到同一临近节点发送的数据包的多个接收节点，它们的数据包接收是否成功是有相互关联的，其关联程度的大小由链路相关性表示。对于一些无线多跳网络路由协议，链路相关性的存在将大大影响其数据传输能力。此外，大部分网络仿真工具仅仅适用于某些特定的无线多跳网络。因而，实现具有一定通用性且能够刻画出无线多跳网络中存在的链路相关性的网络仿真工具有着巨大的实际意义。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提出的技术问题，本专利技术旨在提供一种无线多跳网络建模方法及仿真平台，能够在网络建模过程中描述与实现无线多跳网络中存在的链路相关性，解决了现有的无线多跳网络仿真工具无法将各链路间的相关性考虑到网络仿真过程当中的问题。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：一种无线多跳网络建模方法，包括以下步骤：(1)输入网络特性参数，所述网络特性参数包括：网络节点数目N、网络分布空间范围SCALE＝{LENGTHWIDTHHEIGHT}、节点间最小间距、网络拓扑结构、节点物理属性NODEPROP＝{RANGEPSEPREDATARATEMODFREPOWER}、链路相关性指数；其中，LENGTH、WIDTH、HEIGHT依次表示网络分布空间范围的长、宽、高，RANGE、PSE、PRE、DATARATE、MOD、FRE、POWER依次表示通信节点的最大通信距离、发送功率、接收功率、数据传输速率、信号调制方式、工作频率、节点能量，链路相关性指数的取值范围为[0,1]；(2)基于网络特性参数，生成节点位置矩阵：根据步骤(1)中的网络节点数目、网络分布空间范围、节点间最小间距、网络拓扑结构以及节点物理属性中的最大通信距离，生成网络初始分布，并将分布好的网络中各节点位置信息存入节点位置矩阵中；(3)基于节点物理属性与节点位置矩阵，获取节点信息和链路信息：根据步骤(1)中的节点物理属性以及步骤(2)生成的节点位置矩阵仿真，获取节点信息NODEINFO与链路信息LINKINFO；其中，NODEINFO＝{AVAILENERGY}，AVAIL、ENERGY依次表示节点效用表、节点能量表，LINKINFO＝{DISTANCEPRRDELAYCONSUMPTIONDATARATE}，DISTANCE、P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线多跳网络建模方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)输入网络特性参数，所述网络特性参数包括：网络节点数目N、网络分布空间范围SCALE＝{LENGTH WIDTH HEIGHT}、节点间最小间距、网络拓扑结构、节点物理属性NODEPROP＝{RANGE PSE PRE DATARATE MOD FRE POWER}、链路相关性指数；其中，LENGTH、WIDTH、HEIGHT依次表示网络分布空间范围的长、宽、高，RANGE、PSE、PRE、DATARATE、MOD、FRE、POWER依次表示通信节点的最大通信距离、发送功率、接收功率、数据传输速率、信号调制方式、工作频率、节点能量，链路相关性指数的取值范围为[0,1](2)基于网络特性参数，生成节点位置矩阵：根据步骤(1)中的网络节点数目、网络分布空间范围、节点间最小间距、网络拓扑结构以及节点物理属性中的最大通信距离，生成网络初始分布，并将分布好的网络中各节点位置信息存入节点位置矩阵中；(3)基于节点物理属性与节点位置矩阵，获取节点信息和链路信息：根据步骤(1)中的节点物理属性以及步骤(2)生成的节点位置矩阵，仿真获取节点信息NODEINFO与链路信息LINKINFO；其中，NODEINFO＝{AVAIL ENERGY}，AVAIL、ENERGY依次表示节点效用表、节点能量表，LINKINFO＝{DISTANCE PRR DELAY CONSUMPTION DATARATE}，DISTANCE、PRR、DELAY、CONSUMPTION、DATARATE依次表示距离矩阵、期望包接收率矩阵、期望延迟矩阵、期望能耗矩阵、数据传输速率矩阵；(4)基于链路相关性指数与期望包接收率矩阵，构建数据包收发状况参考表：根据步骤(1)中的网络特性参数中链路相关性指数和步骤(3)中的链路信息中期望包接收率矩阵，构建数据包收发状况参考表STATE＝{k SE RE STRING}；其中，k、SE、RE、STRING依次表示STATE序号、发送节点序号、接收节点序号、数据包收发状况参考序列。...

【技术特征摘要】
1.一种无线多跳网络建模方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)输入网络特性参数，所述网络特性参数包括：网络节点数目N、网络分布空间范围SCALE＝{LENGTHWIDTHHEIGHT}、节点间最小间距、网络拓扑结构、节点物理属性NODEPROP＝{RANGEPSEPREDATARATEMODFREPOWER}、链路相关性指数；其中，LENGTH、WIDTH、HEIGHT依次表示网络分布空间范围的长、宽、高，RANGE、PSE、PRE、DATARATE、MOD、FRE、POWER依次表示通信节点的最大通信距离、发送功率、接收功率、数据传输速率、信号调制方式、工作频率、节点能量，链路相关性指数的取值范围为[0,1](2)基于网络特性参数，生成节点位置矩阵：根据步骤(1)中的网络节点数目、网络分布空间范围、节点间最小间距、网络拓扑结构以及节点物理属性中的最大通信距离，生成网络初始分布，并将分布好的网络中各节点位置信息存入节点位置矩阵中；(3)基于节点物理属性与节点位置矩阵，获取节点信息和链路信息：根据步骤(1)中的节点物理属性以及步骤(2)生成的节点位置矩阵，仿真获取节点信息NODEINFO与链路信息LINKINFO；其中，NODEINFO＝{AVAILENERGY}，AVAIL、ENERGY依次表示节点效用表、节点能量表，LINKINFO＝{DISTANCEPRRDELAYCONSUMPTIONDATARATE}，DISTANCE、PRR、DELAY、CONSUMPTION、DATARATE依次表示距离矩阵、期望包接收率矩阵、期望延迟矩阵、期望能耗矩阵、数据传输速率矩阵；(4)基于链路相关性指数与期望包接收率矩阵，实现节点间数据包收发状况参考表：根据步骤(1)中的网络特性参数中链路相关性指数和步骤(3)中的链路信息中期望包接收率矩阵，构建数据包收发状况参考表STATE＝{kSERESTRING}；其中，k、SE、RE、STRING依次表示STATE序号、发送节点序号、接收节点序号、数据包收发状况参考序列；数据包收发状况参考表的元素数等于网络中的期望包投递率非零的链路数；数据包收发状况参考序列是位数为STRLEN位的二进制序列，1/0代表数据包传输成功/未成功，通过选定序列中某一位来代表对应链路的数据收发成功与否；数据包收发状况参考序列中为1的位数等于STRLEN与对应链路期望包接收率的乘积取整；使用模型进行仿真时，每一跳数据包传输过程中，首先选择一个位序号，然后选定发送节点序号相同的多个数据包收发状况参考表，将后者的数据包收发状况参考序列中该位的值1或0来代表同发送节点的多个接收节点数据包成功或未成功接收，以此实现对链路间相关性的描述；所述数据包收发状况参考表的生成方法：(a)生成初始数据包接收状态参考表：从全网所有N个节点中选取一对节点，节点序号分别为i、j，节点i...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐淑芳，王慧斌，张丽丽，刘阳，毛莺池，黄倩，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32