專利名稱：：一種適用于障礙物環(huán)境下移動(dòng)自組網(wǎng)的馬爾可夫移動(dòng)模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于移動(dòng)通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及到利用馬爾可夫過程對(duì)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)進(jìn)行建模的方法。給出了兩種不同的構(gòu)建移動(dòng)模型的方法，能夠根據(jù)不同的障礙物環(huán)境，調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式。
背景技術(shù)：
：移動(dòng)模型試圖模擬網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的速度和方向要能真實(shí)的反映節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。為此，研究人員提出了許多不同類型的移動(dòng)自組網(wǎng)(Adhoc網(wǎng)絡(luò))移動(dòng)模型。每種移動(dòng)模型都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。路由協(xié)議的性能受到移動(dòng)模型的影響，因此，應(yīng)該根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況選取已有的或者設(shè)計(jì)新的、更符合實(shí)際環(huán)境的移動(dòng)模型，這樣有利于對(duì)Adhoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的準(zhǔn)確地研究和評(píng)價(jià)。現(xiàn)階段移動(dòng)模型的研究主要存在以下兩方面的問題(l)移動(dòng)模型適用環(huán)境的局限性?，F(xiàn)有的移動(dòng)模型適用環(huán)境有局限性，例如入備用節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)模型適用于障礙物環(huán)境(障礙物移動(dòng)自組網(wǎng)中基于連通控制集的混合路由算法，D.Wu，Y.Qu，andN.Tong，"ConnectedDominatingSetBasedHybridRoutingAlgorithminAdhocNetworkswithObstacles,，，inProc.IEEEInternationalConferenceonCommunications,Istanbul,2006，pp.4008-4013.)，曼哈頓移動(dòng)模型主要適用于移動(dòng)終端在棋盤式街道上的移動(dòng)情形(移動(dòng)模型對(duì)移動(dòng)自組網(wǎng)路由協(xié)議性能影響的系統(tǒng)分析框架，F(xiàn).Bai，N.Sadagopan，andA.Helmy，"IMPORTANT:AFrameworktoSystematicallyAnalyzetheImpactofMobilityonPerformanceofRoutingProtocolsofAdHocNetworks,，，inProc.IEEEINF0C0M，SunFrancisco,USA，2003，pp.825-835.)，參考點(diǎn)組移動(dòng)模型，每個(gè)組需要有一個(gè)參考點(diǎn)，群組移動(dòng)的路徑由參加點(diǎn)決定(移動(dòng)自組網(wǎng)的組移動(dòng)模型，X.Y.Hong，M.Gerla，G.Y.Pei，andCH.CH.Chiang,"AGroupMobilityModelforAdHocWirelessNetworks，，，inProc.ACMInternationalWorkshoponModeling,AnalysisandSimulationofWirelessandMobileSystems,Washington,USA，1999，pp.53-60.)。(2)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式的問題。大多數(shù)移動(dòng)模型中節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式是隨機(jī)的，節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選取運(yùn)動(dòng)參數(shù)，不能規(guī)定節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡(隨機(jī)方向模型的性能，P.Nain，D.Towslev，B.Y.Liu，andZ.Liu，"PropertiesofRandomDirectionModels,，，inProc.INF0C0M，Miami,Florida,USA，2005，pp.1897-1907.)。對(duì)于節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行限制的移動(dòng)模型，例如曼哈頓移動(dòng)模型，該移動(dòng)模式具有較高的時(shí)空獨(dú)立性，但仍然是一種受到移動(dòng)線路局限的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)方式。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種模擬真實(shí)環(huán)境下Adhoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方法，利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣確定節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。本發(fā)明的技術(shù)方案如下通過障礙物的表示、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)識(shí)、運(yùn)動(dòng)模式設(shè)定和狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的設(shè)定給出了障礙物環(huán)境下的馬爾可夫(Markov)移動(dòng)模型。給出了兩種設(shè)定狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的方法帶方向約束的方法，無方向約束的方法。分別針對(duì)障礙物環(huán)境和不存在障礙物的環(huán)境，分析了狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣對(duì)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的影響，選取不同的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，可以滿足在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中存在多種運(yùn)動(dòng)形式節(jié)點(diǎn)的需求。同時(shí)可以根據(jù)具體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。該方法包括四個(gè)主要部分障礙物的表示、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)識(shí)、運(yùn)動(dòng)模式設(shè)定、設(shè)計(jì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。本發(fā)明的具體步驟如下(1)障礙物的表示障礙物的阻礙性表示障礙物對(duì)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的影響，其中規(guī)定阻礙性G{0，1}。利用障礙物的透明度來表示障礙物對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的影響，其中規(guī)定透明度G[O，l]。對(duì)本模型中的障礙物有如下規(guī)定障礙物的形狀為線形，阻礙性=1and透明度=0或者阻礙性=1and透明度二1。[OOM](2)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)識(shí)模型中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)是獨(dú)立的終端，不會(huì)影響其他節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)下一時(shí)刻的位置只與當(dāng)前的位置有關(guān)，而與之前其他時(shí)刻的位置無關(guān)。因此，利用離散時(shí)間馬爾可夫鏈分別表示節(jié)點(diǎn)x坐標(biāo)和y坐標(biāo)的變化。x坐標(biāo)和y坐標(biāo)的變化是兩個(gè)獨(dú)立的過程，其狀態(tài)空間均為S，S={_e，_e+l，L，_1，0，1，L，e_l，e}。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一組狀態(tài)標(biāo)識(shí)sx(a，b)和sy(a，b)，用sx(a，b)和sy(a，b)表示節(jié)點(diǎn)當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。利用s,(a，b)(或者Sy(a，b))可以得出下一時(shí)刻節(jié)點(diǎn)的x坐標(biāo)(或者y坐標(biāo))。其中aGD，bGV。D={_1，0，1}表示節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向，l表示沿著相同方向運(yùn)動(dòng)，-1表示向相反方向運(yùn)動(dòng)，O表示節(jié)點(diǎn)位置不改變。V={1，2，L，e}表示節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)快慢，0表示停止運(yùn)動(dòng)，e表示按照速度基值的e倍運(yùn)動(dòng)，其中eGZ+。節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)也可以表示為s(ix，iy)，簡稱s;其中，ix=sx(a)Xsx(b)，iy=Sy(a)XSy(b)，ix，iyGS。S中共有26+1個(gè)元素，因此，坐標(biāo)x(或者y)方向上有2e+l種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。利用狀態(tài)標(biāo)識(shí)來決定節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。給定一個(gè)固定的時(shí)間單位t，t為節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的保持時(shí)間，t稱為狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)間。經(jīng)過t，每個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)識(shí)更新一次。節(jié)點(diǎn)u當(dāng)前時(shí)刻坐標(biāo)x和y的狀態(tài)標(biāo)識(shí)分別為sx(a，b)和Sy(a，b)，經(jīng)過時(shí)間t，坐標(biāo)x和y的狀態(tài)分別為sx(a'，b')和Sy(a，'b')。u運(yùn)動(dòng)方向改變的概率為Pd(a,a,)，運(yùn)動(dòng)速度改變的概率為Pv(b,b,)。u當(dāng)前時(shí)刻坐標(biāo)x(或者y)狀態(tài)i=aXb，經(jīng)過t，坐標(biāo)x(或者y)的狀態(tài)為j=a'Xb'，p(i,j)表示由i轉(zhuǎn)移到j(luò)的概率，其中iGS，jGS。狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為P。(3)運(yùn)動(dòng)模式設(shè)定節(jié)點(diǎn)當(dāng)前位置的坐標(biāo)為(x，y)，當(dāng)前狀態(tài)標(biāo)識(shí)為sx(a，b)和Sy(a，b)。1秒后節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)為(x'，y')。利用公式(1)可以得到(x'，y')。x'=x+sx(a)Xsx(b)Xc障礙物不影響節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)障礙物阻礙節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)透明度=乂1障礙物完全阻礙信號(hào)傳輸(0,1)部分通信信號(hào)可以通過障礙物0障礙物對(duì)通信信號(hào)的傳輸沒有任何影響公式(1)y'=y+sy(a)Xsy(b)Xc其中，c是一個(gè)常量，是節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度的基值。sx(b)(或者Sy(b))和c共同決定了節(jié)點(diǎn)在x方向上(或者y方向上)的運(yùn)動(dòng)速度。節(jié)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過程中與障礙物相遇，規(guī)定節(jié)點(diǎn)與障礙物發(fā)生類似于鏡面反射的彈性碰撞。(4)設(shè)計(jì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，得到馬爾可夫移動(dòng)模型。狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣決定了節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性。在不同的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣下，節(jié)點(diǎn)具有不同的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際情況修改狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣中的參數(shù)，可以獲得適用于障礙物環(huán)境下的Markov移動(dòng)模型。節(jié)點(diǎn)u當(dāng)前時(shí)刻狀態(tài)標(biāo)識(shí)為sx(a，b)和sy(a，b)，經(jīng)過時(shí)間t，狀態(tài)為sx(a'，b')和sy(a'，b')，這表示節(jié)點(diǎn)沿坐標(biāo)軸方向(x或y)的速度由基值c的b倍轉(zhuǎn)移到c的b'倍，節(jié)點(diǎn)沿坐標(biāo)軸方向(x或y)的運(yùn)動(dòng)方向由a變?yōu)閍'。u當(dāng)前時(shí)刻狀態(tài)i=aXb，t時(shí)間后的狀態(tài)為j二a'Xb'，其中i，jGS，a，a'GD，b，b'GV。坐標(biāo)x和坐標(biāo)y的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的設(shè)定方法相同，因此，下面只分析節(jié)點(diǎn)在x方向上的位置變化。下面，給出2種不同的概率轉(zhuǎn)移的規(guī)定方法。針對(duì)帶方向約束的方法和無方向約束的方法，分別給出Pd和Pv，然后利用公式，得到節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣P。根據(jù)節(jié)點(diǎn)實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況的不同，可以選取不同的P。①方法1:帶方向約束的方法在帶方向約束的方法中，節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向的狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖l所示。D={_1，0，1}，其中狀態(tài)1表示向坐標(biāo)軸正方向移動(dòng)，0表示原地不動(dòng)，-1表示向坐標(biāo)軸負(fù)方向移動(dòng)。通過圖l，得到節(jié)點(diǎn)方向的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Pd?！?-《g06=p1-2pp0<1-<7從Pd中可以看出當(dāng)前時(shí)刻靜止不動(dòng)的節(jié)點(diǎn)，可以向任何方向運(yùn)動(dòng)或者保持靜止；而運(yùn)動(dòng)的節(jié)點(diǎn)只能選擇向相同方向運(yùn)動(dòng)或者停止運(yùn)動(dòng)。通過調(diào)整P，q值，可以控制節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況，其中，pe，qG[O，l]。帶方向約束的方法中節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的方向性很強(qiáng)，適用于模擬很少改變運(yùn)動(dòng)方向的移動(dòng)終端。在障礙物環(huán)境下，節(jié)點(diǎn)易于繞過障礙物。節(jié)點(diǎn)的速度狀態(tài)的改變是一個(gè)Markov過程，如圖2所示。圖2中Markov鏈的速度概率轉(zhuǎn)移矩陣，可由下面給出的過程計(jì)算得出。我們有如下規(guī)定從當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)移到其右邊所有狀態(tài)概率的加和為m(公式2)，從當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)移到其左邊所有狀態(tài)概率的加和也為m(公式3);因此，除了狀態(tài)(0)和(e)，節(jié)點(diǎn)狀態(tài)不改變的概率為(l-2m)，如公式(4)所示。狀態(tài)(0)和(e)，與其他狀態(tài)不同。對(duì)于狀態(tài)(O)，其他所有狀態(tài)都位于其右邊，從公式(2)可得其轉(zhuǎn)移到其他狀態(tài)的概率加和為m，因此，狀態(tài)保持不變的概率為(l-m)，見公式(5)。同理，狀態(tài)(e)轉(zhuǎn)移到其他狀態(tài)的概率加和為m，狀態(tài)保持不變的概率為(l-m)。利用公式(6)和公式(7)可以得到節(jié)點(diǎn)由狀態(tài)b轉(zhuǎn)移到狀態(tài)b'的概率。從而得到節(jié)點(diǎn)的速度概率轉(zhuǎn)移矩陣Pv。我們規(guī)定mG，eGZ+。￡,■:附<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>P(w)-^l]Pv(M')其中b，b'GV公式(10)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>公式(11)利用公式(8-11)可以得到u的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率'轉(zhuǎn)移矩陣Pa。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>因此，利用Pd和Pv可以得到狀態(tài)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>②方法2:無方向約束的方法在無方向約束的方法中，節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向的改變?nèi)鐖D3所示，運(yùn)動(dòng)的節(jié)點(diǎn)可以直接向相反方向移動(dòng)。通過圖3，得到節(jié)點(diǎn)方向的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Pd。該方法的速度轉(zhuǎn)移概率矩陣與帶方向約束的方法的相同。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣決定了節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。同理，可以得到該方法中節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Pb。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>本發(fā)明的效果和益處是能夠模擬真實(shí)環(huán)境下節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況，適用于多種障礙物環(huán)境。利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣描述節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況，通過調(diào)整狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣中的參數(shù)，獲得具有不同特點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。附圖1是帶限制的節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖。附圖2是速度狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖附圖3是節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向的狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖。附圖4(a)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為Pal時(shí)無障礙物環(huán)境下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。附圖4(b)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為Pal時(shí)阻礙性=land透明度=1環(huán)境下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。附圖5(a)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為Pa2時(shí)無障礙物環(huán)境下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。附圖5(b)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為P^時(shí)阻礙性二1and透明度二l環(huán)境下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。附圖6(a)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為Pa3時(shí)無障礙物環(huán)境下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。附圖6(b)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為P^時(shí)阻礙性二1and透明度二l環(huán)境下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。附圖7(a)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為Pa4時(shí)無障礙物環(huán)境下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。附圖7(b)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為P^時(shí)阻礙性二1and透明度二l環(huán)境下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。附圖8(a)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為Pbl時(shí)無障礙物環(huán)境下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。附圖8(b)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為P^時(shí)阻礙性二1and透明度二l環(huán)境下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。附圖9(a)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為Pb2時(shí)無障礙物環(huán)境下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。附圖9(b)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為^2時(shí)阻礙性=1and透明度二l環(huán)境下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。附圖10(a)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為Pb3時(shí)無障礙物環(huán)境下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。附圖10(b)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為Pb3時(shí)阻礙性=1and透明度=1環(huán)境下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。附圖11(a)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為Pb4時(shí)無障礙物環(huán)境下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。附圖11(b)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為Pb4時(shí)阻礙性=1and透明度=1環(huán)境下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。附圖12(a)是在無障礙物環(huán)境下移動(dòng)模型對(duì)AODV協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)率影響的示意圖。附圖12(b)是在阻礙性=1and透明度=0環(huán)境下移動(dòng)模型對(duì)A0DV協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)率影響的示意圖。附圖12(c)是在阻礙性=1and透明度=1環(huán)境下移動(dòng)模型對(duì)A0DV協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)率影響的示意圖。附圖13(a)是在無障礙物環(huán)境下移動(dòng)模型對(duì)DSDV協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)率影響的示意圖。附圖13(b)是在阻礙性=1and透明度=0環(huán)境下移動(dòng)模型對(duì)DSDV協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)率影響的示意圖。附圖13(c)是在阻礙性=1and透明度=1環(huán)境下移動(dòng)模型對(duì)DSDV協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)率影響的示意圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。先給出不同參數(shù)下節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。然后，針對(duì)這3種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不存在障礙物、障礙物阻礙節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)但不影響信號(hào)傳輸和障礙物阻礙節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)并且影響信號(hào)傳輸。選取隨機(jī)路點(diǎn)運(yùn)動(dòng)模型(randomwaypointmodel,RWP)和通用個(gè)體馬爾可夫移動(dòng)模型(genericindividualmarkovianmobilitymodel,GI匪)與本發(fā)明提出的模型進(jìn)行比較分析。下面給定四組參數(shù)(見表l)，仿真分析Pa對(duì)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的影響。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>當(dāng)Pa=Pal時(shí)，節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)與障礙物相遇，然后改變運(yùn)動(dòng)方向。運(yùn)動(dòng)有以下特點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)常改變運(yùn)動(dòng)方向，可以向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)(見圖4)。當(dāng)Pa二P^時(shí)，節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖5所示，在大部分時(shí)間內(nèi)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)較快，可以向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。gPa=Pa3W，P(0，0)=0.9，運(yùn)動(dòng)的節(jié)點(diǎn)停止運(yùn)動(dòng)的概率是P(i，0)=0.2，其中1G{1，2，3，4，-1，-2，-3，-4}。該種參數(shù)設(shè)置，節(jié)點(diǎn)維持原狀態(tài)的概率較大。因此，靜止的節(jié)點(diǎn)易于保持靜止不動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的節(jié)點(diǎn)易于繼續(xù)運(yùn)動(dòng)(見圖6)。當(dāng)Pa二P^時(shí)，運(yùn)動(dòng)的節(jié)點(diǎn)停止運(yùn)動(dòng)的概率是P(i，0)=0.05，其中iG{1，2，3，4，-1，-2，-3，-4}，節(jié)點(diǎn)不易于從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化到狀態(tài)0，即停止運(yùn)動(dòng)。由于運(yùn)動(dòng)的節(jié)點(diǎn)停止運(yùn)動(dòng)后才能向相反方向運(yùn)動(dòng)，因此，運(yùn)動(dòng)過程中節(jié)點(diǎn)不易于改變運(yùn)動(dòng)方向(如圖7所示)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)與障礙物相遇后，由于碰撞后節(jié)點(diǎn)狀態(tài)不改變，因此沿著障礙物運(yùn)動(dòng)的概率較大，如圖7(b)所示。方法2與方法1顯著不同點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)可以直接改變運(yùn)動(dòng)方向。下面給定四組參數(shù)(見表2)，仿真分析Pb對(duì)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的影響。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>當(dāng)Pb=Pbl時(shí)，節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖8所示。節(jié)點(diǎn)經(jīng)常改變運(yùn)動(dòng)方向，運(yùn)動(dòng)軌跡雜亂。當(dāng)Pb=Pb2時(shí)，節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖9所示，節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)過程中方向性很強(qiáng)，當(dāng)遇到障礙物時(shí)，沿著障礙物運(yùn)動(dòng)。當(dāng)Pb二Pb3時(shí)，節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖10所示。圖10(a)中運(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)常停留，運(yùn)動(dòng)方向很少改變，在相對(duì)長的一段時(shí)間內(nèi)保持運(yùn)動(dòng)方向不變，經(jīng)常沿著水平或者豎直方向運(yùn)動(dòng)。遇到障礙物后，沿著障礙物運(yùn)動(dòng)(見圖10(b))。當(dāng)&=PM時(shí)，運(yùn)動(dòng)過程中，節(jié)點(diǎn)很少改變運(yùn)動(dòng)方向。與障礙物相遇后，沿著障礙物運(yùn)動(dòng)(見圖ll)。在網(wǎng)絡(luò)模擬器-2(NetworkSimulator-2，NS-2)仿真平臺(tái)下進(jìn)行性能比較分析。設(shè)置參數(shù)50個(gè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在500米X700米的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)的通信半徑相同，均為100米。RWP模型，最小速度Vmin=0米/秒，最大速度Vmax=8米/秒，停留時(shí)間是0秒。GI匪模型中參數(shù)設(shè)置m=0.4，b=2，e=4。帶方向約束的方法中個(gè)參數(shù)取值p=0.4，q=0.3，m=0.4，e=4，c二2，節(jié)點(diǎn)的初始狀態(tài)為sx(0，0)和sy(0，0)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Pa如下所示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>無方向約束的方法中參數(shù)設(shè)置如下p=0.4，q=0.3，q'=0.2，m=0.4，e=4，c=2，節(jié)點(diǎn)的初始狀態(tài)為sx(0，0)和Sy(O，O)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Pb如下所示0.30.110.060.030.30.010.020.050.120.20.10.130.070.30.030.050.040.080.070.130.10.20.30.080.040.050.030.030.060.110.30.30.120.050.020.010.10.10.10.10.20.10.10.10.10.30.110.060.030.30.30.110.060.030.20.10.130.070.30.20.10.130.070.070.130.10.20.30.070.130.10.20.030.060.110.30.30.030.060.110.3Adhoc網(wǎng)纟各按需足巨離矢量協(xié)、i義(AdhocOn—DemandDistanceVector,A0DV)的轉(zhuǎn)發(fā)率隨仿真時(shí)間的變化趨勢(shì)，如圖12所示。在無障礙物環(huán)境下，在開始的一段仿真時(shí)間內(nèi)，利用方法2構(gòu)造狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣得到的模型下轉(zhuǎn)發(fā)率出現(xiàn)最高值。當(dāng)A0DV穩(wěn)定運(yùn)行后，GI匪的轉(zhuǎn)發(fā)率最高，其次是用方法2構(gòu)建的模型，用方法1得到的模型和RWP轉(zhuǎn)發(fā)率較低。在阻礙性=1and透明度二0環(huán)境下，本發(fā)明提出的方法2的轉(zhuǎn)發(fā)率最高，其次是方法l，GI匪的轉(zhuǎn)發(fā)率顯著降低。因此，在阻礙性=1and透明度二O環(huán)境下，按照本文提出的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣運(yùn)動(dòng)的節(jié)點(diǎn)，使用AODV進(jìn)行路由，能夠得到較高的轉(zhuǎn)發(fā)率。在阻礙性=1and透明度=1環(huán)境下，與其他模型相比，方法2仍然具有較高的轉(zhuǎn)發(fā)率，GI匪的轉(zhuǎn)發(fā)率最低。可見，方法2模型實(shí)用性較強(qiáng)，在多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，均能得到較高的轉(zhuǎn)發(fā)率。目的節(jié)點(diǎn)序列足巨離矢量協(xié)、i義(Destination—SequencedDistanceVector,DSDV)協(xié)議的轉(zhuǎn)發(fā)率隨仿真時(shí)間的變化趨勢(shì)，如圖13所示。在無障礙物環(huán)境下(見圖13(a))，仿真時(shí)間前50秒內(nèi)，方法1模型下的轉(zhuǎn)發(fā)率最高，50秒后，方法2的轉(zhuǎn)發(fā)率最高，其次是方法1。RWP的轉(zhuǎn)發(fā)率一直最低。在阻礙性=1and透明度二O環(huán)境下，使用不同移動(dòng)模型，DSDV協(xié)議的轉(zhuǎn)發(fā)率如圖14(b)所示。轉(zhuǎn)發(fā)率的隨仿真時(shí)間的變化趨勢(shì)與圖13(a)幾乎相同，轉(zhuǎn)發(fā)率數(shù)值變化也較少。可見，只阻礙節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)并不影響通信的障礙物，對(duì)DSDV協(xié)議的轉(zhuǎn)發(fā)率影響較少。如圖13(c)所示，在阻礙性=1and透明度二l環(huán)境下，與其他模型相比，方法2仍然具有較高的轉(zhuǎn)發(fā)率，其次是方法1，RWP的轉(zhuǎn)發(fā)率最低。可見，本文提出的模型實(shí)用性較強(qiáng)，在多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，均能得到較高的轉(zhuǎn)發(fā)率。權(quán)利要求一種適用于障礙物環(huán)境下移動(dòng)自組網(wǎng)的馬爾可夫移動(dòng)模型，其特征在于如下步驟(1)障礙物的表示障礙物的形狀為線形，阻礙性＝1and透明度＝0或者阻礙性＝1and透明度＝1；其中(2)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)標(biāo)識(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一組狀態(tài)標(biāo)識(shí)sx(a，b)和sy(a，b)，用sx(a，b)和sy(a，b)表示節(jié)點(diǎn)當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；利用sx(a，b)(或者sy(a，b))可以得出下一時(shí)刻節(jié)點(diǎn)的x坐標(biāo)(或者y坐標(biāo))；其中a∈D，b∈V；D＝{-1，0，1}表示節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向，1表示沿著相同方向運(yùn)動(dòng)，-1表示向相反方向運(yùn)動(dòng)，0表示節(jié)點(diǎn)位置不改變；V＝{1，2，L，e}表示節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)快慢，0表示停止運(yùn)動(dòng)，e表示按照速度基值的e倍運(yùn)動(dòng)，其中e∈Z+；(3)運(yùn)動(dòng)模式設(shè)定節(jié)點(diǎn)當(dāng)前位置的坐標(biāo)為(x，y)，1秒后節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)為(x′，y′)；利用公式(1)可以得到(x′，y′)；x′＝x+sx(a)×sx(b)×cy′＝y(tǒng)+sy(a)×sy(b)×c(1)其中，c是一個(gè)常量，是節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度的基值；節(jié)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過程中與障礙物相遇，規(guī)定節(jié)點(diǎn)與障礙物發(fā)生類似于鏡面反射的彈性碰撞；(4)設(shè)計(jì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣給出2種不同的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣設(shè)計(jì)方法帶方向約束的方法和無方向約束的方法；①方法1帶方向約束的方法在該方法中節(jié)點(diǎn)方向的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為Pd；<mrow><msub><mi>P</mi><mi>d</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi></mtd><mtd><mi>q</mi></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>p</mi></mtd><mtd><mn>1</mn><mo>-</mo><mn>2</mn><mi>p</mi></mtd><mtd><mi>p</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mi>q</mi></mtd><mtd><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>通過調(diào)整p，q值，可以控制節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況，其中，p∈，q∈；馬爾可夫鏈的速度概率轉(zhuǎn)移矩陣，可由下面的公式計(jì)算得出；我們規(guī)定m∈，e∈Z+；<mrow><munderover><mi>Σ</mi><mrow><msup><mi>b</mi><mrow><mo>′</mo><mo>=</mo></mrow></msup><mi>b</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mi>e</mi></munderover><msub><mi>p</mi><mrow><mi>v</mi><mrow><mo>(</mo><mi>b</mi><mo>,</mo><msup><mi>b</mi><mo>′</mo></msup><mo>)</mo></mrow></mrow></msub><mo>=</mo><mi>m</mi><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>≤</mo><mi>b</mi><mo>≤</mo><mi>e</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><munderover><mi>Σ</mi><mrow><msup><mi>b</mi><mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mi>b</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow><mn>1</mn></munderover><msub><mi>p</mi><mrow><mi>v</mi><mrow><mo>(</mo><mi>b</mi><mo>,</mo><msup><mi>b</mi><mo>′</mo></msup><mo>)</mo></mrow></mrow></msub><mo>=</mo><mi>m</mi><mo>,</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo><</mo><mi>b</mi><mo>≤</mo><mi>e</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>pv(b，b′)＝1-2m(1＜b＜e)(4)pv(1，1)＝pv(e，e)＝1-m(5)<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>v</mi><mrow><mo>(</mo><mi>b</mi><mo>,</mo><msup><mi>b</mi><mo>′</mo></msup><mo>)</mo></mrow></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><msup><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mi>b</mi><mo>-</mo><msup><mi>b</mi><mo>′</mo></msup><mo>)</mo></mrow></msup><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><msup><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mi>b</mi><mo>-</mo><mi>e</mi><mo>)</mo></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>×</mo><mi>m</mi><mo>,</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>≤</mo><mi>b</mi><mo><</mo><mi>e</mi><mo>,</mo><mi>b</mi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o><msup><mn>2</mn><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup></mrow></mfrac></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi><mo>)</mo></mrow><mfrac><msup><mn>2</mn><mrow><mn>2</mn><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><msup><mn>2</mn><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup></mrow></mfrac></mtd><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi><mo>)</mo></mrow><mfrac><msup><mn>2</mn><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><msup><mn>2</mn><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>×</mo><mi>m</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mi>q</mi></mtd><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi><mo>)</mo></mrow><mfrac><msup><mn>2</mn><mrow><mn>2</mn><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><msup><mn>2</mn><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>×</mo><mi>m</mi></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mn>2</mn><mi>m</mi><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi><mo>)</mo></mrow><mi>m</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mi>q</mi></mtd><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi><mo>)</mo></mrow><mfrac><msup><mn>2</mn><mrow><mn>2</mn><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><msup><mn>2</mn><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup></mrow></mfrac><mi>m</mi></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi><mo>)</mo></mrow><mfrac><msup><mn>2</mn><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><msup><mn>2</mn><mrow><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup></mrow></mfrac></mtd><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>m</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>②方法2無方向約束的方法節(jié)點(diǎn)方向的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Pd；該方法的速度轉(zhuǎn)移概率矩陣與帶方向約束的方法相同；<mrow><msub><mi>P</mi><mi>d</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi><mo>-</mo><msup><mi>q</mi><mo>′</mo></msup></mtd><mtd><mi>q</mi></mtd><mtd><msup><mi>q</mi><mo>′</mo></msup></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>p</mi></mtd><mtd><mn>1</mn><mo>-</mo><mn>2</mn><mi>p</mi></mtd><mtd><mi>p</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><msup><mi>q</mi><mo>′</mo></msup></mtd><mtd><mi>q</mi></mtd><mtd><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi><mo>-</mo><msup><mi>q</mi><mo>′</mo></msup></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>同理，可以得到節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Pb；<mrow><msub><mi>p</mi><mi>b</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='['close='.'><mtable><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi><mo>-</mo><msup><mi>q</mi><mo>′</mo></msup><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi><mo>-</mo><msup><mi>q</mi><mo>′</mo></msup><mo>)</mo></mrow><mfrac><msup><mn>2</mn><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><msup><mn>2</mn><mrow><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>×</mo><mi>m</mi></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi><mo>-</mo><msup><mi>q</mi><mo>′</mo></msup><mo>)</mo></mrow><mfrac><msup><mn>2</mn><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><msup><mn>2</mn><mrow><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup></mrow></mfrac></mtd><mtd><mi>q</mi></mtd><mtd><msup><mi>q</mi><mo>′</mo></msup><mo>×</mo><mfrac><msup><mn>2</mn><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><msup><mn>2</mn><mrow><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup></mrow></mfrac></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><msup><mi>q</mi><mo>′</mo></msup><mo>×</mo><mfrac><msup><mn>2</mn><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><msup><mn>2</mn><mrow><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup></mrow></mfrac></mtd><mtd><msup><mi>q</mi><mo>′</mo></msup><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>m</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi><mo>-</mo><msup><mi>q</mi><mo>′</mo></msup><mo>)</mo></mrow><mi>m</mi></mtd><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi><mo>-</mo><msup><mi>q</mi><mo>′</mo></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mn>2</mn><mi>m</mi><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>q</mi><mo>-</mo><msup><mi>q</mi><mo>′</mo></msup><mo>)</mo></mrow><mfrac><msup><mn>2</mn><mrow><mn>2</mn><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><msup><mn>2</mn><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>e</mi></mrow></msup></mrow></mfrac></mtd><mtd><mi>q</mi></m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技術(shù)領(lǐng)域：
，公開了一種適用于障礙物環(huán)境下移動(dòng)自組網(wǎng)的馬爾可夫移動(dòng)模型的設(shè)計(jì)方法。其特征在于移動(dòng)模型的構(gòu)建過程首先給出了障礙物阻礙性和透明性的概念，針對(duì)障礙物阻礙節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)并不影響通信和阻礙節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)并阻斷信號(hào)傳輸兩種情況進(jìn)行分析；然后利用離散時(shí)間馬爾可夫鏈表示節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況，同時(shí)利用狀態(tài)標(biāo)識(shí)獲得節(jié)點(diǎn)位置信息。最后給出了兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的設(shè)定方法。在不同的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣下，節(jié)點(diǎn)具有不同的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。本發(fā)明的效果和益處是能夠模擬真實(shí)環(huán)境下節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況，適用于多種障礙物環(huán)境。利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣描述節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況，通過調(diào)整狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣中的參數(shù)，獲得具有不同特點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。文檔編號(hào)H04W16/18GK101795460SQ200910248859公開日2010年8月4日申請(qǐng)日期2009年12月23日優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日發(fā)明者佟寧,吳迪,王秀坤申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)