【文章內容簡介】 終端可直接建立端到端的通信鏈路；非相鄰終端則可動態(tài)地搜索路由，數據包借助其他終端轉發(fā)，以多跳方式傳遞至最終的目的終端。網絡中無 線信道環(huán)境的快速變化及終端的移動性造成了網絡拓撲結構不斷變化?；?Dijkstra 算法的 Ad Hoc 網絡的動態(tài)仿真優(yōu)化 9 （如圖 “ Ad Hoc 網絡的平面結構圖 ” ）在此情況下，法國國立普瓦捷大學國家信號 圖像 通信實驗室 （ SIC） 設計并實際建立了一個 Ad Hoc 網絡動態(tài)仿真測試平臺 Ad NS(Ad ’hoc Network Simulator)。通過設置相關的特性參數，我們可以完整地模擬 Ad Hoc 網絡的通信；仿但是這個軟件同時也有大多數仿真軟件共有的不足之處，那就是運算速度不夠快。 仿真軟件的運算速度將直接影響許多科究工作的順利開展。同時也由于采用了迭代循環(huán)的最短路 徑搜尋算法，這就造成了所有 Ad Hoc 網絡仿真平臺在計算速度上的一個絕對瓶頸。 本課題的優(yōu)化思路就是針對 “ 仿真的速度 ” 來展開的 ,如圖 14 圖 14 Ad NS 仿真平臺的微波傳輸界面 在任意的無線信道環(huán)境中，我們假設存在一個相對均勻的或者說穩(wěn)定的空間區(qū)域，能夠使我們在仿真微波通訊時，針對所有屬于這個區(qū)域的移動終端，我們只需要做一次迭代仿真運算就相當于對它們全部進行了仿真運算。這樣一來，仿真的速度應該就能成倍甚至是更大程度地提高！ 根據這個假設的思路去做優(yōu)化，優(yōu)化的就不再是算法本身。應該說，這種優(yōu)化 的實質只是一種近似估算；但對于 “ 優(yōu)化 ” 而言，只要能真正提高 “ 速度 ”的優(yōu)化方法，就是好方法！ 信宿 信源 基于 Dijkstra 算法的 Ad Hoc 網絡的動態(tài)仿真優(yōu)化 10 當然，不論它如何富有創(chuàng)新意味，它僅僅只是一個假設。任何科學的假設（設想）提出固然異常重要，但同樣重要的還有針對它的實踐論證。 在我們的實驗過程中，為了進一步提高效率，我們選用了 Ad NS 平臺的 2D模式的 升級 版本軟件：微波通訊仿真軟件 Impulse Response Simulator（簡稱IRS）。這個軟件能夠根據對通信信道脈沖響應的研究而描繪出通信信道的穩(wěn)定性特征曲線。而我們要利用的，則是它在 做 完無線仿真計算后生 成的一個有關沖激響應的文件 （ 也是 .DR 文件 ） ，這個文件由一系列的坐標及其對應的延時抖動（ dispersion of the delay） 組成，我們要做的最簡單的也是最主要的工作，就是從這個文件中提取出一組延時數據生成一個新的數組（ array），借用 MATLAB等軟件讀取之后，再對其進行一系列的統計和分析。 在實際的實驗論證中，我們首先選用了普瓦捷大學校園作為應用模擬腳本。先后設置了十個信號發(fā)射 (emission)點和 6 個目標 (destination)信號群 (待測區(qū)域 )，每次先固定一個發(fā)射點，然后分別對應 6 個 待測區(qū)域（正方形），并且將每個區(qū)域的面積分別從 4 平方米增加到 40平方米，一個信號能得到 6組數據。這樣我們就有了 60組數據進行對比分析。所有的數據都是在統一的工作頻率、統一的折射、衍射次數、統一的工作海拔高度，以及統一的目標終端排列密度等等的情況下獲得的。然后我們對它們進行群組統計。不但確保了統計分析的涵蓋性和科學性，更確保了我們最看重的精確性。 要平臺上實現一次仿真，一般包括下面三個部分： 參數設置等前期準備： 包括以下參數：頻率 f=()，場景（三維仿真圖），衍射和反射 的有效次數，信源和信宿的坐標及（海撥）高度等； 完整地模擬網絡： 結果分析 ：生成一個 .DR 文件，關于時間延遲的，實際是生成一個原始數據矩陣，可利用 MATLAB 對數據獲取較便利的優(yōu)勢及其強大的矩陣數據處理能力來進行分析處理。 1． 5 Ad Hoc 網絡相關參數 先介紹三個計算公式，分別是數學期望，方差（及標準方差）和標準基于 Dijkstra 算法的 Ad Hoc 網絡的動態(tài)仿真優(yōu)化 11 離差率。 1) 數學期望 若離散型隨機變量 ? 可能取值為 ( 1, 2,...)iai? ，其分布列為 ),2,1( ??iPi則當 ?????1||iii pa （ ） 時 ,稱 ? 存在數學期望 ,并且數學期望為 ????1iii paE ? （ ） 離散型隨機變量的一切可能的取值 ia 與對應的概率 P(= ix )之積的 和稱為數學期望。 2) 方差 21()niiSSn??? （ ） 標準差為： （ ） 數學上一般用 E{[XE(X)]^2}來度量隨機變量 X 與其均值 E(X)即期望的偏離程度，稱為 X 的 方差 。 方差是標準差的平方 3）標準離差率（離散系數） 標準離差率是以相對數來衡量待決策方案的風險。標準離差率指標的適用范圍較廣，尤其適用于期望值不同的決策方案風險程度的比較。 標準離差率，是一個 相對指示，它表示某資產每單位預期收益中所包基于 Dijkstra 算法的 Ad Hoc 網絡的動態(tài)仿真優(yōu)化 12 含的風險的大小。一般情況下，標準離差率越大，資產的相對風險越大；標準離差率越小，資產的相對風險越小。標準離差率指標可以用來比較預期收益率不同的資產之間的風險大小。 標準離差率是一個相對指標。 標準離差率是標準離差與期望值之比。其計算公式為： 標準離差率＝標準離差 /期望值 在課題當中，我們的原始數據是以大量的文件形式出現的，這是一種后綴為 “ DR” 的特殊文件，里面的內容其實就是一個矩陣 。 1． 6 Ad Hoc 網絡的動態(tài)仿真進行優(yōu)化的思路 Ad Hoc 網絡的優(yōu)化主要是為 了提高軟件的運算速度，但是由于 Ad Hoc 網絡的本身具有的一些特點，例如，臨時性，隨機性，不確定性，可變性，無固定中心等。而影響它的主要因素是路由算法。所以在這里，我們采用 Dijkstra最短路徑算法。 Dijkstra 算法是一種典型的最短路徑算法，用于計算一個節(jié)點到其他所有節(jié)點的最短路徑。 Dijkstra 算法是用于計算一個節(jié)點到其他所有節(jié)點的最短路徑，其實質就是就是減少計算的次數。其實在實際過程中我們要算成千上萬次，這樣是非常精確的。那是否存在既減少運算次數又保證運算的準確率呢？因此在該過程中，我們假設存 在一個相對均勻的或者說穩(wěn)定的空間區(qū)域（即均穩(wěn)空間），能夠使我們在仿真微波通訊時，針對所有屬于這個區(qū)域的移動終端，我們只需要做一次迭代仿真運算就相當于對它們全部進行了仿真運算。這樣一來，仿真的速度就成倍甚至是更大程度地提高了。接下來我們需要驗證的是這個均穩(wěn)空間的存在。 從 DR 文件中調出矩陣第三列，求出平均延遲、方差以及均方差，進而求出離散系數， Ratio 比值 (離散系數 ) =均方差 /平均延遲。假設，信源通過四次反射，一次衍射到達信宿的，接受區(qū)域面積 10m2,根據接受點分布密度為 個 / m2，對應的接受區(qū)域有 125 個點，用圖表的形式表示出個范圍所占的個數既信息還原率，通過信息還原率和離散系數確定這條曲線，來確定穩(wěn)定區(qū)間的最大面積。 基于 Dijkstra 算法的 Ad Hoc 網絡的動態(tài)仿真優(yōu)化 13 第二章 標準簡介 2． 1 WLAN的基本概念和技術要求 隨著 Inter 應用的迅猛發(fā)展，便攜機、 PDA(Personal Data Assistant)等移動智能終端的使用日益增長，給廣大用戶提供了諸多便利（隨時隨處自由接入Inter、能享受更多的業(yè)務、安全且有保障的網絡），成為發(fā)展的必然。在接入速率和適應環(huán)境上與 3G 技術互為補充的 WLAN(Wireless Local Area Network) 即無線局域網 迅猛發(fā)展，成為新一代告訴無線接入網絡 WLAN 是 指應用無線通信技術將計算機設備互聯起來，構成可以互相通信和 實現 資源共享的網絡體系。無線局域網本質的特點是不再使用通信電纜將計算機與網絡連接起來，而是通過無線的方式連接，從而使網絡的構建和終端的移動更加靈活。 由于無線局域網需要支持高速、突發(fā)的數據業(yè)務，在室內使用還需要解決多徑衰落以及各子網間串擾等問題。具體來說，無線局域網必須實現以下技術要求： （ 1）可靠性：無線局域網的系統分組 丟失率應該低于 105，誤碼率應該低于 108。 （ 2）兼容性：對于室內使用的無線局域網，應盡可能使其跟現有的有線局域網在網絡操作系統和網絡軟件上相互兼容。 （ 3）數據速率：為了滿足局域網業(yè)務量的需要，無線局域網的數據傳輸速率應該在 1Mbps 以上。 （ 4）通信保密：由于數據通過無線介質在空中傳播，無線局域網必須在不同層次采取有效的措施以提高通信保密和數據安全性能。 （ 5）移動性：支持全移動網絡或半移動網絡。 （ 6）節(jié)能管理：當無數據收發(fā)時使站點機處于休眠狀態(tài)，當有數據收發(fā)時再激活，從而達到節(jié)省電力 消耗的目的。 （ 7）小型化、低價格：這是無線局域網得以普及的關鍵。 （ 8）電磁環(huán)境：無線局域網應考慮電磁對人體和周邊環(huán)境的影響問題。 基于 Dijkstra 算法的 Ad Hoc 網絡的動態(tài)仿真優(yōu)化 14 標準簡介 是在 1997 年由大量的局域網以及計算機專家審定通過的標準。 規(guī) 定了無線局域網在 波段進行操作，這一波段被全球無線電法規(guī)定義為擴頻使用波段。 1999 年 8 月， 標準得到了進一步的完善和修訂，包括用一個基于SNMP 的 MIB 來取代原來基于 OSI 協議的 MIB。另外還增加了兩項內容： 一是，它擴充了標準的物理層，頻帶為 5GHz,采用 QFSK 調制方式，傳輸速率為 6Mb/s——54Mb/s。它采用正交頻分復用 （ OFDM） 的獨特擴展擴頻技術，可提供 25Mbps 的無線 ATM 街口和 10Mbps 的以太無線幀結構接口，并支持語音、數據、圖像業(yè)務。這樣的速率完全能滿足室內、室外的各種應用場合。但是，采用該標準的產品目前還沒有進入市場。 另一種是 標準，采用 頻帶和補償編碼鍵控 （ CCK） 調制方式。該標準可提供 11Mb/s 的數據速率，大約是原有 IEEE 標準無線 LAN 速度的 5 倍，而且 可以根據情況的變化，在 11Mbps、 、 2 Mbps、 1 Mbps 的不同速率之間自動切換。它從根本上改變 WLAN 設計和應用現狀，擴大了 WLAN 的應用領域?，F在，大多數廠商生產的 WLAN 產品都基于 標準。 而本課題研究的 Ad Hoc 網絡 正是屬于 協議下的網絡 ,它們 的工作頻率都 是 ，故而在運用 Ad Hoc 網絡時候，可以選擇 作為標準協議來研究本次課題。 基于 Dijkstra 算法的 Ad Hoc 網絡的動態(tài)仿真優(yōu)化 15 第三章 MATLAB 的基本知識與應用 3． 1 MATLAB 的概 述 MATLAB 是一種用于算法開發(fā)、數據可視