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协议评估是网络协议设计开发过程中的重要环节,直接影响到网络协议设计开发的质量和效率。模拟、仿真和实景实验是三种主要的协议评估途径,仿真在半真实网络上运行真实代码,它结合了模拟的设置便易性、可重复性和实景实验真实性的特点。在如今移动自组织网络的研究中,面对模拟器的真实性差和实景实验的难以重复性,越来越多的研究者通过仿真评估协议。但现有移动自组织网络仿真平台不能既保证对移动自组织网络通信互扰现象的仿真有效性,又满足为用户定制实验场景的需求,这就限制了仿真在移动自组织网络研究中发挥作用。控制射频信号能量是一种能够有效仿真节点间通信互扰的仿真方法。本文基于信号能量控制方法,首次对任意移动自组织网络场景仿真问题进行研究,目的是使基于信号能量控制的仿真平台从只能“构造典型实验场景”提升至“为用户定制实验场景”。本文围绕静态场景仿真和动态场景仿真两方面展开研究工作,核心思路包括:提升对任意静态场景仿真的求解成功率、提高对节点移动仿真的灵活性。
本文的主要贡献包括以下几个方面:
①首次基于信号能量控制方法研究移动自组织网络任意静态场景仿真问题。这一研究将使基于信号能量控制的仿真平台为用户定制移动自组织网络任意静态场景成为可能。本文定义了静态场景等值仿真问题,提出求解原则——控制最大平均路径损耗仿真误差;为了提高静态场景仿真问题的求解成功率,本文引入并形式化描述了区间等效思想,定义静态场景区间等效仿真问题并提出求解原则——控制广义最大平均路径损耗仿真误差;分别为静态场景等值仿真问题和区间等效仿真问题建立问题模型。
②针对静态场景等值仿真问题提出匹配有解条件算法和最小最大误差算法。匹配有解条件算法能够保证仿真网络中存在平均路径损耗误差为零的仿真链路,最小最大误差算法是等值仿真问题的最优化算法。模拟实验表明,静态场景等值仿真问题的求解成功率与用户定义网络的节点数、固定实验床节点数、固定实验床部署方式有关。
③针对静态场景区间等效仿真问题提出最小最大误差算法。该算法是区间等效仿真问题的最优化算法。模拟实验表明,静态场景区间等效仿真问题的求解成功率与用户定义网络的节点数、固定实验床节点数、固定实验床部署方式和区间等效函数有关;区间等效仿真思想的引入显著提升了静态场景仿真问题的求解成功率。
④提出将MAC过滤与信号能量控制相结合的静态场景仿真方案。在保证静态场景节点连通性仿真正确的基础上,以部分链路通信互扰仿真不精确为代价,换取静态场景仿真的100%求解成功率。本方案的前提条件是:当各节点的信号能量控制参量取最小值时,任意两节点可以通过一跳无线链路通信,这是对部署固定实验床和选择信号能量控制器件的要求。
⑤提出基于应用一接口分离技术的动态场景仿真方案。在实际应用基于信号能量控制方法的移动自组织网络仿真平台时,仿真过程中实验应用持续运行的要求给动态场景仿真带来对节点移动仿真灵活性不足的问题,本文提出应用.接口分离技术解决该问题,并使用实测数据对基于应用.接口分离技术的动态场景仿真方案的时间开销进行了统计分析。
⑥为基于信号能量控制的移动自组织网络仿真平台设计软硬件系统。结合本文的上述研究成果,设计并部分实现了移动自组织网络仿真平台原型系统。