基于Hellinger距离的Ad hoc网络合作性研究

论文摘要

移动Ad hoc(MANET)网络是一组带有无线收发装置的移动节点组成的一个临时性自治网络系统,具有自组织、多跳性、动态性、没有固定基站和中心服务器等特征,是对现有计算机通信网络的一种必要的补充和扩展。每个节点既是主机又是路由器,所有的网络功能(路由和分组转发)需要依靠节点间的相互合作来实现。由于这些网络功能需要消耗大量的能量、内存、带宽等资源,一些自私或恶意的节点为了节约自身的资源而不参与合作。节点的合作性成了移动Ad hoc网络突出的、特有的问题。论文对移动Ad hoc网络所面临的合作性问题进行深入的分析和研究。通过基于NS2的模拟实验,分析节点拒绝为其它节点转发数据包及路由包的自私行为对整个网络的分组投递率、时延抖动率等性能带来的影响,指出自私类型1和自私类型2是目前移动Ad hoc网络中节点缺乏合作性的主要表现形式。保障节点合作性成为移动Ad hoc网络基本的需求。目前已有国内外的研究机构和学者提出一些初步的解决方案,根据其实现的机制可以将其分为两大类:反应型方案(行为检测,如Watchdog机制和2ACK机制)和预防型方案(行为激励,如基于信用的方法、基于声誉的方法及博弈论方法)。针对现有检测方案缺乏准确性和不能适应整个路由阶段的不足之处,结合距离测度的特性,给出一种基于距离测度的节点自私行为检测与惩罚算法。论文介绍了几种典型的距离测度算法的定义、性质并对其性能进行比较分析,结果表明Hellinger距离是一种完全可度量的距离测度算法,在计算精确性、耗用时间、算法复杂度等方面的性能都有较好的优越性,更加适合节点自私行为的检测。在解决了Hellinger距离计算中特征向量提取、距离值计算与更新及阈值选取等关键问题后,给出了具体的自私行为检测与惩罚算法,并利用NS2仿真软件对算法的有效性进行验证。实验表明该算法能有效地检测出不同类型的自私行为,促进节点间的合作,弥补了现有检测方案准确性不高的缺点,使得自私行为检测适应于整个路由阶段并提高了MANET网络性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 节点合作的重要性
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 反应型解决方案
• 1.2.2 预防型解决方案
• 1.3 本文主要内容及章节安排
• 2 距离测度算法研究与性能分析
• 2.1 引言
• 2.2 CSISZAR 距离测度概述
• 2.2.1 基本定义
• 2.2.2 基本属性
• 2.2.3 基本分类
• 2.3 CSISZAR 距离测度算法介绍
• 2.3.1 Kullback-Liebler 距离
• 2.3.2 Jensen-Shannon 距离
• 2 距离'>2.3.3 Pearson-X²距离
• 2.3.4 Hellinger 距离
• 2.4 距离测度算法的仿真分析
• 2.5 本章小结
• 3 基于HELLINGER 距离的合作性研究
• 3.1 距离测度与合作性关系分析
• 3.1.1 可行性
• 3.1.2 基本要求
• 3.2 AD HOC 网络节点间合作性分析
• 3.2.1 节点缺乏合作性的动机
• 3.2.2 自私行为分类
• 3.2.3 模拟实验
• 3.3 基于HELLINGER 距离的关键技术
• 3.3.1 特征向量提取
• 3.3.2 距离值的计算
• 3.3.3 距离值的更新
• 3.3.4 距离阈值设定
• 3.4 基于HELLINGER 距离的检测与惩罚算法
• 3.4.1 基本思想
• 3.4.2 算法描述
• 3.4.3 算法分析
• 3.5 本章小结
• 4 基于NS2 的性能评估
• 4.1 NS2 简介
• 4.2 节点模型
• 4.3 评价尺度参数
• 4.4 仿真流程
• 4.4.1 生成运动场景
• 4.4.2 生成传输负载
• 4.4.3 TCL 脚本实现仿真
• 4.4.4 nam 动画显示
• 4.4.5 trace 文件分析
• 4.5 仿真结果分析
• 4.5.1 不同自私节点比例下的平均分组投递率仿真分析
• 4.5.2 不同自私节点比例下的Jitter 仿真分析
• 4.5.3 不同自私节点比例下的包丢失率仿真分析
• 4.6 本章小结
• 5 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表论文目录