基于神经网络和遗传算法的Ad hoc网络故障管理模型研究

论文摘要

Ad hoc网络（Mobile Ad hoc NETworks,MANETs）,也被称为自组织网络,是一种由移动终端组成的、终端之间能够不需要基站支持而相互通信的多跳无线网络。Ad hoc网络在使用上有很多优点,如可以快速部署、具有自组织功能等,因此非常适合用于军用战术环境和民用应急通信。但是Ad hoc网络的特殊组织形式使得网络的可靠性问题成为制约其发展的瓶颈之一,这就使得对Ad hoc网络故障管理系统的研究成为了必要条件。然而传统的网络故障管理模型无法适应Ad hoc网络环境,在拓扑变化或是管理节点失效情况下,传统的故障管理模型无法正常工作。因此,我们需要针对Ad hoc网络的环境特点来设计网络故障模型。本文在分析对比了几种典型的故障管理模型的基础上,提出了一种适用于Ad hoc网络的故障管理模型。该模型考虑了Ad hoc网络环境下网络拓扑动态变化、节点在网络中的角色变动等问题。模型是在SNMP协议基础上搭建的,并结合了移动代理技术,以协助对SNMP的动态管理配置。引入移动代理技术可以更灵活地实现Ad hoc网络故障管理的自动配置管理,保证该故障管理系统在Ad hoc网络动态环境下的可靠运行。模型选择在当前主流的SNMP软件开发包——NET-SNMP基础上搭建故障检测平台,并利用MRTG工具对检测到的故障数据进行图表分析,以验证本故障检测平台的可靠性和准确性。该模型考虑了多类Ad hoc网络应用环境中可能出现的故障,并引入人工智能的故障诊断方法——神经网络和遗传算法相结合的诊断算法（GA-BP算法）来确保正确的故障判定。利用MATLAB仿真工具对该算法进行多次参数调整和训练,最终得到符合误差要求的结果。同时在MATLAB上对该算法进行了比对和仿真验证,最终证明该算法具有较高的可靠性和诊断正确率。由于故障问题的多元化,以及很多故障无法在线解决,因此本模型中未考虑故障的修复问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 故障管理的基本概念
• 1.1.1 网络故障问题的提出
• 1.1.2 故障管理的功能描述
• 1.2 AD HOC 网络故障管理的发展
• 1.3 典型的故障管理模型
• 1.3.1 集中式的网络故障管理模型
• 1.3.2 基于移动代理的分布式网络故障管理模型
• 1.3.3 基于比较的Ad hoc 网络故障管理模型
• 1.4 相关关键技术介绍
• 1.4.1 移动代理技术
• 1.4.2 SNMP 协议
• 1.5 本论文的工作
• 第二章 AD HOC 网络故障管理模型设计
• 2.1 AD HOC 网络故障管理应用背景
• 2.2 AD HOC 故障管理模型设计思想
• 2.3 AD HOC 故障管理模型设计
• 2.3.1 故障管理分层模型设计
• 2.3.2 故障管理模型功能模块设计
• 2.3.3 SNMP MIB 的扩展
• 2.4 故障管理过程描述
• 2.4.1 节点状态管理
• 2.4.2 节点行为操作
• 2.5 AD HOC 网络故障操作
• 2.5.1 故障分级
• 2.5.2 节点软故障情形
• 2.5.3 节点硬件故障情形
• 2.5.4 网络级故障情形
• 第三章 基于神经网络和遗传算法的故障诊断算法研究
• 3.1 人工神经网络的基本原理
• 3.1.1 神经网络的基本概念
• 3.1.2 神经网络的特性
• 3.2 BP 神经网络的基本原理
• 3.2.1 BP 网络结构
• 3.2.2 BP 网络算法的基本思想
• 3.2.3 BP 算法改进——附加动量项
• 3.3 遗传算法的基本原理
• 3.3.1 遗传算法的基本思想
• 3.3.2 遗传算法的特点
• 3.4 神经网络与遗传算法的结合
• 3.4.1 神经网络与遗传算法的结合方式
• 3.4.2 GA-BP 算法的优势
• 3.5 GA-BP 算法的设计
• 3.5.1 BP 算法的设计
• 3.5.2 遗传算法的设计
• 3.5.3 GA-BP 算法设计
• 第四章 GA-BP 算法的训练及结果分析
• 4.1 故障诊断算法的训练过程
• 4.1.1 BP 算法训练参数选择
• 4.1.2 遗传算法训练参数选择
• 4.1.3 GA-BP 算法的训练程序设计
• 4.2 故障数据的提取
• 4.3 训练效果分析
• 4.3.1 纯BP 与GA-BP 对比
• 4.3.2 GA-BP 训练结果
• 4.3.3 改进GA-BP 训练结果
• 第五章 故障管理的平台实现
• 5.1 平台环境的搭建
• 5.2 故障检测单元的实现
• 5.2.1 NET-SNMP 软件包介绍
• 5.2.2 NET-SNMP 的安装配置
• 5.2.3 MIB 的扩展
• 5.2.4 NET-SNMP 故障管理操作
• 5.3 检测单元性能分析
• 5.3.1 MRTG 的安装配置过程
• 5.3.2 检测结果的图表分析
• 5.4 故障诊断单元的实现
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻硕期间取得的研究成果