基于多因素的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通可靠性仿真方法*

孫曉磊，黃 寧，張 朔，周 劍

(北京航空航天大學 可靠性與系統(tǒng)工程學院，北京 100191)

基于多因素的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通可靠性仿真方法*

孫曉磊，黃 寧，張 朔，周 劍

(北京航空航天大學 可靠性與系統(tǒng)工程學院，北京 100191)

移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通可靠性對于戰(zhàn)場的指揮控制、警察與醫(yī)療部門的搶險救災(zāi)等眾多領(lǐng)域具有重要意義。然而當前的移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通可靠性評估方法大多建模簡單，考慮因素單一，而以O(shè)PNET為代表的網(wǎng)絡(luò)仿真只針對網(wǎng)絡(luò)普通性能分析而沒有可靠性分析。因此，目前缺少一種能夠涵蓋真實場景中節(jié)點移動、無線通信特性和復(fù)雜地形環(huán)境的移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通可靠性評價方法。針對此問題提出了多因素模型連通可靠性仿真方法，同時結(jié)合可靠性定時標準實驗方法給出了系統(tǒng)的移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可靠性仿真實驗設(shè)計方案。并根據(jù)具體移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)案例，在OPNET中進行二次開發(fā)建模與仿真，驗證了該多因素連通可靠性仿真方法的可行性。

移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)；連通可靠性；OPNET仿真

0 引 言

移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)作為一種自組織網(wǎng)絡(luò)廣泛地應(yīng)用于戰(zhàn)場通信指揮與控制、警察與醫(yī)療部門的搶險救災(zāi)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等眾多領(lǐng)域,具有非常重要的戰(zhàn)略意義[1-2]。移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)作為一種移動、多跳、自律式系統(tǒng)，其能否保持較高可靠性，完成任務(wù)需求非常的重要，所以對其連通可靠性方面的研究工作具有非常重要的意義[3-4]。

近年來不少學者開始針對無線、移動特征開展Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可靠性方面的相關(guān)研究。Santi. P在稀疏無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點通信范圍對網(wǎng)絡(luò)連通性影響的問題方面做了詳細的研究[5]，但只是針對了靜態(tài)拓撲的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)。Chen 提出了一種兩端連通可靠性的評價算法[6]，該算法分析了隨機移動模型特性，并針對該模型下一跳網(wǎng)絡(luò)和二跳網(wǎng)絡(luò)兩種情況分別進行了連通性仿真分析。Padmavathy使用傳播模型替代簡單的二進制模型來進行兩端連通可靠性的計算，以距離為主要因素把連通情況分為3個程度[7]。王學望使用了二維正態(tài)云模型所產(chǎn)生的移動模型來研究戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的連通可靠性[8]，雖然能夠較好地模擬戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)這一典型移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的移動模式，但仍只是用傳輸范圍和節(jié)點距離來確定節(jié)點對的連通性，且沒有考慮地形、氣候等環(huán)境因素對無線傳輸?shù)挠绊憽?/p>

以上相關(guān)研究可以一定程度上評價節(jié)點的分布狀況，通信范圍等對連通可靠性的影響，但是缺乏移動模型的建模，或者建模過于簡單，缺乏對網(wǎng)絡(luò)中無線通信環(huán)境干擾因素的考慮，而且大多針對兩端連通可靠性進行評價無法全面地評價整網(wǎng)的連通可靠性。本文基于這些問題提出一種基于多因素模型的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可靠性仿真方法，并以連通可靠性為例，給出具體的仿真方法流程。

本文安排如下：首先對所要研究的網(wǎng)絡(luò)模型和連通可靠性參數(shù)進行說明，然后對多因素模型中的節(jié)點移動、通信和地形環(huán)境進行建模，接著給出了多因素連通可靠性仿真評估方法，最后通過3個案例分別對多因素模型中包含的3個因素進行驗證分析。通過案例分析，我們發(fā)現(xiàn)采用該多因素連通可靠性仿真方法能夠充分研究節(jié)點移動模型、通信模型以及網(wǎng)絡(luò)地形環(huán)境對連通可靠性產(chǎn)生的影響。

1 網(wǎng)絡(luò)模型與連通可靠性定義

1.1 網(wǎng)絡(luò)模型對象

網(wǎng)絡(luò)模型中包括節(jié)點和邊，采用圖G=(V,E)表示移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，其中V={v1,v2,…vN}為網(wǎng)絡(luò)中N個節(jié)點的集合。E={e1，e2,…eM} 為網(wǎng)絡(luò)中M條鏈路的集合。若s,t為源節(jié)點和目的節(jié)點，則它們之間存在連通與不連通兩種狀態(tài)，分別表示為Qst(t)=1和Qst(t)=0。

1.2 連通可靠性定義

本文探討的移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通可靠度包括兩端可靠度、K端可靠度和全端可靠度[8]。其中：

兩端可靠度，指網(wǎng)絡(luò)中指定的兩節(jié)點間存在一條連通路徑的概率。兩端可靠度是一個能夠體現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)拓撲連通性的指標。

K端可靠度，指網(wǎng)絡(luò)中保持k個端點之間連通的概率，即網(wǎng)絡(luò)中任意給定的節(jié)點子集K(K?V，V是網(wǎng)絡(luò)中所有端點的集合)中各個節(jié)點均處于工作狀態(tài)，且各節(jié)點之間至少存在一條路徑的概率。

全端可靠度，指整個網(wǎng)絡(luò)中所有端點之間保持連通的概率，即網(wǎng)絡(luò)所有端點集V中至少存在一條路徑的概率。

2 多因素影響模型

2.1 移動模型影響模型

在實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的移動會受到天氣、地形等外界環(huán)境的影響。節(jié)點的移動速度和方向會受到不同程度影響而具有較多不確定性。正態(tài)云模型可以很好的滿足以上節(jié)點移動建模中的需求[9]。本文采用二維正態(tài)云模型作為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)移動模型的生成算法，能有效描述典型移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點移動模型的模糊性及隨機性，從而能更加準確地評估連通可靠性。該模型表示如下：

(1)

根據(jù)參數(shù)(Ex,Ey,Enx,Eny,Hex,Hey,n)選擇值的不同(其中：n為節(jié)點個數(shù))，云模型產(chǎn)生最基本的隨機模型外還可以生產(chǎn)沖鋒模型，線性模型，拋物線模型，聚合模型。如表1所示。

表1 二維正態(tài)云模型產(chǎn)生的不同移動模型

表1中x表示參考點(或參考函數(shù))，Vmin為節(jié)點速度最小值，Vmax為最大值。本文對OPNET中的隨機移動模型進行二次開發(fā)，將5種移動模型加入到Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通可靠性建模中。具體過程是：根據(jù)熵值和超熵值，計算期望坐標的值，通過OPNET中自帶的函數(shù)，得到當前節(jié)點位置longitude與latitude。然后計算下一步所要移動到的目的地經(jīng)緯度longitude_target和latitude_target。最后把longitude_target和latitude_target坐標值傳遞給OPNET移動函數(shù)，也就完成了針對隨機移動模型的二次開發(fā)，然后可以在網(wǎng)絡(luò)場景中對這幾種移動模型進行調(diào)用。

2.2 地形環(huán)境影響模型

真實網(wǎng)絡(luò)場景中的地形環(huán)境復(fù)雜多變，很難通過數(shù)學方法建立完整的解析模型。本文采取結(jié)合真實地形環(huán)境數(shù)據(jù)的方式來完成多因素模型中的地形環(huán)境建模。OPNET中的topology → terrain模塊支持真實地形數(shù)據(jù)的導入，本文采用該模塊將真實地形環(huán)境數(shù)據(jù)結(jié)合到連通可靠性的環(huán)境建模中。本文將中國華北的地形數(shù)據(jù)通過terrain模塊導入到OPNET中。完成地形導入后可在OPNET中觀察到代表相應(yīng)地區(qū)自然地貌的等高線，見圖1。然后可以通過將子網(wǎng)放在不同的地理位置，將不同的地形數(shù)據(jù)加入到網(wǎng)絡(luò)場景中。

圖1 導入地形數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)場景

2.3 無線通信影響模型

在移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通可靠性考察中，節(jié)點的無線通信模型無疑是必不可少的一個因素。選用不同的無線通信模型會直接影響信號的衰減程度，進而影響到節(jié)點間的連通性。常用的無線通信模型有國際無線電咨詢委員會(CCIR)模型、自由空間(Free space)模型、HATA模型及Longley Rice模型等。HATA模型被廣泛應(yīng)用于都市環(huán)境下包括一個30-200m高的基站天線，而CCIR傳播模型為HATA模型的簡化版，主要考慮到建筑的覆蓋率，并不太適用于移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)。本文將Free space模型，Longley Rice模型以及OPNET為美國軍方定制的Tirem3模型加入到移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通可靠性多因素模型中，并進行連通可靠性的相關(guān)研究分析。

Free space模型不考慮任何環(huán)境因素的影響，完全的理想環(huán)境。只有一個參數(shù)視距(LOS)，中間無任何阻擋。如果有LOS則理想傳輸；如果無LOS則通信阻斷，無法進行任何傳輸。式(2)是其路徑傳播損耗公式。

Los=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)

(2)

Longley Rice模型描述的是相對于自由空間而言在考慮地型，對流層的因素下的點對點的傳播模型。該模型一般適用于較遠距離傳輸過程(本文只是用此模型進行對比分析)。Longley-Rice模型給出了超過自由空間的傳輸損耗的用戶自定義公式(是沿路徑的鏈路距離的函數(shù))[10]。本模型的輸出即為超過自由空間的傳輸損耗參考中值。

(3)

式中，dmindx為散射傳播距離。

Tirem3模型能夠在近域 ，遠域或不規(guī)則地形及水域環(huán)境預(yù)測0.001～40 GHz的衰落。可以設(shè)置地面?zhèn)鲗?，相對介電常?shù)，空氣溫度，空間折射率等眾多參數(shù)。

在OPNET中，可以通過加載terrain在網(wǎng)絡(luò)場景中選擇以上3種模型。本文將在實驗仿真部分對相同網(wǎng)絡(luò)場景中不同通信模型下的連通可靠性進行研究。

3 多因素連通可靠性仿真方法

3.1 連通可靠性仿真實驗設(shè)計

這里以節(jié)點壽命服從指數(shù)分布為例進行實驗方案設(shè)定。移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通可靠性實驗，作為一種定時實驗方案，參考GB1772-79給出指數(shù)壽命型一次抽樣檢驗方案的思路[11]，給出以下大致思路：隨機抽取樣本量為n的樣本，進行連通可靠性實驗。實驗進行到仿真總時間達預(yù)定值T*的時候，如果網(wǎng)絡(luò)在實驗過程中達r次故障(Qst(t)=0)。如r≤Ac，則認為網(wǎng)絡(luò)可靠性合格，如r>Re則認為網(wǎng)絡(luò)可靠性不合格。

根據(jù)GJB899選定時方案，本文給出移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可靠性一次實驗方案確定過程如下：

步驟一：參考該Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)實驗時間，生產(chǎn)方與使用方通過磋商確定MTBF的最低可接受值θ1、鑒別比d、生產(chǎn)方風險α及使用方風險β；

步驟二：根據(jù)θ1、d、α、β值查表，得到相應(yīng)的實驗時間T*(θ1的倍數(shù))，Ac及Re=Ac+1值；

(4)

式(4)中r是故障數(shù)，T*預(yù)定仿真總時間，γ是置信度。

步驟四：若r到達Re時仿真時間未結(jié)束則停止仿真并拒收本次實驗，否則接受。最后根據(jù)實驗結(jié)果用定時(接受時)或定數(shù)(拒收時)截尾公式作點估計及以規(guī)定的置信度γ做區(qū)間估計。

3.2 可靠性仿真方法

多因素連通可靠性仿真方法主要包括實驗方案確定，仿真網(wǎng)絡(luò)搭建，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，仿真數(shù)據(jù)處理以及可靠性曲線繪制等部分。圖2給出多因素移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通可靠性仿真方法的總流程。

圖2 多因素連通可靠性仿真方法

仿真網(wǎng)絡(luò)搭建步驟中完成網(wǎng)絡(luò)場景和節(jié)點的布置；完成網(wǎng)絡(luò)整體搭建之后需要按照實驗要求對網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，業(yè)務(wù)及仿真參數(shù)進行設(shè)定；收集和處理仿真數(shù)據(jù)部分包含故障統(tǒng)計、驗收判定和可靠度計算3個步驟，下面將具體介紹：

故障統(tǒng)計：針對前面給出的3個連通可靠性參數(shù)的定義，我們在OPNET選擇traffic received(byte/s)這一網(wǎng)絡(luò)參數(shù)作為評價參數(shù)確定節(jié)點對之間是否存在連通故障。traffic received(byte/s)參數(shù)是指：終端節(jié)點在仿真過程中的某一時間段內(nèi)平均每秒收到的數(shù)據(jù)包大小。設(shè)t0為剖面時長，M為實驗組數(shù)。則：

(5)

式中，Qr為故障判據(jù)，it0為仿真時間點。然后可得到故障總數(shù)如式(6)所示:

(6)

式中，N為被統(tǒng)計的仿真時間點總數(shù)，r為故障總數(shù)觀測值。

實驗驗收判定：如果在實驗過程中，時間達到T時，故障數(shù)r≤Ac，則置信區(qū)間按定時實驗計算。如果在實驗過程中，時間未達到T時，故障數(shù)r=Re，則置信區(qū)間按定數(shù)實驗計算。

可靠度計算：經(jīng)過M次實驗，可以得到所要研究的網(wǎng)絡(luò)對象M次實驗的接受頻率值，進而通過式(7)可以估計網(wǎng)絡(luò)在某一時間剖面的可靠度。

(7)

式(7)中RC(t0)為t0內(nèi)的連通可靠度，Yj為第j次實驗數(shù)據(jù)是否被接受的隨機變量，M為總實驗次數(shù)。最后根據(jù)各時間剖面的可靠度值可以繪制網(wǎng)絡(luò)的連通可靠度曲線。

4 案例分析

4.1 仿真案例設(shè)計

本章以兩端連通可靠性為例，通過多因素移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通可靠性仿真方法研究移動模型、地形環(huán)境及通信模型等因素在具體案例中對連通可靠性的影響。其中實驗網(wǎng)絡(luò)場景的長和寬均為1 000 m，包含30個自由移動的無線節(jié)點，節(jié)點的傳輸半徑為100 m。實驗的最低可接受值θ1=10 h、鑒別比d=3.0、生產(chǎn)方風險及使用方風險α=β=10%。此時仿真時長θ0=dθ1=30 h，查表方案為15。查得相應(yīng)的實驗方案為9.3(單位：θ1)，故可取總實驗時間T*=93h，Ac=5，Re=6。

根據(jù)T*的值，取一次實驗時長為10 h。因為移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通具有動態(tài)性，我們通過大量(5 000次)的重復(fù)獨立實驗，用源節(jié)點和目的節(jié)點保持連通的頻率值來估計網(wǎng)絡(luò)的兩端連通可靠度。綜上，仿真實驗設(shè)定結(jié)果如表2所示。

表2 仿真實驗設(shè)定

表2中我們設(shè)置了源節(jié)點每隔360 s向目的節(jié)點發(fā)送一個360 bytes大小的數(shù)據(jù)包，因此如果兩節(jié)點一直保持連通的話目的節(jié)點平均每秒鐘收到的數(shù)據(jù)剛好為1 byte，如果某個時間點的traffic received(byte/s)值小于1則認為發(fā)生了一次故障。

4.2 案例網(wǎng)絡(luò)建模

按照實驗的設(shè)計，首先在OPNET中創(chuàng)建工程并搭建1 000 m×1 000 m的網(wǎng)絡(luò)場景。在場景中隨機放入OPNET中自帶的wlan_wkstn_adv無線移動節(jié)點模型30個。然后依次添加task模塊、application模塊和profile模塊到該網(wǎng)絡(luò)場景中，搭建完網(wǎng)絡(luò)場景如圖3所示。

圖3 連通可靠性仿真實驗網(wǎng)絡(luò)場景

4.3 仿真參數(shù)設(shè)定

4.3.1 節(jié)點參數(shù)設(shè)定

搭建完網(wǎng)絡(luò)場景后進行節(jié)點相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，首先按照自由空間下電波傳播的損耗公式，見式(2)。計算得到將節(jié)點的發(fā)射功率設(shè)為0.005 W，接收靈敏度設(shè)為-81 dBm即可設(shè)定其最大傳播距離為100 m。然后，在AD_HOC Routing Parameters中為所有節(jié)點選擇AODV路由算法。并將所有節(jié)點的Application Support Services設(shè)為All。最后，在Topology-Random mobility中為所有節(jié)點添加OPNET中自帶的隨機移動模型Default Random Waypoint。

4.3.2 業(yè)務(wù)設(shè)定

在task、application和profile三個模塊中完成Node1到Node30自定義業(yè)務(wù)的設(shè)定。讓Node1每隔360 s向Node30發(fā)送一個大小為360 bytes的數(shù)據(jù)包。

圖4 自定義業(yè)務(wù)設(shè)定

4.4 多因素影響分析

按照上面的仿真方法流程，依次選不同因素作為變量，進行重復(fù)實驗，并對結(jié)果進行分析。

4.4.1 移動模型影響分析

在通信距離、地形環(huán)境、傳播模型和初始網(wǎng)絡(luò)拓撲等因素全都相同的情況下，使用在2.1節(jié)中建立的5種不同移動模型分別進行同樣任務(wù)剖面下的5 000組仿真分析。通過多因素連通可靠性仿真方法，得到線性模型、隨機模型、聚集模型、拋物線模型及沖鋒模型的連通可靠度曲線，見圖5。

圖5 5種移動模型的連通可靠度曲線

圖5中可以看到在以上網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)定下，沖鋒模型和聚集模型維持了高可靠性，而線性模型在10 h左右就達到了故障拒收上限，拋物線模型和隨機模型的可靠度分別在17 h和28 h左右開始下降。

以拋物線模型和隨機模型為研究對象，保持其他因素不變，通過改變節(jié)點通信距離，分析不同移動模型對通信距離的靈敏度。圖6為兩種移動模型在50～150 m的通信距離下的可靠度曲線。

通過圖6發(fā)現(xiàn)隨著節(jié)點通信距離的遞減，總體上可靠度下降過程都提前了。圖6(a)中拋物線移動模型在節(jié)點通信半徑從100 m下降到50 m的時候其連通可靠性曲線變化尤其明顯。

(a)拋物線模型下的連通可靠性曲線

(b)隨機模型下的連通可靠性曲線

4.4.2 地形環(huán)境影響分析

通過OPNET中自帶的TMM環(huán)境模型，可以在仿真場景中加入地形環(huán)境，構(gòu)建添加了地形環(huán)境的戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)連通可靠性仿真實驗，具體見圖7。本節(jié)以拋物線移動模型為研究對象，在加入地形和不加入地形的網(wǎng)絡(luò)場景中，進行連通可靠性仿真實驗。兩個場景除了有無地形之外，其他參數(shù)都相同，節(jié)點通信距離為100 m，通信模型為Free space。該實驗得到的可靠性對比結(jié)果曲線如下：

圖7 有地形和無地形實驗下的連通可靠度曲線

從圖7中可以看到添加地形環(huán)境之后兩端連通可靠性發(fā)生了明顯的變化，在大約10 h的時候就急劇下降，而且在仿真進行到30 h的時候就趨于0。可見地形環(huán)境的添加對網(wǎng)絡(luò)的兩端連通可靠性有較大影響。

4.4.3 無線通信影響分析

針對通信模型對網(wǎng)絡(luò)連通可靠性的影響，保持通信距離、地形環(huán)境、移動模型(拋物線模型)等因素相同，使用2.3節(jié)中提到的Free Space模型，Longly Rice模型及Tirem3模型各自進行5 000組獨立的仿真實驗。以表3、表4和表5為以上3種不同通信模型的參數(shù)設(shè)置值。

表3 Free space模型的參數(shù)變量及取值

表4 Tirem3模型的參數(shù)變量及取值范圍

表5 Longley Rice模型的參數(shù)變量之間的關(guān)系

我們得到了3種不同通信模型下的網(wǎng)絡(luò)連通可靠性曲線，見圖8。

圖8 3種不同通信模型下的連通可靠性曲線

圖8中可以看到通信模型對網(wǎng)絡(luò)的連通可靠性有顯著影響。從Free Space模型到Longly Rice模型最后到 Tirem3模型，隨著通信模型中考慮的干擾因素越來越多，連通可靠性下降的更快，結(jié)果曲線貼近現(xiàn)實。

4.5 討 論

通過以上的幾個仿真案例分析，可以得到以下幾個結(jié)論：

(1)本文提出的多因素連通可靠性仿真方法，確實可以結(jié)合復(fù)雜移動模型、通信模型和真實地形環(huán)境等因素對移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通可靠性做充分的評價。

(2)不同戰(zhàn)術(shù)移動模型對兩端連通可靠度的影響就比較大。主要原因歸結(jié)為兩端連通可靠度主要取決于指定兩端節(jié)點在隊列中的相對位置及兩點間的節(jié)點分布情況，而后者受移動模式影響極大。

(3)通信距離的減小對連通可靠性有較大影響，不同移動模式受通信半徑縮減的影響程度也不同，如拋物線模型所受到的影響就大于隨機模型。

(4)地形環(huán)境會在很大程度上影響通信的穩(wěn)定性，進而影響移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通可靠性。加入地形環(huán)境之后，由于地形遮擋導致節(jié)點間信號衰減大于真空環(huán)境中的情況，同時地形環(huán)境還會對節(jié)點移動的速度和位置產(chǎn)生較大影響，從而改變網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)降低兩端連通可靠性。

(5)不同的通信模型對連通可靠性有顯著的影響，F(xiàn)ree Space模型未考慮網(wǎng)絡(luò)中的地面電導率，空氣濕度及表面折射率等眾多影響通信質(zhì)量的因素，所以最后得到的可靠度曲線比較平緩，可靠度下降較慢。而采用Tirem模型等包含更多因素的模型則能更清楚地看到環(huán)境因素對移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通可靠性的影響。

5 結(jié) 語

本文給出了一種更加完善的多因素移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通可靠性仿真方法。結(jié)合OPNET內(nèi)仿真優(yōu)勢和可靠性實驗方法對移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通可靠性進行了全面的評價，解決了當前移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通可靠性研究中缺乏復(fù)雜節(jié)點移動模式及真實無線通信環(huán)境影響分析的問題。并通過具體的仿真案例分別分析了不同移動模型、通信模型、地形環(huán)境及不同節(jié)點通信半徑等實際因素對移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通可靠性的影響。本文的創(chuàng)新之處主要有以下兩點：

(1)通過將OPNET仿真結(jié)合到網(wǎng)絡(luò)連通可靠性評價方法中，突破了目前在移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通可靠性評價中難以對復(fù)雜移動模式和通信環(huán)境進行解析建模的難點。

(2)結(jié)合傳統(tǒng)可靠性定時實驗標準方案設(shè)計方法，給出了完整的移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通可靠性實驗方案設(shè)計方法，使得移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通可靠性實驗更加標準化和系統(tǒng)化。

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Connectivity Reliability Simulation of Ad Hoc Network based on Multiple Factors

SUN Xiao-lei，HUANG Ning，ZHANG Shuo，ZHOU Jian

(School of Reliability and System Engineering, Beihang University，Beijing 100191, China )

Connectivity reliability of mobile Ad Hoc network is of great significance in many fields including battlefield command and control, rescue and relief work of police and medical department. However, most current connectivity reliability evaluation methods of Ad Hoc network are simple and unitary in consideration of practical modeling environmental factors, and OPNET simulation,as the representative of network simulation, is aimed simply at general performance,lacking reliability analysis of the network. Up to now this is no such a method that could implement comprehensive connectivity reliability evaluation of mobile Ad Hoc network involving node mobility in practical situation, characteristics of wireless communication and complex terrain environment. In light of this, a multi-factor connectivity reliability simulation method is proposed, and additionally, in combination with fix-time reliability test method, a simulation experiment scheme is also given. Meanwhile,the secondary development of modeling and simulation in OPNET is done in accordance with practical mobile Ad Hoc network cases, and the experiment indicates the feasibility of this simulation method.

mobile Ad Hoc network; connectivity reliability; OPNET simulation

10.3969/j.issn.1002-0802.2015.10.009

2015-05-11；

2015-08-27 Received date:2015-05-11；Revised date：2015-08-27

TP393

A

1002-0802(2015)10-1139-08

孫曉磊(1990—)，男，碩士，主要研究方向為網(wǎng)絡(luò)可靠性, ad hoc 網(wǎng)絡(luò)；

黃 寧(1968—)，女，教授，主要研究方向為網(wǎng)絡(luò)可靠性，系統(tǒng)可靠性；

張 朔(1990—)，男，碩士，主要研究方向為網(wǎng)絡(luò)可靠性；

周 劍(1988—)，男，博士，主要研究方向為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。