一種適用于戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的組移動(dòng)模型*

李　寧，蔣　媛，賴榮煊，韓　序

(解放軍理工大學(xué) 通信工程學(xué)院,江蘇 南京 210007)

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一種適用于戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的組移動(dòng)模型*

李寧，蔣媛，賴榮煊，韓序

(解放軍理工大學(xué) 通信工程學(xué)院,江蘇 南京 210007)

摘要：節(jié)點(diǎn)移動(dòng)模型在ad hoc網(wǎng)絡(luò)研究中起了極為關(guān)鍵的作用，在仿真過程中，移動(dòng)模型直接影響路由協(xié)議的各項(xiàng)性能。特別是在研究特殊環(huán)境下的ad hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時(shí)，對(duì)移動(dòng)模型的要求更為特殊，如戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)。戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)有的特點(diǎn)和性質(zhì)削弱了常用移動(dòng)模型下相關(guān)研究的意義。對(duì)經(jīng)典的組移動(dòng)模型 (RPGM)進(jìn)行了分析并提出改進(jìn)方法，提出了一種新的組移動(dòng)模型，模擬戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)單兵節(jié)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過程中曲折前進(jìn)的情形。通過仿真比較，提出的模型更加符合戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，適合戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)仿真，具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：組移動(dòng)模型;目標(biāo)坐標(biāo);終點(diǎn)坐標(biāo);運(yùn)動(dòng)周期;Z-ERPGM模型

0引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益發(fā)展，人們意識(shí)到移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)(Mobile Ad hoc NETworks,MANET)能夠帶來的網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的影響與潛力。MANET中節(jié)點(diǎn)移動(dòng)方式的變遷對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的性能能夠產(chǎn)生較大影響，尤其在環(huán)境較為惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，甚至能使網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓[1-3]。因此為了達(dá)到較好的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議性能，在研究網(wǎng)絡(luò)協(xié)議過程中應(yīng)選擇合適的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)模型[4]。當(dāng)前提出的移動(dòng)模型大致可分為軌跡移動(dòng)模型(Trace Mobility Model)和合成移動(dòng)模型(Synthetic Mobility Model)。前者事先讓真實(shí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)并記錄它們的軌跡信息，然后再仿真過程中讓模擬節(jié)點(diǎn)按照相應(yīng)軌跡信息進(jìn)行移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜難度也較大[5]。后者是指人為歸納節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，并運(yùn)用數(shù)學(xué)工具設(shè)計(jì)特定規(guī)則或公式，在仿真過程中實(shí)時(shí)計(jì)算節(jié)點(diǎn)下一步運(yùn)動(dòng)軌跡，這類移動(dòng)模型實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易，成本也相對(duì)低廉。

針對(duì)軍事領(lǐng)域中節(jié)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過程中相對(duì)集中的特點(diǎn)，人們提出參考點(diǎn)組移動(dòng)模型(Reference Point Group Mobility model,RPGM[6])。在RPGM中，每個(gè)群組都有一個(gè)邏輯中心(ReferencePoint,RP)，可以用邏輯中心的移動(dòng)來定義整個(gè)群組的運(yùn)動(dòng)行為，群組的運(yùn)動(dòng)將由邏輯中心的運(yùn)動(dòng)決定。節(jié)點(diǎn)移動(dòng)主要包括群組和個(gè)體的移動(dòng)兩個(gè)方面，群組所定義的是多個(gè)節(jié)點(diǎn)間的一種同屬的邏輯關(guān)系，中心的行為定義為整個(gè)群組的移動(dòng)行為，群組的移動(dòng)由RP的改變來表示[7]：而個(gè)體的移動(dòng)由兩部分構(gòu)成，一是RP的移動(dòng)，另一方面是個(gè)體以RP為參考點(diǎn)的隨機(jī)移動(dòng)。除此之外，追逐團(tuán)體移動(dòng)模型(Pursue Mobility Model,PMM)[8-9]也是較為符合戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的移動(dòng)模型。隊(duì)列移動(dòng)模型(Column Mobility Model，CMM)[10]描述了在追蹤和搜索場(chǎng)景下節(jié)點(diǎn)以一列縱隊(duì)的形式統(tǒng)一向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的情形。在CMM中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可在其初始位置附近徘徊，且不僅限于通常的縱隊(duì)移動(dòng)，還可以以任意角度移動(dòng)。

隨著移動(dòng)模型相關(guān)研究的逐漸深入，某些經(jīng)典模型也逐漸暴露出了一些不足，于是人們提出了一些新的模型用于進(jìn)一步的研究工作。文獻(xiàn)[11]提出以指揮員節(jié)點(diǎn)為參考點(diǎn)且更加接近真實(shí)群組移動(dòng)模型。文獻(xiàn)[12]針對(duì)Unmanned Aerial Vehicles (無人駕駛飛機(jī))ad hoc網(wǎng)絡(luò)提出一種移動(dòng)模型，規(guī)定UAV所有可能的運(yùn)動(dòng)模式，在完成某一種運(yùn)動(dòng)模式后以隨機(jī)的方式進(jìn)入下一個(gè)模式，如此往復(fù)。文獻(xiàn)[13]在原始高斯馬爾科夫移動(dòng)模型基礎(chǔ)上一種三維的增強(qiáng)型高斯馬爾科夫(Enhanced Gauss-Markov,EGM)移動(dòng)模型，該模型適用于航空領(lǐng)域的ad hoc網(wǎng)絡(luò)研究，如戰(zhàn)場(chǎng)UAV網(wǎng)絡(luò)、民用飛行機(jī)網(wǎng)絡(luò)等等。

本文著眼于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)特征，首先對(duì)RPGM模型不足之處加以改進(jìn)，進(jìn)而針對(duì)性的提出了一種新的適用于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的組移動(dòng)模型——Z-ERPGM模型(Z-Enhance Reference Point Group Mobility model)。該模型充分考慮了節(jié)點(diǎn)在戰(zhàn)場(chǎng)上可能發(fā)生的移動(dòng)軌跡，主要描述節(jié)點(diǎn)以Z字形的行進(jìn)方式向終點(diǎn)坐標(biāo)曲折前進(jìn)的情形。最后，本文針對(duì)模型自身參數(shù)以及模型下路由協(xié)議的性能進(jìn)行仿真。由仿真數(shù)據(jù)可知：Z-ERPGM模型比RPGM和RWP模型更為貼近真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境；另一方面，不同的移動(dòng)模型對(duì)路由協(xié)議性能有著較大的影響。

1RPGM模型

(1)

圖1　RPGM中節(jié)點(diǎn)新位置確定示意

圖2　RPGM中節(jié)點(diǎn)移動(dòng)誤差累積示意

2Z-ERPGM移動(dòng)模型

2.1RPGM模型的改進(jìn)

我們首先限定節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)組的誤差上限為r，每次確定新位置時(shí)的累積誤差不能超過r，用公式表達(dá)為：

(2)

2.2Z-ERPGM模型

2.2.1流程描述

Z-ERPGM具體工作流程主要分初始和正常工作兩個(gè)階段：初始階段中，Z-ERPGM根據(jù)給定的節(jié)點(diǎn)組初始中心坐標(biāo)位置(即RP1)，在一定范圍內(nèi)等概地隨機(jī)布置節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)組范圍內(nèi)均勻分布；然后在仿真區(qū)域內(nèi)為每一個(gè)節(jié)點(diǎn)組等概地隨機(jī)取一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)作為該節(jié)點(diǎn)組的初始終點(diǎn)坐標(biāo)。經(jīng)初始化后，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)進(jìn)入正常工作階段，此時(shí)節(jié)點(diǎn)以一定概率向不同的方向先運(yùn)動(dòng)一段距離，然后再調(diào)整行進(jìn)方向，并始終保持節(jié)點(diǎn)最終運(yùn)動(dòng)方向始終朝著終點(diǎn)坐標(biāo)。當(dāng)?shù)谝淮蔚竭_(dá)指定終點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，節(jié)點(diǎn)圍繞該坐標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后隨機(jī)選取下一個(gè)終點(diǎn)坐標(biāo)位置，并同樣以Z字形行進(jìn)方式向該坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)發(fā)。

在Z-ERPGM模型中，節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程類似RWP移動(dòng)模型，主要區(qū)別在于每個(gè)周期選取目標(biāo)坐標(biāo)的方法。Z-ERPGM根據(jù)節(jié)點(diǎn)上一運(yùn)動(dòng)周期的參考點(diǎn)RP和終點(diǎn)坐標(biāo)位置以及組移動(dòng)情況選擇下一周期的目標(biāo)參考點(diǎn)坐標(biāo)RP，最后在加入一個(gè)隨機(jī)矢量而生成新的目標(biāo)坐標(biāo)點(diǎn)。在節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程中，同組節(jié)點(diǎn)速度可能存在差異，導(dǎo)致某些節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)坐標(biāo)選取頻率更快，因此每次節(jié)點(diǎn)組的新參考點(diǎn)RP的選擇都由運(yùn)動(dòng)最快的那個(gè)節(jié)點(diǎn)所決定(如圖3中虛線的ac段路徑)。

為了使同組節(jié)點(diǎn)在存在一定的速度差異的情況下，速度慢的節(jié)點(diǎn)能保持和速度快的節(jié)點(diǎn)保持同樣的“歷史參考點(diǎn)坐標(biāo)”，避免由于“歷史參考點(diǎn)坐標(biāo)”的不同導(dǎo)致同組節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡出現(xiàn)紊亂，所以在算法實(shí)現(xiàn)過程中記錄每一個(gè)更新的RP是非常有必要的(如圖3中虛線的ab段路徑)。

圖3　節(jié)點(diǎn)目標(biāo)坐標(biāo)選取流程

2.2.2運(yùn)動(dòng)周期

在RandomWayPoint(RWP)模型中，節(jié)點(diǎn)在仿真區(qū)域中隨機(jī)的選取一個(gè)起始坐標(biāo)和目標(biāo)坐標(biāo)，以恒定的速率從起始地運(yùn)動(dòng)到目的地，隨后在目的地暫停一段時(shí)間。之后選取新的目標(biāo)坐標(biāo)開始下一次運(yùn)動(dòng)，如此反復(fù)，直至仿真結(jié)束。由于模型中節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)明顯的重復(fù)性，因此我們定義這一過程為一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期，每個(gè)周期都有一個(gè)相對(duì)應(yīng)的決定節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向的“目標(biāo)坐標(biāo)”。顯然，一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期由兩個(gè)時(shí)期組成，即節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)期和停留期。

2.2.3組參考點(diǎn)坐標(biāo)讀取

節(jié)點(diǎn)在上個(gè)周期的目標(biāo)坐標(biāo)點(diǎn)處度過停留期后，需要重新選擇新的目標(biāo)坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)曲折前進(jìn)。首先需要確認(rèn)該節(jié)點(diǎn)是否是所在節(jié)點(diǎn)組移動(dòng)最快的節(jié)點(diǎn)。若不是，則讀取節(jié)點(diǎn)組參考點(diǎn)坐標(biāo)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的下一步運(yùn)動(dòng)的參考點(diǎn)坐標(biāo)(圖3中ab段路徑)；若是則自行定義整個(gè)節(jié)點(diǎn)組的下一參考點(diǎn)坐標(biāo)(圖3中ac段路徑)。

1)當(dāng)Ni>nj時(shí)，即存在同組節(jié)點(diǎn)在參考點(diǎn)坐標(biāo)選取次數(shù)上大于該節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)直接讀取節(jié)點(diǎn)組的歷史參考點(diǎn)坐標(biāo)作為其下一個(gè)目標(biāo)坐標(biāo)。這樣，后行節(jié)點(diǎn)才能與先行節(jié)點(diǎn)保持穩(wěn)定的“組關(guān)系”而不至于出現(xiàn)組分裂的現(xiàn)象。

2)當(dāng)Ni=nj時(shí)，說明節(jié)點(diǎn)j是參考點(diǎn)坐標(biāo)選取頻率最快的節(jié)點(diǎn)。此時(shí)，該節(jié)點(diǎn)需要自行確定下一RP，領(lǐng)導(dǎo)整個(gè)節(jié)點(diǎn)組的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

當(dāng)節(jié)點(diǎn)組所有節(jié)點(diǎn)中運(yùn)動(dòng)最快的節(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)坐標(biāo)后，由于Ni=nj，所以該節(jié)點(diǎn)組的下一步運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)由該節(jié)點(diǎn)所決定。

圖4所示，圖中虛線表示節(jié)點(diǎn)組起始坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)的連線。所謂Z字形運(yùn)動(dòng)軌跡，其實(shí)就是節(jié)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過程中的一種左右擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，即節(jié)點(diǎn)在虛線的上下方位置來回變換而形成的運(yùn)動(dòng)軌跡。在確定RP之前節(jié)點(diǎn)需要判斷自身處于虛線的上方還是下方，在上方時(shí)節(jié)點(diǎn)偏向于向下方運(yùn)動(dòng)，在下方時(shí)則偏向于向上方運(yùn)動(dòng)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)是其所在節(jié)點(diǎn)組中運(yùn)動(dòng)速度最快的節(jié)點(diǎn)時(shí)，整個(gè)節(jié)點(diǎn)組的下一步運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)就由該節(jié)點(diǎn)所決定，隨后跟上的同組節(jié)點(diǎn)應(yīng)隨著當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)進(jìn)行下一步的移動(dòng)。

在每次選取RP時(shí)，我們將起始坐標(biāo)指向終點(diǎn)坐標(biāo)的方向作為 “邏輯東方”，則可決定剩下的邏輯方位?；谏鲜鲈颍覀冇酶怕时硎竟?jié)點(diǎn)的偏好，p1,p2,p3,p4分別表示節(jié)點(diǎn)選擇邏輯東北方、邏輯西北方、邏輯西南方、邏輯東南方的概率。顯然，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)上下擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式，這些概率都是因節(jié)點(diǎn)與虛線的相對(duì)位置變化而變化的。當(dāng)節(jié)點(diǎn)抵達(dá)目標(biāo)坐標(biāo)后，應(yīng)決定下一RPk(xk,yk)，并根據(jù)新生成的參考點(diǎn)決定下一個(gè)目標(biāo)坐標(biāo)位置。其主要步驟可分為以下幾步(見圖4)，且很大程度上依賴于上一運(yùn)動(dòng)周期的參考點(diǎn)坐標(biāo)RPk-1(xk-1,yk-1)的位置：

1)節(jié)點(diǎn)首先以概率的形式?jīng)Q定下一個(gè)運(yùn)動(dòng)的大致方向，即邏輯方位。

3)最后以隨機(jī)方式選擇下一步運(yùn)動(dòng)的距離lk，為保證節(jié)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)多次的方向改變，文中令lk≤L/10，其中L為起始坐標(biāo)與終點(diǎn)坐標(biāo)的直線距離。

4)此時(shí)，根據(jù)上述指標(biāo)，節(jié)點(diǎn)下一步運(yùn)動(dòng)的參考點(diǎn)坐標(biāo)(xk,yk)即確定，可由公式表達(dá)如式(3)：

(3)

圖4　節(jié)點(diǎn)目標(biāo)坐標(biāo)選取示意

綜合以上描述，節(jié)點(diǎn)目標(biāo)選取工作流程如下：①確定自身所處位置，判斷在虛線上方或下方；②依據(jù)預(yù)設(shè)概率，隨機(jī)選擇一個(gè)方向(即與邏輯東方的夾角α)；③依據(jù)預(yù)設(shè)的目標(biāo)坐標(biāo)偏離距離大小在選定方向上選取一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)。此時(shí)該坐標(biāo)點(diǎn)即為下一周期的RP，并記錄以此RP以便后行節(jié)點(diǎn)讀取。確定RP之后，節(jié)點(diǎn)依從上文提出的改進(jìn)的RPGM模型精確選取目標(biāo)坐標(biāo)P。至此，Z-ERPGM模型的一個(gè)周期工作完結(jié)，隨后進(jìn)入下一個(gè)工作周期。

3仿真分析

3.1仿真平臺(tái)

ONE (Opportunistic Network Environment simulator)[14-16]是一種針對(duì)機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)仿真而開發(fā)的基于離散事件的開源仿真引擎[17]。延展性較好，實(shí)現(xiàn)了多種基本的路由算法以及一些經(jīng)典的改進(jìn)路由算法，通過編程可實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)模型的可視化仿真和各項(xiàng)數(shù)據(jù)的采集。

3.2仿真主要評(píng)價(jià)參數(shù)

為合理評(píng)價(jià)各個(gè)模型的特點(diǎn)，我們從兩個(gè)方面進(jìn)行仿真。首先綜合考慮多個(gè)常見移動(dòng)模型參數(shù)度量[18]，主要包括移動(dòng)性度量和連通性度量。其中，移動(dòng)性度量主要包含空間相關(guān)性程度和時(shí)間相關(guān)性程度。連通性度量主要包含鏈路平均持續(xù)時(shí)間和路徑平均持續(xù)時(shí)間。其次，從路由的角度出發(fā)，以Epidemic Routing為例測(cè)試RPGM和Z-ERPGM兩種模型對(duì)該路由性能的影響。

3.2.1移動(dòng)性度量

(4)

(5)

1)空間相關(guān)性程度Dspacial(i,j,t)

(6)

空間相關(guān)性程度指的是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的速度相似程度。如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在同一方向上移動(dòng)那么它們就具有很高的空間相似度。

2)時(shí)間相關(guān)性程度Dtemporal(i,t,t′)

(7)

時(shí)間相關(guān)性程度指的是某節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的速度相似程度，也可以節(jié)點(diǎn)當(dāng)前時(shí)刻的速度對(duì)于先前時(shí)刻速度的依賴程度，能較為直觀地反映該節(jié)點(diǎn)速度變化程度。

3.2.2連通性度量

連通性度量主要反映網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的通信機(jī)會(huì)大小、通信持續(xù)時(shí)間等方面問題，比較直觀的反應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)各部分間的連通性好壞。

(8)

其中，LD(i,j)表示節(jié)點(diǎn)i和j之間的鏈路持續(xù)時(shí)間，N表示網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的集合，N是一段時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的鏈路總數(shù)。

(9)

其中，M是一段時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的路徑總數(shù)。一般的，兩條或兩條以上相接的鏈路才能構(gòu)成一條路徑，所以N≥M。

3.3結(jié)果及分析

3.3.1移動(dòng)模型參數(shù)仿真及分析

根據(jù)上述仿真環(huán)境參數(shù)，采用蒙特卡羅法對(duì)同一模型重復(fù)仿真并取各參數(shù)平均值作為最終評(píng)定參數(shù)指標(biāo)。

表1　仿真參數(shù)

圖5　鏈路平均持續(xù)時(shí)間

圖6　路徑平均持續(xù)時(shí)間

圖7　空間相關(guān)性程度

圖8　時(shí)間相關(guān)性程度

從圖6中可以看出，RWP模型在整個(gè)模型仿真時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的可用路徑數(shù)量極為稀少，在持續(xù)時(shí)間上也明顯落后，而Z-ERPGM和RPGM模型則能持續(xù)產(chǎn)生路徑，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因還是因?yàn)橥M節(jié)點(diǎn)間的頻繁相遇。如圖7所示，在空間相關(guān)性程度上群移動(dòng)模型明顯具有兩極分化的特點(diǎn)。另外，所有節(jié)點(diǎn)間運(yùn)動(dòng)都相互獨(dú)立的RWP模型的空間相關(guān)性程度也很低，且在模型趨于平穩(wěn)后該參數(shù)數(shù)值始終大于0。

對(duì)于圖8，由于時(shí)間相關(guān)性程度描述的是同一節(jié)點(diǎn)在不同時(shí)間點(diǎn)上的速度改變程度。所以，RPGM和RWP模型在這方面的性能基本處于同一水平。而Z-ERPGM模型具有“左右擺動(dòng)”的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)速度在短時(shí)間內(nèi)可能出現(xiàn)大幅變化，這就降低了時(shí)間相關(guān)性程度。

3.3.2兩種移動(dòng)模型下路由協(xié)議性能的仿真及分析

由以上仿真結(jié)果可知，Z-ERPGM和RPGM移動(dòng)模型兩者在移動(dòng)性和連通性方面具有較大差異，這有可能導(dǎo)致同一路由協(xié)議在這兩種移動(dòng)模型下得到截然不同的性能。為驗(yàn)證這點(diǎn)，我們以Epidemic Routing為例，通過仿真分析兩種移動(dòng)模型的不同。

為更好的通過路由機(jī)制體現(xiàn)移動(dòng)模型的不同，我們?cè)O(shè)置消息的目的節(jié)點(diǎn)不與源節(jié)點(diǎn)同組。與此同時(shí)，由于組運(yùn)動(dòng)模型的特殊性，節(jié)點(diǎn)組間相遇機(jī)會(huì)較小，成功到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的消息也相對(duì)較少。

圖9　RPGM模型下投遞率

圖10　Z-RPGM模型下投遞率

圖11　RPGM模型下投遞時(shí)延性能

圖12　Z-RPGM模型下投遞時(shí)延性能

圖9、圖10所示的是Epidemic Routing在兩種移動(dòng)模型下的消息投遞率性能表現(xiàn)，前者柱狀條排列緊密且數(shù)值較大，后者排列稀疏且數(shù)值較小。很顯然，RPGM在投遞率性能方面優(yōu)于Z-ERPGM。在時(shí)延性能方面，如圖10、11所示，兩種模型基本處于相同水平。說明Epidemic Routing在RPGM模型下的性能優(yōu)于在Z-ERPGM模型下的性能，主要原因在于Z-ERPGM節(jié)點(diǎn)間的強(qiáng)“組關(guān)系”，節(jié)點(diǎn)相遇機(jī)會(huì)基本取決于節(jié)點(diǎn)組的運(yùn)動(dòng)活躍程度，節(jié)點(diǎn)組愈不活躍，消息就愈發(fā)無法得到有效的傳遞。

綜合圖9～12，經(jīng)典的Epidemic Routing在兩種移動(dòng)模型下并沒有得到較為理想的性能，進(jìn)一步說明合適的移動(dòng)模型是路由機(jī)制的設(shè)計(jì)與評(píng)定的基礎(chǔ)。

4結(jié)語

本文首先對(duì)經(jīng)典組移動(dòng)模型RPGM進(jìn)行了分析，并針對(duì)其“組關(guān)系弱化”的問題提出了改進(jìn)方法。然后針對(duì)戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)單兵節(jié)點(diǎn)可能的運(yùn)動(dòng)方式與軌跡，進(jìn)一步提出了Z-ERPGM模型，模擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下戰(zhàn)士為隱蔽身形和保全自身而向目標(biāo)地曲折前進(jìn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。仿真結(jié)果表明，Z-ERPGM具有不同于RPGM的特點(diǎn)，如強(qiáng)組關(guān)系、組間通信相對(duì)較弱、組間獨(dú)立性高等，這與戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境更為吻合，基于該模型設(shè)計(jì)的路由協(xié)議具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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A Group Mobility Model Suitable for Tactical Network

LI Ning,JIANG Yuan,LAI Rong-xuan,HAN Xu

(School of Communication Engineering,PLA University of Science and Technology,Nanjing Jiangsu 210003,China)

Abstract：The mobility model of nodes plays a pivotal role in the research of ad hoc network technology and has a direct effect on various performances of the routing protocol during simulations,particularly in the research of ad hoc network in special environments,which requires need more special mobility models,such as TANET (TActical NETworks).The specific characteristics and nature of tactical network may reduce the meaning of TANET correlation studies based on normal mobility model.A classical group mobility model named RPGM is analyzed,and modified method proposed,and then a new group mobility model modeling the zigzag walk of individual soldier presented.The simulation shows that the proposed mobility model is suitable for TANET and for the simulation of network technology,and thus is of certain reference significance.

Key words：group mobility model; target coordinate; destination coordinate; period of motion; Z-ERPGM (Enhance Reference Point Group Mobility) model

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2016.02.012

* 收稿日期：2015-09-06；修回日期：2015-12-20Received date:2015-09-06；Revised date：2015-12-20

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.61371123)，江蘇省基金重點(diǎn)專項(xiàng)(No.BK2011002)，國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(No.61301165)

Foundation Item:National Natural Science Foundation of China(No.61371123),Special Foundation of Jiangsu Province(No.BK2011002),National Natural Science Foundation of China for Young Scholar(No.61301165)

中圖分類號(hào)：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-0802(2016)02-0182-07

作者簡(jiǎn)介：

李寧(1967-)，男，副教授(碩導(dǎo))，主要研究方向?yàn)閍d hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；

蔣媛(1991-)，女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)樾盘?hào)感知處理；

賴榮煊(1990-)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)閍d hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；

韓序(1990-)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信。