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1、华中科技大学硕士学位论文基于Hellinger距离的Ad hoc网络合作性研究姓名：王素芳申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：张士军20080529华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I摘摘 要要 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
2、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
3、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
4、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。 关键词：Ad hoc；合作性；距离测度；Hellinger 距离；NS2 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 IIAbstract Mobile Ad hoc Networks (MANET) is a temporary self-government network system which consists of a collection of mobile nodes with wireless transce
5、ivers. It has multi-hop and dynamic characteristics without fixed base stations and central server, so it will be a necessary complement and expansion for existing computer communication networks. Each node acts not only as a host but also a router. MANET should rely on the cooperation of mobile nod
6、es in all network functions (routing and packet forwarding). As a result of these network functions need to consume a large amount of energy, memory, bandwidth, and other resources, some selfish or malicious nodes in order to save their own resources without the participation and cooperation. Cooper
7、ation among nodes is a prominent and special issue in MANET. In this paper, cooperation faced in MANET has been deeply analyzed and investigated. It analyzes the selfish behaviors of nodes which refuse to forward data packets and routing packets for other nodes on the performance of the whole networ
8、ks such as packet ratio and jitter through the simulation experiments based on NS2, and indicates that selfish type 1 and selfish type 2 are the main manifestations about lack of cooperation in MANET. So the guarantee of cooperation is the basic needs in Ad hoc networks. At present, domestic and for
9、eign research institutes and scholars make some preliminary solutions. According to the mechanism of its realization, it could be divided into two types: reactive scheme (detect of behavior, such as Watchdog mechanism and 2ACK mechanism) and preventive scheme (incentive of behavior, such as credit-b
10、ased method、reputation-based method and game theory method). The existing detect schemes are lack of accuracy and cannot adapt the whole routing stage. With the characteristics of distance measure, an algorithm of detection and punishment based on the distance is proposed. This paper introduces defi
11、nitions and properties of some typical distance algorithms and gives their performance analysis. Experimental results show that Hellinger distance algorithm is a fully measure which has advantage in the detection accuracy, time spent, the algorithm complexity, and so on. So it is more suitable for c
12、ooperation detection scheme. After solving the key techniques such as the choice of eigenvector, calculation and update of Hellinger distance, the choice of threshold and so on, it designs the detection and punishment algorithm based on the Hellinger distance in detail. The simulation results based
13、on NS2 show that the algorithm can detect different types of selfish activities effectively, and promote cooperation between the nodes. And performance evaluation shows that the algorithm makes up the 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 IIIdisadvantage of inaccuracy in existing detection schemes and it adapts t
14、he whole routing stage while improving the performance of MANET. Key words: MANET; Cooperation; Distance measure; Hellinger distance; NS2 独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期
15、： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 保密?，在 年解密后适用本授权书。 不保密?。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 绪绪 论论 随着移动通信技术和因特网技术的迅速
16、发展和日益普及，人们对移动通信的需求越来越强。 Ad hoc 网络通信技术作为一种能够临时快速自动组网的移动通信技术，在军用和民用通信领域得到迅速的发展和应用。 由于 Ad hoc 网络多跳性、 动态拓扑、能源受限等特点，使得节点为了节省自己的能源而出现自私行为，降低了网络性能。因此，对于移动 Ad hoc 网络合作性的研究有着重要的意义。 1.1 研究背景及意义研究背景及意义 由于移动 Ad hoc 网络的多跳性、自组织、拓扑动态变化等特性，研究如何建立有效的网络层合作机制变得最具有代表性和典型性。 研究背景研究背景 随着无线移动通信和移动终端技术的高速发展，在某些特殊应用需求下，比如所在的工作场地没有可利用的设备，或者由于某种因素的限制不能使用已有的网络通信基础设施，用户之间又存在信息交流和协同工作需求，这种情况下就需要新的组网方式出现。移动 Ad hoc 网络作为一种可以满足这些应用需求的网络应运而生
