野战移动自组网故障诊断和申告技术研究

论文摘要

野战移动自组网具有部署快、不依赖任何固有网络基础设施、抗毁性强等特点，满足战场环境下装备通信的快速机动与高可靠性要求，是战术互联网络的主要网络类型。由于移动节点所在作战地区的危险性，易于受到攻击损毁，使得原本连通的网络拓扑分割，从而大大降低网络的覆盖范围，甚至导致整个网络无法正常工作。因此保证野战移动自组网的可靠性，及时发现、检测、隔离和恢复网络中的故障装备就显得尤为重要和迫切。本文首先深入研究了战场环境下野战移动自组网的特点，选取适合野战移动自组网的移动模型，并对移动自组网主要的路由协议在参考点群组移动模型下的性能表现设计了测试方案，基于NS-2平台进行了模拟。模拟方案选取了不同的网络规模和不同的网络拓扑变化频度，考察了不同路由协议在参考点群组移动模型下路由负载、分组投递率和端到端延迟三个方面的性能。模拟结果表明，AODV路由协议各方面性能比较均衡，比较适合野战移动自组网环境。由于野战移动自组网中各个节点既是一般数据收发节点也是路由器，节点的故障将直接造成已建立路由失效，影响数据传输，因此，路由协议对节点故障的容错能力对整个系统的容错能力也至关重要。本文深入研究了AODV路由协议对节点故障的容错能力，选取针对链路故障的路由修复方案，并模拟了此方案和AODV路由协议一般路由修复机制的性能。仿真结果表明，针对链路故障的路由修复机制有更好的容错性、更短的路由重建时间、更佳的数据投投递率和更低的路由负载。因此，选取AODV路由协议针对链路故障的路由修复方案作为系统的路由容错方案。针对野战移动自组网自身应用层故障，提出了基于簇的被动比较诊断算法（C-PFCD）。C-PFCD算法以野战移动自组网络分簇结构为基础，由簇首负责本簇节点故障诊断，基于GMM（高斯混合模型）模型的无效性规则，比较确定节点状态。C-PFCD算法减少了诊断消息所造成的网络负载，降低了网络拓扑变化对诊断算法性能和网络负载的影响。基于提出的C-PFCD算法和野战移动自组网自身特点，提出基于簇的野战移动自组网分布式故障申告模型CFAM，设计的故障申告协议FAP能够克服网络链路不稳定、带宽资源稀缺等困难，及时将节点故障信息传达到故障态势展示服务器。设计开发的野战移动自组网故障态势展示系统，能够基于节点标识和动态拓扑对移动节点的位置信息和故障信息基于二维地图进行可视化展示，实时综合显示各个节点的位置信息和故障状态信息。使指挥员可以快速直观的查看到野战环境下网络中各节点位置信息和当前的故障态势，为网络故障恢复和管理提供有效支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 野战移动自组网的组成与特点
• 1.2.1 野战移动自组网的构成
• 1.2.2 野战移动自组网范围
• 1.2.3 野战移动自组网特点
• 1.2.4 野战移动自组网拓扑结构及分簇
• 1.2.5 野战移动自组网节点移动特性
• 1.3 野战移动自组网的故障诊断和管理技术
• 1.3.1 野战移动自组网故障诊断和管理面临的挑战
• 1.3.2 野战移动自组网故障管理的需求
• 1.3.3 移动自组网故障诊断和管理国内外研究现状
• 1.4 课题研究内容和论文结构
• 第二章 路由协议性能实验分析及针对链路故障的路由修复
• 2.1 移动自组网移动模型
• 2.1.1 个体移动模型
• 2.1.2 群体移动模型
• 2.2 移动自组网主要路由协议介绍
• 2.2.1 先应式路由协议
• 2.2.2 反应式路由协议
• 2.3 移动自组网路由协议性能仿真及结果分析
• 2.3.1 路由协议的评价指标
• 2.3.2 路由协议的仿真实验数据
• 2.3.3 路由协议仿真实验结果分析
• 2.4 针对链路故障的路由修复机制
• 2.4.1 链路故障检测发现
• 2.4.2 路由修复机制
• 2.4.3 路由修复过程
• 2.4.4 性能仿真分析
• 2.5 小结
• 第三章 野战移动自组网故障诊断算法及协议
• 3.1 野战移动自组网的故障类型
• 3.2 移动自组网故障诊断已有算法存在问题
• 3.3 故障诊断模型
• 3.4 基于簇的被动式故障比较诊断算法
• 3.4.1 算法所基于的条件
• 3.4.2 算法描述
• 3.4.2.1 算法相关术语定义
• 3.4.2.2 全网节点初始诊断
• 3.4.2.3 被动诊断过程
• 3.4.3 算法举例
• 3.4.4 算法正确性分析
• 3.4.5 算法实现手段
• 3.5 算法性能分析
• 3.6 算法模拟仿真
• 3.6.1 模拟仿真参数
• 3.6.2 模拟仿真结果
• 3.6.3 仿真结果分析
• 3.7 小结
• 第四章 野战移动自组网故障申告模型及故障态势展示系统
• 4.1 分布式故障申告模型
• 4.2 故障申告协议
• 4.3 野战移动自组网故障态势展示系统总体结构
• 4.4 系统设计
• 4.4.1 登录模块
• 4.4.2 数据采集模块
• 4.4.3 传输模块
• 4.4.4 数据存储模块
• 4.4.5 数据查询模块
• 4.4.6 展示模块
• 4.5 系统实现
• 4.5.1 移动节点（客户端）的实现
• 4.5.2 服务器
• 4.6 小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果