Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Вычислительная техника и компьютерная графика»

К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ

Заведующий кафедрой

______Ю.В. Пономарчук

«_____»___________2017

Модель оценки качества обслуживания на основе нечеткой логики для беспроводных сетей связи подвижных объектов

Выпускная квалификационная работа
ВКР 09.04.01.ИВТ.08.00.00.ИВ-2 – ПЗ

Студент ИВ-2 гр.____________________________Р.В. Трач

Руководитель

к.ф.-м.н., доцент____________________________Ю.В. Пономарчук

Нормоконтролер

к.т.н, доцент________________________________Е.В. Буняева

Хабаровск 2017

СОДЕРЖАНИ

Введение 4

1 Обзор предметной области и методов оценки QoS 6

1.1 Общие сведения о мобильных самоорганизующихся сетях 6

1.1.1 Мобильные беспроводные сети ad hoc 6

1.1.2 Архитектура сетей транспортных средств VANET 9

1.1.3 Масштабирование и самоорганизация сети VANET 11

1.2 Приложения сетей VANET 12

1.2.1 Приложения безопасности 14

1.2.2 Приложения для повышения эффективности транспорта 15

1.2.3 Приложения для комфорта пользователей 17

1.2.4 Интерактивные развлечение 17

1.2.5 Городское зондирование 18

1.3 Протоколы маршрутизации сети VANET 19

1.3.1 Проактивные протоколы маршрутизации 21

1.3.2 Реактивный протоколы маршрутизации 22

1.3.3 Геолокационные протоколы маршрутизация 22

1.4 Безопасность автомобильной беспроводной сети 25

1.5 Обзор средств моделирования беспроводных сенсорных сетей 26

1.5.1 Симулятор Objective Modular Network Testbed in C++ 26

1.5.2 Симулятор Network Simulator Version 2 28

1.5.3 Симулятор Network Simulator Version 3 28

1.5.4 Симулятор TinyOS 30

1.5.5 Общие сравнительные характеристики 31

1.6 Обеспечение качества обслуживания в VANET 33

1.6.1 Успешность доставки пакетов 35

1.6.2 Пропускная способность 37

1.6.3 Задержка сигнала 38

1.6.4 Количество коллизий 38

1.6.5 Оценка принимаемого сигнала RSSI, LQI и SNR 39

1.6.6 Методы оценки QoS для потокового трафика 41

2 Модель оценки QoS на основе нечеткой логики 49

2.1 Система нечеткого логического вывода 50

2.2 Основные алгоритмы нечеткого логического вывода 56

2.3 Оценка QoS на основе нечеткой логики 56

2.3.1 Построение функций принадлежности 57

2.3.2 Формирование базы правил 60

2.3.3 Построение модели нечеткой логики 63

3 Результаты моделирования метода оценки QoS в VANET 65

3.1 Имитационное моделирование сети VANET 65

3.1.1 Добавление протоколов маршрутизации 67

3.1.2 Подготовка карты сценария автомагистрали 67

3.1.3 Подготовка карты сценария города 70

3.1.4 Настройка сценария симуляции 71

3.1.5 Оптимизация и автоматизация вычислений 75

3.2 Формирование массива данных 78

3.3 Визуализация полученных результатов 80

3.3.1 Успешность доставки пакета 80

3.3.2 Задержка доставки сигнала и джиттер 81

3.3.3 Полезная пропускная способность сети 82

3.3.4 Оценка качества принимаемого сигнала 83

3.4 Анализ работы модели оценки QoS 84

3.4.1 Нахождение численного значения QoS 84

3.4.2 Анализ полученных результатов 86

3.4.3 Корректировка модели 87

Заключение 92

Список использованных источников 93

Приложение А Листинг программы для генерации сценария автомагистрали 99

Приложение Б Листинг программы для обработки выходных файлов симуляций 101

Приложение В Листинг программы для экспорта данных в MS Excel 107

Введение

Благодаря прогрессу в области информационных технологий и коммуникации технология сетей транспортных средств получила огромное внимание во всем мире. Тенденции развития стандартов и протоколов телекоммуникации заключается в том, чтобы сделать транспортную инфраструктуру более безопасной и эффективной, что предполагает предоставление информации о пробках, авариях, опасных дорожных условиях, возможных объездах, погоде и местонахождении объектов (автозаправочных станций, ресторанов) [ CITATION NMC14 \l 1049 ]. Более эффективная инфраструктура подразумевает увеличение пропускной способности дорожной сети, сокращение автомобильных пробок и, как следствие, загрязнения воздуха[ CITATION РоY10 \l 1049 ], более короткое и более предсказуемое время поездки, пониженные эксплуатационные расходы транспортного средства, эффективную логистику, улучшение управления и контроля дорожной сети, а также повышение эффективности систем общественного транспорта[ CITATION AnnCM \l 1049 ]. Наконец, такая сеть обеспечит возможность подключения устройств пользователей в глобальную сеть Интернет, позволит обмениваться мультимедийной информацией, такой как голосовые звонки, потоковое воспроизведение видео, передача файлов и многое другое [ CITATION SBa09 \l 1049 ].

Такой подход к инфраструктуре является типичным примером так называемой интеллектуальной транспортной системы (ИТС), целью которой является повышение безопасности, эффективности и осведомленности жителей города в условиях транспортной сети благодаря использованию новейших технологий.

Важным компонентом ИТС является транспортная сеть связи (VANET), которая обеспечивает обмен информацией между транспортными средствами. VANET – это частный случай беспроводной сенсорной сети (БСС), в которой транспортные средства (узлы сети), оснащенные приемопередатчиками и микрокомпьютерами, могут самостоятельно, без вмешательства человека, организовывать телекоммуникационную сеть в ходе движения. Важным аспектом работы приложений VANET является качество обслуживания сети (QoS).

Целью работы является разработка модели оценки качества обслуживания в сетях VANET на основе параметров телекоммуникационного трафика с использованием нечеткой логики.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

– выполнить обзор предметной области, приложений VANET и протоколов маршрутизации с целью определения основных характеристик телекоммуникационного трафика;

– выполнить обзор сред имитационного моделирования, рекомендуемых в литературе для проведения компьютерных экспериментов с целью исследования производительности беспроводных сетей связи подвижных объектов;

– выполнить обзор методов оценки качества обслуживания, предлагаемых в литературе для применения в беспроводных мультимедийных сенсорных сетях;

– разработать модель оценки качества обслуживания на основе характеристик трафика и методов нечеткой логики;

– выполнить верификацию разработанной модели с помощью компьютерных экспериментов.

Объектом исследования являются беспроводные сети связи подвижных объектов (VANET). Предмет исследований – модели оценки качества обслуживания в сети VANET.

Тематика исследований является актуальной и практически значимой, поскольку результаты исследований могут быть использованы не только для организации и установки сетей VANET, но и в целях интеллектуальной оценки качества обслуживания в подобных сетях.

1. Обзор предметной области и методов оценки QoS

Одним из наиболее перспективных направлений в развитии систем беспроводного доступа являются сети транспортных средств VANET (Vehicular Ad Hoc Network). Сети VANET принадлежат к классу мобильных Ad Hoc сетей MANET (Mobile Ad Hoc Network). Следует заметить, что несмотря на название, в этих сетях предусматривается не только режим функционирования Ad Hoc, но и комбинированный, когда элементы сети VANET могут соединяться с инфраструктурными узлами сети. Кроме того, предусматривается широкое использование датчиков автомобилей для сбора различной информации.

В главе выполнен обзор технологий сетей транспортных средств VANET, основные возможности их применения, а также описаны инженерные задачи, такие как маршрутизация, безопасность в сети и обеспечение качества облуживания.

1. Общие сведения о мобильных самоорганизующихся сетях

В последнее время специальные сети получили широкое внимание как в промышленном, так и в военном отношении из-за поразительного свойства создания сети при переходе от одного места к другому и не требующей какой-либо заранее установленной инфраструктуры.

1. Мобильные беспроводные сети ad hoc

Мобильные сети ad hoc (MANET) представляют собой автономные системы, которые состоят из нескольких мобильных узлов, которые передают друг друга данные, используя беспроводную передачу данных. Таким образом, они самоорганизуются, самонастраиваются и не контролируются инфраструктурой. Преимущество такой сети заключается в том, что она может быть настроена и развернута в любом месте и в любое время, поскольку она имеет простую инфраструктуру и центральное администрирование. Мобильные сети ad hoc (MANET) – это частный случай беспроводных сенсорных сетей (БСС), которые становятся все более популярными и востребованными на рынке беспроводных технологий.

MANET особенно полезны для тех мобильных пользователей, которым требуется общаться в ситуациях, когда нет фиксированной проводной инфраструктуры. Очевидными примерами являются военные или аварийные службы: одна явная ситуация может быть пожарным, которому необходимо подключиться к машине скорой помощи. В таких ситуациях набор мобильных узлов с беспроводным сетевым интерфейсом может формировать временную сеть. В последнее время специальные сети получили широкое внимание как в промышленном, так и в военном отношении благодаря своим свойствам повышенной мобильности.

Мобильная сеть ad hoc (MANET) – независимая система мобильных узлов, связанных беспроводными соединениями. Эти узлы могут свободно перемещаться, поэтому топология беспроводных сетей меняется быстро и непредсказуемо.

Как правило, прямая связь в MANET возможна только между соседними узлами. Таким образом, связь между удаленными узлами устанавливается с использованием маршрутизации. Каждый мобильный узел функционирует как хост и маршрутизатор, ретранслирует пакеты данных с одного узла на другой. В MANET есть много характеристик, которые делают их отличными от других беспроводных и проводных сетей, такие как:

• ограниченные ресурсы: большинство устройств MANET – это небольшие карманные устройства, такие как персональные цифровые помощники (PDA), ноутбуки и мобильные телефоны с ограниченной емкости батарей, небольшой мощностью обработки и хранения информации. Энергопотребление является важным критерием при проектировании MANET;

• отсутствие инфраструктуры (автономность): MANET основаны на совместной работе между независимыми одноранговыми узлами, которые обмениваются данными друг с другом. Без какой-либо заранее запланированной компоновки или базовой станции. Все узлы имеют одинаковую роль в сети. Для узлов, участвующих в сети, нет заданных ролей, таких как маршрутизатор, сервер или шлюз;

• низкая и переменная пропускная способность: беспроводные каналы, которые соединяют узлы MANET, имеют значительно меньшую пропускную способность, чем проводные. Влияние помех, перегрузок и шума более значительны;

• динамическая топология: узлы MANET могут перемещаться произвольно; Таким образом, узлы могут динамически входить в сеть и покидать её, постоянно менять маршруты и топологию. Это приводит к частым изменениям в информации о маршрутизации;

• многоточечные коммуникации: связь в MANET между любыми двумя узлами выполняется многочисленными промежуточными узлами, функциями которых являются ретрансляция пакетов данных из одной точки в другую. Для сетей ad hoc требуется многоточечная связь (рисунок 1). Узлы A и Г должны взаимодействовать при помощи узлов Б и В для передачи пакетов данных между ними;

Рисунок 1 – Мобильная сеть ad hoc из четырех узлов, использующая диапазон передачи узлов B и C для связи между узлом A и узлом D

• ограниченная защита устройств: устройства MANETs обычно небольшие и могут транспортироваться из одного места в другое. К сожалению, в результате эти устройства могут быть легко потеряны, украдены или повреждены;

• ограниченная физическая безопасность: MANET в целом более уязвимы для атак физического уровня, чем проводные сети; Следует тщательно изучить возможность подмены пакетов злоумышленниками, подслушивания эфира, отказа в обслуживании (DoS). Однако характер самоорганизации MANET делает сеть более устойчивой в отношении точек отказа;

• возможности короткого диапазона: MANET полагаются на радиочастотную технологию для подключения, которая, как правило, считается связью малого радиуса действия.

  • Архитектура сетей транспортных средств VANET

Сети транспортных средств VANET имеют сходство с сетями MANET: им так же свойственна низкая и переменная пропускная способность, связь на коротких расстояниях, самоорганизация, однако их можно отличить от MANET благодаря уникальным характеристикам, таким как высокая мобильность и ненадежность каналов связи.

Наиболее важные различия между ними заключаются в том, что транспортные средства в VANET могут перемещаться произвольно, но все еще предсказуемо (ограничены географией дорог), даже если они движутся со значительно большими скоростями, чем узлы в традиционных сетях MANET.

Достижения в области мобильной связи и текущие тенденции в специальных сетях позволяют различным архитектурам развертывания для автомобильных сетей в автомобильных, городских и сельских районах поддерживать различные приложения.

Цель архитектуры VANET – обеспечить связь между соседними транспортными средствами и стационарным оборудованием (базовыми станциями) на обочине дороги, что приводит к следующим трем вариантам организации соединений (рисунок 2):

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР