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模糊理論在A(yíng)d hoc網(wǎng)絡(luò )通信領(lǐng)域的應用
【摘 要】隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)Ad hoc網(wǎng)絡(luò )的廣泛應用，合理高效的分布式算法體系的設計尤為重要。而模糊理論以模糊不確定復雜系統為研究對象并對其進(jìn)行嚴格量化處理，為分布式算法體系的設計提供了有力保障。討論了模糊理論在無(wú)線(xiàn)信道估計、負載均衡及流量預測等方面的應用，事實(shí)證明，模糊理論的應用對Ad hoc網(wǎng)絡(luò )性能的提升具有積極的作用。
【關(guān)鍵詞】模糊理論;Ad hoc;負載均衡
前言
無(wú)線(xiàn)Ad hoc網(wǎng)絡(luò )起源于美國DARPA的分組無(wú)線(xiàn)網(wǎng)(PRNET， Packet Radio Network)項目，是由IEEE802.11標準委員會(huì )定義的一種對等式無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )。不同于以蜂窩移動(dòng)通信系統為代表的中心輻射式架構，Ad hoc不依賴(lài)于任何預設設施，適用于固定通信設施無(wú)法覆蓋及各類(lèi)臨時(shí)通信場(chǎng)景，網(wǎng)內各節點(diǎn)處于平等的地位，能夠實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的自組織、自愈合，具有良好的自治性及抗毀性能。Ad hoc的另一個(gè)特性在于各節點(diǎn)均支持數據轉發(fā)功能，可實(shí)現多跳通信，支持動(dòng)態(tài)拓撲，方便網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行規模及空間的拓展。正是由于上述種種優(yōu)勢，Ad hoc網(wǎng)絡(luò )已作為重要的通信領(lǐng)域重要的組成部分廣泛應用于臨時(shí)會(huì )議、個(gè)人局域網(wǎng)、智能硬件、抗震救災、野外勘探、軍事打擊等方面。
由于A(yíng)d hoc采用分布式架構，其算法設計相對于基礎結構集中式的網(wǎng)絡(luò )更為復雜，設計高效可行的算法體系已成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
1 模糊理論介紹
隨著(zhù)社會(huì )的進(jìn)步，研究對象日趨復雜，其表現的非線(xiàn)性、時(shí)變性、不確定性使得精確數學(xué)模型的建立無(wú)法實(shí)現，動(dòng)搖了傳統理論分析的基石。
模糊理論(Fuzzy Theory， FT)屬于運籌學(xué)范疇，打破了以二值邏輯為基礎的傳統思維，接受模糊性現象存在的事實(shí)，并對其進(jìn)行模糊綜合評價(jià)，最終得到精確量化的輸出，特別適用于非線(xiàn)性、時(shí)變、滯后、模型不完全系統的應用。
模糊決策的設計包含輸入維度的選擇、模糊語(yǔ)言取值、隸屬度函數的確定、模糊規則庫的建立、模糊推理及解模糊化等步驟。其中輸入維度應選擇與輸出值具有明顯邏輯關(guān)系的元素;模糊語(yǔ)言取值通常選取3、5或者7個(gè)，如取{負大，負小，零，正小，正大};隸屬度函數描述了各維度及輸出取值到模糊語(yǔ)言集的映射;模糊規則庫又稱(chēng)專(zhuān)家庫，由若干條if-then結構的模糊語(yǔ)句組成，是從實(shí)際經(jīng)驗值過(guò)渡到模糊決策的核心環(huán)節，屬于模糊理論設計的難點(diǎn);模糊推理是利用規則庫對實(shí)際輸入值進(jìn)行判決獲取輸出值的過(guò)程;解模糊化則對模糊的輸出值進(jìn)行量化，完成模糊系統向精確系統的轉化。
2 模糊理論應用
2.1 信道估計
無(wú)線(xiàn)信道由于多徑、衰落、多普勒頻移等因素影響具有明顯的時(shí)變性，因此Ad hoc協(xié)議設計需實(shí)現對網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)的感知，并自適應的調整工作參數，以保證系統的自組織特性�，F有算法中前向信道狀態(tài)僅在收到反饋信息時(shí)進(jìn)行更新，而為防止過(guò)多的開(kāi)銷(xiāo)，反饋系統間隔設置往往較長(cháng)，造成采納值相對于實(shí)時(shí)值存在較大的時(shí)間落后性。而合理運用模糊理論，則可以從數據接收反饋、反向信道感知等多個(gè)維度對信道狀態(tài)進(jìn)行修正，保證前向信道狀態(tài)的采納值向實(shí)時(shí)值的逼近，從而提升數據吞吐量及傳輸正確性。
2.2 負載均衡
Ad hoc屬于典型的多跳網(wǎng)絡(luò )，報文通常需要經(jīng)過(guò)多次轉發(fā)才能到達目的節點(diǎn)。受無(wú)線(xiàn)信道本身的物理特性限制，其提供的網(wǎng)絡(luò )帶寬相對于有線(xiàn)信道要低得多，若網(wǎng)內存在多個(gè)業(yè)務(wù)，則會(huì )增加因為個(gè)別節點(diǎn)負載較重而影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò )性能的概率。為從根本解決這個(gè)問(wèn)題，需要源節點(diǎn)及各中繼節點(diǎn)在進(jìn)行路由優(yōu)選時(shí)運用模糊理論建立以Qos指標如時(shí)延、抖動(dòng)為因素的綜合評價(jià)機制，從而保證業(yè)務(wù)的快速傳遞及并發(fā)傳輸，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )級的負載均衡。
2.3 流量預測
無(wú)線(xiàn)流量預測對于網(wǎng)絡(luò )性能研究意義重大，通過(guò)合理有效的預測，可以相應調整業(yè)務(wù)的接納控制，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )資源的分配，保證業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，提升網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵性能。而模糊預測作為預測機制研究的重要分支，通過(guò)模型預測、滾動(dòng)優(yōu)化、反饋校正等機理來(lái)完成預測分析，目前已在電力負荷、工業(yè)控制、經(jīng)濟分析等領(lǐng)域取得良好的效果。對于A(yíng)d hoc網(wǎng)絡(luò )，可以通過(guò)建立模糊多項式，利用對歷史數據對各階系數進(jìn)行在線(xiàn)的因素篩選及擬合逼近，并從精度、模糊度、擬合度三方面進(jìn)行考核評價(jià)，最終達到業(yè)務(wù)流量預測的目的。
3 結束語(yǔ)
本文討論了模糊理論在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域多方面的應用，從中可以發(fā)現模糊理論的適當運用有助于改善網(wǎng)絡(luò )性能。
模糊理論不依賴(lài)于精確地數學(xué)建模，簡(jiǎn)化系統設計的復雜性，符合現代通信理論的原則。但模糊控制仍存在設計缺乏系統性、隸屬度量化精度難以確定、模糊規則通常根據經(jīng)驗獲取等多方面問(wèn)題亟待解決。隨著(zhù)模糊理論的日益成熟，其在無(wú)線(xiàn)Ad hoc網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域及其他領(lǐng)域的應用勢必會(huì )更加廣泛。
【參考文獻】
[1]劉合香.模糊數學(xué)理論及其應用[M].北京：科學(xué)出版社，2012.
[2]方志明.自適應模糊控制理論的研究[D].江蘇大學(xué)，2003.
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