Vicsek模型在无线网络环境下的实现与仿真分析

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近年来,多智能体系统吸引了各个领域专家学者的研究兴趣。在众多研究方向中,一致性问题因其重要性引起了广泛的研究。研究者尝试各种方法来解释如何通过简单的局部行为来获得全局的期望行为,Vicsek模型便是在仿真鸟群的过程中提出的一种经典模型。在Vicsek模型中,每个节点通过简单的邻居规则,仅与一小部分节点进行信息传递交换,最终便可以实现系统的整体一致行为。而使用无线网络是实现Vicsek模型的有效途径。一方面,多智能体系统的特点诸如节点移动性、拓扑动态性等要求其在应用中只能采用无线网络通信才能发挥它的优势;另一方面,无线网络通信的性质诸如时延、丢包等对通信质量的影响,让Vicsek模型的研究更加困难。由于Vicsek模型非常复杂,系统网络动态变化,难于精确描述,加上无线网络通信所带来的问题,使Vicsek模型的理论研究陷入了困难。而随着计算机方针技术的发展,仿真研究可以通过设计实际实验,模拟Vicsek模型,研究Vicsek模型在无线网络通信环境下的特性,是一条可行并且有意义的研究方向。   本文主要研究了以下三个方面的内容:   1,根据现有无线网络技术,选择IEEE802.11协议作为Vicsek模型中节点间无线通信的MAC协议,并据此在OPNET无线通信建模软件中完成系统实现。系统节点由源模块、目的模块、发射机、接收机和MAC模块组成。每个节点设置了大量的参数和输出量,以利于随后统计系统性能。   2,使用已实现完成的Vicsek模型,设计实验来统计在无线网络通信环境下,Vicsek模型中节点间信息交互时,发送接收数据包的时延分布情况及时延大小与系统吞吐量间得关系。本文通过统计分析多智能体系统的节点在采取了802.11无线传输协议之后,得出节点间点对点时延符合指数分布,而最大时延采样符合正态分布,时延的均值大小则与系统吞吐量有关。   3,本文另外尝试了在实际无线网络环境下,研究节点速率、邻居半径和一致性的关系,提出系统密度概念,并通过实验指出,当系统密度足够大时,系统在很大概率上是可一致的。
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