前言

网络仿真是对无线自组网进行研究的一项必要的技术，这项技术通过建立网络设备、链路和协议模型，模拟网络流量的传输，以获取网络的性能参数，改善网络运行状况。网络仿真是计算机仿真技术的一种，这种技术不是基于数学计算，而是基于统计模型，能够为网络的规划设计提供客观定量的依据，缩短网络建设周期，减少建设成本，降低投资风险。此外，仿真所建立的模型灵活度高，在高度复杂的网络环境中能够得到具有高可信度的结果，因此非常适合大中型网络的研发工作。网络建模技术包括协议建模、设备建模、拓扑建模、流量建模、移动性建模等。

移动性建模是无线自组网特有的建模技术，该技术依靠移动模型来规划仿真节点的移动轨迹，模拟真实世界的运动情况和网络的动态效果。无线自组网的各种研究工作都需要借助移动模型来仿真移动场景下的网络性能。随机点模型、随机方向模型和随机游走模型是三种最经典同时也是最广泛使用的无线自组网仿真移动模型，这些模型以节点运动的随机性和独立性为特征并采用折线型移动轨迹。其中，随机点模型已经在网络仿真软件包OPNET、NS2 和QUALNET上实现模块化，用户可以即拿即用。尽管这些移动模型的使用已经有十几年的历史，但对模型自身特性的思考和剖析却是近几年来伴随着无线自组网仿真过程中发现的一些问题才逐渐展开的。近年来，研究发现一些随机移动模型存在着非均匀节点分布和非均匀速度分布等问题。这些问题反映出应用该模型的仿真网络存在相当长时间的瞬态过程，该过程造成了网络的短期行为和长期行为有很大差异，因此降低了在有限时间内收集到的仿真结果的可信度。从仿真方法论上来看，一个准确的仿真应该工作在系统的稳态并收集系统的稳态指标，所以移动模型的这些瞬态行为大大降低了仿真的准确度。此外，已有的很多理论研究工作，包括网络容量计算、功率控制、连通性和覆盖性分析及协议性能评估等，都是基于网络节点均匀分布或泊松分布的假设，当把这些研究在移动场景下付诸仿真时，由于移动模型造成的节点非均匀分布得到的仿真结果将会与这些理论分析的结果不一致。由此可见，深刻地理解和准确地把握移动模型的自身特性对于正确设计一个无线自组网仿真来说是至关重要的。

移动性建模技术是一个学科交叉色彩非常强的领域，涉及动态系统、随机过程、几何随机图等理论和网络仿真、数值计算等技术，因此具有较高的复杂性。本书以随机点模型、随机方向模型和随机游走模型为主要研究对象，采用几何概率、Palm积分、随机过程和马尔可夫链等理论工具定量分析了网络中节点的平稳位置分布特征和平稳速度分布特征，得到了各种分布的概率密度函数并加以仿真验证。本书将有助于无线自组网这一领域的研究者深入理解这几种随机移动模型的本质属性，为合理地选择和利用移动模型进行无线自组网仿真提供参考。

本书共分 10 章，前三章介绍了移动性建模技术所必需的集合论、概率论和随机过程的理论基础；第 4 章介绍了基于OPNET环境进行无线自组网仿真的理论与方法，其中主要针对信道接入协议和路由协议举例说明，并在附录中附上了程序代码；第 5章讲述了无线自组网仿真的移动性建模基础，包括移动性建模技术的研究现状、分类和存在的主要问题；第 6 章分析了三种随机移动模型的速度分布问题；第 7 章至第 9章分别采用不同的方法探讨了三种移动模型的节点分布问题；第 10 章根据前面的分析结果，深入研究了无线自组网移动模型对网络连通性的影响，本章还提出了一种性能优异的小世界网络模型。本书第 4 章、第 7 章至第 10 章由刘宴涛完成，第 1 章至第 3 章由王雪冰完成，第 5 章、第 6 章由秦娜完成，全书由刘宴涛统稿。

本书的完成要感谢北京理工大学现代通信与网络实验室的安建平、卜祥元、杨杰和李祥明等几位教授，本书的很多工作都是在他们的指导与合作下完成的；还要感谢渤海大学工学院的于忠党、迟峰和常晓恒等几位教授，与他们的学术交流获益匪浅，作者们写作的很多灵感是在工学院轻松快乐的学术氛围中产生的。

作者