计算机硬件及网络无线AdHoc网络中一种多路径路由协议仿真研究Word格式.docx

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Abstract

ThemobileAdHocnetworkisanautonomoussystem,whichismulti-hoppedandwithnofixedcenteraccesspoints,consistingofasetofmobilenodesofwirelesstransceiver.Networkestablishedwithoutanyaidofinfrastructureisconvenientandalsohasequivalentnodestatuswhicharefreetomove.TheAdHociswidelyusedinmanyfieldssuchasmilitary,medicineandspaceexplorationetc.TheroutingprotocolisalwaysthefocusofAdHocasatypicalself-organizednetwork.ThereasondesigningnewagreementandspecificationsuchasMACprotocol,routingprotocol,QoSsystem,securitytechnology,channelaccesstechnologyetcistheparticularitywhichmakesthetraditionalwirednetworknotavailable.

Inthispaper,NS-2networksimulationsoftwaretosimulateAOMDVagreementasanexampleoftheNS-2simulationroutingprotocoldetailedsteps,andgivestheDSR,DSDV,AODVsimulationresultsofthreeroutingprotocolsandsomeperformanceanalysischart.

Keywords:

AdHocnetwork,Simulation,NS-2,DSDV,AOMDV,DSR,Agreement

第1章引言

1.1无线自组网的产生和发展

“AdHoc”一词来源于拉丁语，意思是“专用的、特定的”。

无线自组网通常也可称为“无固定设施网”或“自组织网”。

由于组网快速、灵活、使用方便，目前无线自组网已经得到了国际学术界和工业界的广泛关注，其应用也越来越广泛，已经成为移动通信技术向前发展的一个重要方向，将在未来的通信技术中占据重要地位。

无线自组网的前身是分组无线网（PacketRadioNetwork,PRNET），对分组无线网的研究源于军事通信的需要。

早在1972年，美国的DARPA就启动了分组无线网项目PRNET，研究战场环境下利用分组无线网进行数据通信。

在此之后，DARPA于1983年启动了高残存性自适应网（SurvivableAdaptiveNetwork,SURAN）项目，研究如何将PRNET的研究成果加以扩展，以支持更大规模的网络，1994年，DARPA又启动了全球移动信息系统（GlobalMobileInformationSystems,GloMo）项目，旨在对能够满足军事应用需要的、高抗毁性的移动信息系统进行全面深入的研究。

1991年成立的IEEE802.11标准委员会采用了“AdHoc”一词来描述这种特殊的自组织对等式多跳移动网络，无线自组网就此诞生。

IETF专门成立了（MobileAdHocNetwork,MANET）小组来研究无线自组网的相关问题[1]。

1.2无线自组网的特征

无线自组网由一组带有无线通信收发装置的移动终端节点组成，网络中每个终端可以自由移动且地位相等，是一个多跳、临时、无中心网络，因此它具有以下主要特征：

（1）自组织：

即网络的布设无需依赖于任何预先架设的网络设施。

节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。

（2）动态拓扑：

即网络中的节点可以任意移动，并且可以随时关闭电台。

发送装置的天线类型多种多样，发送功率的变化，无线信道间的相互干扰，地形和天气等综合因素的影响，造成网络的拓扑结构变化难测。

（3）多跳路由：

由于节点发射功率的限制，节点的覆盖范围是有限的。

当要与其覆盖范围之外的节点进行通信时，需要中间节点的转发，即要经过多跳才能到达目的节点。

（4）无中心且所有节点地位平等：

节点可以随时加入或离开网络，任意节点故障不会影响整个网络运行，是一个无中心结构的对等式网络，抗毁性强。

（5）灵活性好：

无线自组网中的工作站可以随时加入或离开，这对于一些根据需求而需要随时组建网络的应用非常适合。

1.3无线自组网应用领域

由于无线自组网的特殊性，它适合用于无法或不便预先铺设网络设施的场合，以及其他需要快速自动组网的场合等。

目前为止，其主要的应用领域有：

（1）军事应用：

军事应用是无线自组网技术的主要应用领域。

因其特有的无需架设网络设施、可快速展开、抗毁性强等特点，无线自组网是数字化战场通信的首选技术。

（2）无线传感器网络：

传感器网络是无线自组网技术应用的另一大领域。

采用传感器网络能够跟踪从天气到企业商品库存等各种动态事物，极大的扩充互联网的功能。

对于很多应用场合来说传感器网络只能使用无线通信技术，并且传感器的发射功率很小。

分散的传感器通过无线自组网技术组成一个网络，可以实现传感器之间和与控制中心之间的通信。

（3）个人通信：

个人局域网（PersonalAreaNetwork,PAN）是无线自组网技术的又一应用领域，用于实现PDA、手机、掌上电脑等个人电子通信设备之间的通信，并可以构建虚拟教室和讨论组等崭新的移动对等（MobilePeer-To-Peer）应用。

（4）移动会议：

在室外临时环境中，工作团体的所有成员可以通过无线自组网方式组成一个临时网络来协同完成一项大的任务，或协同完成某个计算任务。

在室内办公环境中，办公人员携带的包含无线自组网收藏器的PDA可以通过无线方式自动从台式机上下载电子邮件，更新工作日程表等。

（5）其他应用：

可应用于紧急和突发场合，如在发生了地震、水灾、火灾或遭受其它灾难后，固定的通信网络设施无法正常工作的情况下组建无线自组网。

还可与蜂窝移动通信系统等现有移动通信系统相结合，利用移动的多跳转发能力来扩展现有蜂窝移动通信系统的覆盖范围等。

1.4无线自组网体系结构

参照OSI/RM，无线自组网体系结构如图2.1所示[2]。

图1.4无线自组网体系结构

下面介绍各层的基本情况：

（1）物理层：

物理层包括射频（RF）电路、调制和信道编码系统。

IEEE802.11b/a/g、蓝牙（Bluetooth）和超宽带（LJwB:

ultr-awideband）等规范都是具体的物理层协议。

（2）数据链路层:

：

数据链路层负责在不可靠的无线链路上建立可靠和安全的逻辑链路。

其分为逻辑链路控制子层（LLC）和媒介访问子层（MAC）。

以IEEE802.11为例，其LLC子层负责无线链路差错控制、流量控制、将网络层的分组组帧以及重传等，而MAC子层负责节点对无线媒介访问的控制和帧的加解密操作等。

（3）网络层：

网络层负责分组的路由，建立网络服务类型以及在传输与链路层之间传输分组。

考虑到无线自网的动态性，网络层需要负责分组的重新路由和移动管理等。

无线自组网在网络层的一个重要问题是路由协议。

（4）传输层：

传输层负责提供端到端的可靠数据传输服务。

然而，由于无线链路的不稳定，传统的有线网传输层协议，在无线环境下性能下降明显，所以必须改进。

（5）应用层：

无线自组网的应用层指定的是各种各样类型的业务。

在实际实施的时候，可以采用各种各样的应用层协议和标准，比如WAP（无线应用协议）协议等。

1.5文章研究内容

1、查阅AdHoc路由协议文献，了解典型多路径路由协议工作原理，并了解其优缺点；

2、深刻理解AOMDV协议的实现过程和所需条件；

3、通过NS2仿真实现AOMDV协议；

1.6本文研究的应用

AdHoc网络的许多特点使它能应用于民用和军事等领域。

首先网络的自组性为网络快速部署提供了可能。

其次，网络多跳转发的特点可以在不降低网络覆盖范围的条件下减少每个终端的发射功率，从而为移动终端的小型化、低功耗提供了可能。

从无线信道共享的角度来看，AdHoc网络降低了信号冲突的概率，提高了信道利用率。

另外，网络的抗毁性、鲁棒性满足了某些特定应用的需求。

目前，AdHoc网络主要应用场合包括：

●军事应用

●紧急和突发场合

●偏远野外山区

●移动会议和临时场合

●个人通信和网络

●商业应用

第2章Ad-hoc网络的路由协议分类

由于Adhoc网络的无线多跳转发、移动、带宽以及能量受限等特点，如何设计良好的路由策略是建立AdHoc网络的关键问题。

目前MANETWG已经提出了许多协议草案，如DSR、AODV、ToRA、ZRP等。

此外，国内外研究人和机构也发表了许多关于AdHoc网络路由协议的学术论文，比如DSDV、WRP、QAODV、FSR、LANMAR、EAODV等。

这些路由协议根据路由建立的方和时间可以分为表驱动路由策略（TableDrive）和按需路由策略（OnDemand）两大类，如图2.1所示

图2.1Adhoc路由协议分类

2.1表驱动路由协议

表驱动路由协议的路由发现策略与传统的路由协议类似，各移动节点通过周期性地广播路由信息分组来交换路由信息、主动发现路由。

同时，节点必须维护到达网内所有节点的路由。

它的优点是当节点需要发送数据分组时可以快速得到准确的路由信息，所需要的延时小；

缺点是需要大量的控制分组来尽可能保证路由的更新能够即时反应当前拓扑结构的变化，花费开销较大；

而且，动态变化的拓扑结构可能使得这些路由更新变成过时的信息，路由协议将一直处于不收敛状态,不适合应用于无线网络。

在早期的自组网路由协议的研究中，主要思路是修改有线网络的路由协议用以适应在自组网环境中运行。

这些路由协议大部分属于表驱动路由协议。

下面将介绍几种典型的表驱动路由协议。

DSDV（DestinationDistanceSequenceVector）是一种基于BellmanFord算法的主动路由协议。

它被认为是最早的AdHoc网络路由协议。

DSDV是一种无环路矢量距离路由

AODV也是一种典型的按需路由协议。

AODV实质上就是DSR和DSDV的综合，它借用了DSR中路由发现和路由维护的基础程序