ad-hoc网络AODV路由协议算法设计.docx

ad-hoc网络AODV路由协议算法设计.docx

《ad-hoc网络AODV路由协议算法设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ad-hoc网络AODV路由协议算法设计.docx（53页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

西南科技大学本科生毕业论文V

西南科技大学

毕业设计（论文）

题目名称：

ad-hoc网络AODV路由协议算法设计

年级：

2003级□本科□专科

学生学号：

20035233

学生姓名：

虞静指导教师：

江虹

学生单位：

信息工程学院技术职称：

副教授

学生专业：

通信专业教师单位：

信息工程学院

西南科技大学教务处制

ad-hoc网络AODV路由协议算法设计

摘要：

Ad-hoc无线自组织网络技术是近来出现的不同于传统网络的一种新技术,受到国内外的广泛关注，其路由技术是无线自组网的一个重要研究领域。

为适应不同的应用场合，已出现了诸如AODV等针对性较强的路由协议。

本文根据AODV路由协议的规范，设计和实现了相应的原理性算法，利用RREQ,RREP和RERR等协议帧进行路由查找和维护.并通过HELLO包维持链路的联接。

同时，为提高处理效率，该原理性算法使用Linux操作系统用户态与内核态实现相应的路由表管理，并使用钩子函数对网络中不同主机产生的包进行处理。

在PC104操作平台上进行的大量实验验证了该原理性算法的可行性，证明其达到了相应的设计目标。

论文最后简述了AODV路由协议的研究方向，并对以后的研究作出了展望。

关键字：

AODV；无线自组网；路由；Linux

AODVRoutingProtocolAlgorithmDesignofAd-HocWirelessNetwork

Abstract：

Ad-Hocwirelessnetworkisanewnetworktechnology,whichhasreceivedgreatconsideration,beingdifferentfromthetraditionalones.Routingisaveryimportantresearchfieldinwirelessself-organizingnetwork.Inordertoadaptvariousoccasions,thereappearsmanyspecificroutingprotocolssuchasAODV（AdhocOn-DemandDistanceVector）.

AccordingtotheAODVRouteprotocolspecification,thisthesisdesignsandrealizesthecorrespondingimplementationofprinciplealgorithm.ThedesignusesRREQ,RREPandRERRframestodiscoverandmaintainrouting,andkeepsthelinkconnectivitybyusingtheHELLOpackets.Meanwhile,inordertoimprovetheefficiency,theprinciplealgorithmmanagesroutingtablewithkernelandusermodeinLinuxoperatingsystem,anddealswithpacketsfromdifferenthostsbyhookfunctions.Greatmanyexperimentsbasedonpc104platformprovedthattheprinciplealgorithmisfeasible,andthedesigngoalisachieved.Finally,thethesisshowssomesuggestionsandfurtherresearchdirections.

Keywords：

AODV,WirelessSelf-OrganizingNetwork,Route,Linux

目录

第1章绪论 1

1.1课题背景、目的及意义 1

1.1.1课题的背景 1

1.1.2课题的目的及意义 1

第2章AODV路由协议算法原理 2

2.1AODV路由协议概述 2

2.2AODV路由协议使用的专业术语 4

2.3帧的格式 4

2.3.1RREQ协议帧的格式 4

2.3.2RREP协议帧的格式 5

2.3.3RERR协议帧的格式 5

2.4AODV的操作 6

2.4.1序列号的维护 6

2.4.2路由表项和先驱表 6

2.4.3产生路由请求 7

2.4.4处理和转发路由请求 7

2.4.5产生路由应答 8

2.4.6接收和转发路由应答 8

2.4.7HELLO协议帧 8

2.4.8RERR协议帧，路由过期和路由删除 9

2.4.9接口信息 9

第3章LINUX操作系统的网络功能 10

3.1Linux操作系统的总体介绍 10

3.2Linux操作系统网络功能的实现 10

3.3Linux操作系统路由转发功能的实现 11

第4章AODV路由协议的实现 13

4.1AODV路由协议实现的框架结构 13

4.2AODV协议实现的难点及其解决方法 15

4.2.1记录每条路由的最后使用时间 15

4.2.2用户空间和内核空间的信息交互实现 16

4.2.3对内核路由表的操作 17

4.3参数的设置 17

4.4路由协议中的主要流程 18

4.4.1主程序工作流程 18

4.4.2RREQ帧的接收处理流程 20

4.4.3HELLO帧的接收处理流程 21

4.4.4RREP帧的接收处理流程 23

4.4.5RERR帧的接收处理流程 24

4.4.6生成RREQ帧的函数流程 27

4.4.7生成RREP帧的函数流程 28

4.4.8生成RERR帧的函数流程 29

第5章AODV路由协议的实验研究 31

5.1测试环境 31

5.2 性能指标测试 31

5.2.1路由查找时间及时延数据分析 32

5.2.2ftp传输速率数据分析 33

5.2.3AODV背景流量数据分析 35

总结 37

致谢 38

参考文献 39

附录 41

西南科技大学本科生毕业论文

第1章绪论

1.1课题背景、目的及意义

1.1.1课题的背景

自七十年代世界上第一个分组无线网络ALOH在美国夏威夷大学研制成功之后，分组网就受到了军方的高度重视。

国内从八十年代起开始关注无线网的研究，经过二十年来的努力，已经取得了很多进步和成果。

而近几年，由于军用和民用需求的增加，大大促进了无线自组网络的研究。

无线自组网现在广泛用于自然灾害抢险，科学考察，以及战场等通信场合。

在任何时刻，任何地点，不需要现有信息基础网络设施的支持就能快速构建起一个移动通信网络。

无线ad-hoc网络的商业应用发展越来越快，应用范围越来越广。

但是，目前无线自组网还缺乏很成熟的商业产品，它还面临着许多问题需要加以解决，比如对路由算法低功耗性能的要求、对QoS的支持、采用方位辅助路由方式等。

由于受到手持设备电源供给的限制，路由算法的低能耗性能就显得尤为重要。

在对路由算法的解决方案中，有的对硬件的要求比较高，并不能发挥很好的市场优势，这给实际应用带来了不便，于此同时如何在移动中保持连接成为无线自组网的一个重要研究方向[1]。

因此现阶段有许多科研机构对无线路由进行研究，当今已经提出许多路由算法，各个路由算法有各自的优缺点，适合于不同场合。

其中，AODV路由技术发展尤为迅速，目前已经形成了rfc3561协议草案[2]。

1.1.2课题的目的及意义

无线自组网ad-hoc有灵活、机动组网、迅速适应能力强的特点可应用于野外工作环境，在有限的地域内提供适应机动条件的移动通信装备以满足特殊需求。

如：

国防战备、灾难救助、偏远地区等无法得到有线网络支持、或者某些只是临时需要的通信环境。

考虑到Ad-Hoc网络具有很多优良特性，因此它的应用领域需要进一步去挖掘。

比如：

Ad-Hoc网络可以用来扩展现有蜂窝移动通信系统的覆盖范围，实现地铁和隧道等场合的无线覆盖，实现汽车和飞机等交通工具之间的通信，用于辅助教学和构建未来的移动无线城域网和自组织广域网等[3]。

第2章AODV路由协议算法原理

2.1AODV路由协议概述

AODV路由协议是为ad-hoc网络节点设计的，它提供对动态链路状况的快速自适应，处理开销和存储开销低，网络利用率低（路由开销低）确定到达Ad-Hoc网络内的目的节点的单目标传输路由。

AODV路由协议明显的特征是每个路由条目均使用一个目的节点序列号。

使用目的节点序列号能够确保路由是开环的。

在选择路由时，要求路由请求节点选择序列号较大的那条路由。

AODV路由协议定义了三种控制消息[4]：

路由请求（RouteRequest,RREQ）、路由应答（RouteReply,RREP）、路由错误（RouteErr,RERR）。

对于广播消息并不是盲目发送，而是使用IP有限广播地址（255.255.255.255），广播帧通过使用IP头部的TTL域来限定广播帧的传播范围。

AODV协议是按需路由协议，即当节点接收或者发送业务包时，才会进行路由查找和建立。

在没有接收到数据时主要用HELLO消息来保持相邻节点的链接和系统维护，当收到业务包数据时，在没有路由的情况下，协议将会发起RREQ、RREP等控制消息来建立路由。

只要两个通信连接的节点有相互到达的有效路由，则AODV路由协议不起作用。

当一个节点需要一条路由达到一个新目的节点时，该节点广播一条RREQ控制消息来寻找一条到达目的节点的反向路由，通过给该RREQ控制消息，源节点回送一条单目标RREP控制消息来确定正向路由。

如图2-1中图a所示，当源节点A没有到目的节点G的有效路由时，便启动查找路由过程。

源节点A广播一个路由请求（RREQ），其中包含源节点地址、源节点序列号、目的节点地址、目的节点序列号和跳数等参数。

中间节点收到B、C、D、E、F和J收到RREQ时，建立或更新到源节点A的反向路由，若中间节点回发路由应答消息（RREP），并且RREQ帧没有设置D标志，则向上一跳节点回发应答消息（RREP），其中包含源节点地址、目的节点地址、目的节点序列号、跳数和生存时间参数，并经若干中间节点到达源节点A.。

否则继续广播RREQ消息，一直到目的节G收到RREQ后，向源节点A回发RREP。

如图2-1中图b所示，经过若干中间节点转发后到源节点，确认路由建立。

其中RREQ沿多条路径传播，但RREP只沿最先到达的路径（A、B和G）传回源节点，即选择时间度量最短的路由[5]。

路由表项建立以后，路由中的每个节点都要执行路由维护、路由表管理。

在维护路由表的过程中，当路由不再被使用时，节点就会从路由表中删除相应项。

同时，节点会通过HELLO消息来监视一个活动路由下一跳节点的状况，当发现有链路断开时，就用RERR控制消息来通知其他节点以及修复路由。

每个节点都保留了一个“先驱列表（PrecursorList）”来帮助完成错误报告。