【正文】 種自主系統(tǒng)，如何在移動中建立和保持有效、可靠的通信路由成為Ad Hoc研究的熱點。6. 完成不低于5000漢字（20000英文印刷符）的教師指定的相關文獻的英譯漢翻譯。2. 完成開題報告。本科生畢業(yè)設計（論文）任務書學生姓名： 吳雪松 專業(yè)班級： 通信0604 指導教師： 周 寧 工作單位： 信息工程學院 設計（論文）題目：無線自組織網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議仿真研究設計（論文）主要內容：在深入研究AODV協(xié)議的基礎上，以家庭廚房智能家電Ad Hoc網(wǎng)絡為應用背景，建立網(wǎng)絡仿真模型，并在NS2網(wǎng)絡仿真平臺上設計針對AODV協(xié)議的相關仿真實驗。3. 深入了解Ad Hoc網(wǎng)絡的體系結構、分層情況以及幾種典型的路由協(xié)議，利用NS2軟件對AODV協(xié)議進行仿真，并分析仿真結果。7. 完成畢業(yè)設計周志。目前，一些研究機構提出了許多的路由算法，但是這些算法都各有優(yōu)缺點。PAN核心思想是用無線電或紅外線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線電纜，實現(xiàn)個人信息終端的智能化互聯(lián)，組建個人化的信息網(wǎng)絡。例如，用戶可以通過PDA查詢電腦中的信息以及控制音響設備，觀測室內溫度并調節(jié)空調，訪問Internet進行網(wǎng)上辦公和購物等。基本內容和技術方案基本內容：本課題的主要研究內容是Ad Hoc路由協(xié)議AODV及NS2仿真，以網(wǎng)絡的可靠性和實時性為研究目標，在家庭廚房Ad Hoc的特定場景下，對仿真場景進行建模，通過NS2軟件的仿真，根據(jù)RFC2501標準文檔中對無線自組織網(wǎng)絡的路由性能評估制定的評價標準，從中選取封包送達比例（Packet Delivery Fraction）、封包點到點平均延遲時間（Average endtoend Delay of Data Packets）、第一個封包收到的時間等參數(shù)進行性能評估，并與典型的表驅動路由協(xié)議DSDV的相關參數(shù)比較。進度安排第13周：查閱相關文獻資料，明確研究內容，了解研究所需理論和技術支持手段。第1415周：對論文進行系統(tǒng)審查和完善，完成論文終稿并按規(guī)范裝訂論文一式三份。進度安排應盡可能詳細。由于Ad Hoc網(wǎng)絡的拓撲動態(tài)性，使得常規(guī)路由協(xié)議在該環(huán)境下無法正常運行，本文在Ad Hoc網(wǎng)絡路由協(xié)議研究的基礎之上，采用AODV按需路由協(xié)議的方法，很好地解決了這一問題。 AODV。它們通常要基于預先架設的網(wǎng)絡基礎設施才能運行。Ad Hoc網(wǎng)絡有這動態(tài)拓撲網(wǎng)絡節(jié)點自組織性等特點。 Ad Hoc網(wǎng)絡國內外研究現(xiàn)狀90年代以來，移動Ad Hoc網(wǎng)絡的研究在世界范圍內方興未艾，已經(jīng)從無線通信領域中的一個小分支逐漸擴大到相對較獨立的領域。他們參與了美國海軍的Ad Hoc網(wǎng)絡研究項目，研究方向包括Ad Hoc網(wǎng)絡路由、網(wǎng)絡管理、擁塞控制、QoS等。比如：解放軍理工大學、清華大學、西安電子科技大學等。 本文所做的工作及組織結構本文以智能家居系統(tǒng)為Ad Hoc網(wǎng)絡的應用背景，以網(wǎng)絡的可靠性和實時性為研究目標，針對無線自組織網(wǎng)絡的AODV(Ad hoc OnDemand Distance Vector Routing)路由協(xié)議進行深入研究，在此基礎上，采用NS2軟件對AODV協(xié)議進行仿真，并與典型的表驅動路由協(xié)議DSDV(DestinationSequenced Distance Vector)進行性能對比，以仿真結果驗證了在智能家居系統(tǒng)這一應用背景下，按需路由協(xié)議AODV比表驅動路由協(xié)議DSDV更有優(yōu)勢。第四章為總結，總結了本文所作的工作。此外AODV另一個顯著的特點是它加入了組播路由協(xié)議擴展，并支持QoS(Quality of Service)。一旦RREQ到達了目的地或擁有一條通向目的節(jié)點足夠新的路徑的中間節(jié)點，則目的節(jié)點和中間節(jié)點通過建立的反向路徑單播一個RREP(Route Reply)給轉發(fā)給它RREQ拷貝的鄰近節(jié)點。同時，節(jié)點會監(jiān)視一個活動路由中下一跳節(jié)點的狀況，當發(fā)現(xiàn)有鏈路斷開的情況時，就發(fā)出路由錯誤RERR(Route Error)消息通知其他結點以修復路由。目的序列號標志顯示是否有效。當狀態(tài)標志是有效時，生存期是它的過期時間；當標志為已過期時，生存期是它的刪除時間。RREQ分組格式如下：表21 RREQ分組格式Type(8bit)JRGDUReserved(11bit)Hop Count(8bit)RREQ IDDestination IP AddressDestination Sequence NumberOriginator IP AddressOriginator Sequence Numberl Type：l；l J：參與標志；(1 bit，為多播保留)l R：修復標志；(1 bit，為多播保留)l G：免費RREP標志；指明中間節(jié)點是否將免費RREP發(fā)送至目的IP地址域中列出的節(jié)點；(1 bit)l D：只允許目的節(jié)點對RREQ做出回應的標志；(1 bit)l U：未知序列號；指出目的節(jié)點的序列號未知；(1 bit)l Reserved：保留位；發(fā)送時置0，接受時忽略；l Hop Count：從源節(jié)點IP地址到對該請求信息做出回應的節(jié)點之聞的跳數(shù)；l RREQ ID：每一個RREQ信息都具有唯一的ID，與源節(jié)點的IP地址配合使用來標志特定的RREQ信息；l Destination IP Address：目的節(jié)點IP地址；l Destination Sequence Number：目的節(jié)點序列號；l Originator IP Address：源節(jié)點口地址；l Originator Sequence Number：源節(jié)點序列號。RERR分組格式如下：表23 RERR分組格式Type(8bit)NReserved(15bit)DestCount(8bit)Unreachable Destination IP Address(1)Unreachable Destination Sequence Number(1)Additional Unreachable Destination IP Addresses(if needed)Additional Unreachable Destination Sequence Numbers(if needed)l Type： 3；l N：不刪除標志；當節(jié)點進行了連接的本地修復，逆向節(jié)點不應該刪除該條路由時設置；l Reserved：保留位；發(fā)送時置0，接受時忽略；l DestCount：在該RERR信息里包含的不能到達的目的節(jié)點的個數(shù)，至少為l；l Unreachable Destination IP Address：當連接斷開時不能到達的目的節(jié)點的m地址：如果多個目的節(jié)點不能到達則列在Additional Unreachable Destination IP Addresses域中；l Unreachable Destination Sequence Number：不能到達的目的IP地址域里列出的目的節(jié)點的序列號：如果多個目的節(jié)點不能到達則列在Additional Unreachable Destination Sequence Numbers域中。反向路由指從目的節(jié)點到源節(jié)點的路由，用于將路由響應報文回送至源節(jié)點，反向路由是源節(jié)點在廣播路由請求報文的過程中建立的，具體過程見下文介紹，如圖21所示。每個節(jié)點都有兩個獨立的計數(shù)器：“分組ID”和“源節(jié)點IP地址”，用于唯一標示一個路由請求，當源節(jié)點再次發(fā)起一個新的路由發(fā)現(xiàn)過程時，ID就加1，“源節(jié)點序列號”用于在廣播路由請求的過程中保證反向路由的有效性，該字段值為源節(jié)點維護的當前序列號值加1；目的節(jié)點序列號則說明了到目的節(jié)點的路由在被源節(jié)點接收前所必須有的新鮮度，如果路由表中沒有該序列號，則將目的序列號設為0。③接下來，在節(jié)點路由表中查找是否有一條通往源節(jié)點的反向路由：如果沒有，就利用RREQ中的“源節(jié)點D地址”和“源節(jié)點序列號”建立一條通往源節(jié)點的反向路由，這樣該節(jié)點在此后處理返回源節(jié)點的RREP時，就可直接使用該反向路由進行單播轉發(fā)。如果產生RREP的節(jié)點是目的節(jié)點本身，或當前節(jié)點的路由表中存在到達目的節(jié)點的有效路由，則生成一個RREP分組，并將RREQ的目的節(jié)點口地址和源節(jié)點序列號復制到RREP分組的相應區(qū)域。無償RREP的主要字段設置如下：“目的節(jié)點口地址”設為產生RREQ請求的節(jié)點的IP地址，“目的序列號”設為RREQ中的源節(jié)點序列號，“源節(jié)點口地址”設為RREQ中的目的節(jié)點IP地址，“跳數(shù)”設為該中間節(jié)點到源節(jié)點的跳數(shù)值，“生存時間”設為：中間節(jié)點所知的，通往RREQ發(fā)起者路由的剩余生存期。③接下來，若不存在一條指向目的節(jié)點的路由，則創(chuàng)建一條到達目的節(jié)點的正向路由。若當前節(jié)點是源節(jié)點，它就可立即使用該正向路由來進行數(shù)據(jù)包的發(fā)送。鏈路層反饋是當轉發(fā)數(shù)據(jù)報文時，如果在鏈路層收到下一跳節(jié)點路由信息里通告目的節(jié)點不可達的報文，即下一跳沒有通往目的節(jié)點的路由，則表明路由中斷，根據(jù)中斷節(jié)點離源節(jié)點和目的節(jié)點跳數(shù)的比較來選擇進行本地恢復或廣播RERR報文。當前節(jié)點把轉發(fā)失敗的數(shù)據(jù)報文插入報文緩存隊列中，并把使用到的那個路由表項置為REPAIR狀態(tài)，然后廣播RREQ報文，同時開啟一個本地恢復定時器，如果在定時器到期時，當前節(jié)點仍然沒有收到RREP報文，則會把使用的路由表項置為DOWN。AODV協(xié)議的流程圖可用圖23表示：圖23 AODV協(xié)議的流程圖 AODV路由建立和維持舉例如圖24所示，有8個編號由1到8的node，當source有TCP的資料要傳送時，AODV會將RREQ的信息廣播出去，中間的node第一次收到RREQ就會再加以廣播出去，并將RREQ的org IP填到routing table。圖25 收到RREP后各個node的routing table改變的情形當node3檢測到斷線，node3會判斷自己離destination的hop數(shù)是不是小于1/3的network diameter，此為AODV中的參數(shù)，會隨著網(wǎng)絡的大小而不同，如果小于1/3的network diameter則會啟動local repair的機制，會從node3將RREQ的信息廣播出去，并且把source傳來的packet buffer在node3，直到收到RREP，才把buffer的packet送出去。3 AODV路由協(xié)議仿真研究網(wǎng)絡仿真是進行網(wǎng)絡技術研究的一種基本手段。典型的用于Ad Hoc網(wǎng)絡研究的網(wǎng)絡仿真器主要有NS2[911]，OPNET，其中OPNET是商業(yè)軟件，價格昂貴，而NS2屬于免費開源軟件，被世界各國的網(wǎng)絡研究者廣泛使用，在國際學術上享有很高的聲譽。NS2采用C++和Otcl兩種語言共同工作[13]。NS2內核的層次結構如圖31所示。(4) Tclobjeet類：是所有仿真對象的基類。 NS2仿真環(huán)境的搭建VMware Workstation軟件允許操作系統(tǒng)和應用程序在一臺虛擬機內部運行。描述的是通過應用層觀察到的丟失率，又反映了網(wǎng)絡所支持的最大吞吐量。端到端延遲=接收到數(shù)據(jù)包的時間發(fā)送數(shù)據(jù)包的時間本文使用端到端的分組投遞率、端到端的延遲(delay) AODV協(xié)議的性能評價指標。另外，為避免修改節(jié)點傳輸距離，可將仿真場景大小、移動節(jié)點移動速率同時增大到適配NS2中默認節(jié)點傳輸距離，設定場景大小為500*400m，移動速率為5m/s，最終建立的仿真場景如圖32所示。網(wǎng)絡仿真的主要仿真參數(shù)如下：（1） 初始仿真參數(shù)set val(chan) Channel/WirelessChannel 。 MAC typeset val(ifq) Queue/DropTail/PriQueue 。 max packet in ifqset val(nn) 11 。 Y dimension of topographyset val(stop) 。圖33 端到端延時（）仿真場景2：總共有兩個CBR數(shù)據(jù)源，其中一個CBR數(shù)據(jù)源在5s15s和20s30s這兩個時間段來回移動，總共的仿真時間為100s，仿真得出的端到端時延結果如圖34。（2）如圖33及34，DSDV在前10到12秒的時間內幾乎都沒有數(shù)據(jù)包發(fā)送成功，第一個數(shù)據(jù)包送達時間相當晚，這主要是因為DSDV是表驅動式路由，路由更新機制采用的是先驗路由機制，在網(wǎng)絡建立的初期，如果有數(shù)據(jù)包需要發(fā)送，這時各個節(jié)點的路由表未必已經(jīng)建立好，所以DSDV路徑中不見得會有可用的路徑。由圖33及34可以看出，AODV路由協(xié)議在系統(tǒng)穩(wěn)定之后的延時波動相對于DSDV路由協(xié)議要小一些。AODV的分組投遞率不僅高，而且十分穩(wěn)定。綜合以上幾個場景的仿真結果，在第一個數(shù)據(jù)包成功送到時間上，AODV路由協(xié)議有很明顯的優(yōu)勢；在系統(tǒng)穩(wěn)定之后的端到端延時數(shù)值上，AODV路由協(xié)議也并沒有顯現(xiàn)出很大的劣勢，而且相對于DSDV路由協(xié)議來說，系統(tǒng)穩(wěn)定之后的端到端延時更加穩(wěn)定；在分組投遞率上面，AODV路由協(xié)議有很好的表現(xiàn)，DSDV路由協(xié)議卻出現(xiàn)了較大的丟包率，從而無法保證數(shù)據(jù)準確的被送達。根據(jù)上文的分析研究，針對智能家居系統(tǒng)這樣一個特點的應用環(huán)境，AODV路由協(xié)議比DSDV更適合家庭內部的Ad hoc網(wǎng)絡。此外，我還閱讀了一定量的通信專業(yè)文獻，在自學能力上面給了我很大的幫助，這對我以后的學習工作是一種很好的鍛煉。致 謝回首近四年的大學歲月里，武漢理工大學信息工程學院的老師們給了我難忘終生的教誨，這里的同學和朋友們給了我無盡的幫助，在此，我感謝這近四年來一直引導我成長的老師們和伴隨我成長的同學們。借此機會，我向老師表示最崇高的敬意和衷心的感謝。 channel typeset val(prop) P