【文章內(nèi)容簡介】 、節(jié)點移動等因素會造成報文丟失和沖突，將會嚴(yán)重影響 TCP 的性能，所以要對傳輸層進行改造，以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰? 5)節(jié)能 問題 Ad Hoc 終端一般采用電池供電。為了電池的使用壽命，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計中，要考慮盡量節(jié)約電池能量。 6)網(wǎng)絡(luò)管理 Ad Hoc 的自組織網(wǎng)方式對網(wǎng)絡(luò)管理提出了新的要求，不僅要對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和用戶進行管理，還要有相應(yīng)的機制解決移動性管理、服務(wù)管理、節(jié)點定位和地址配置等特殊問題、 7)服務(wù)質(zhì)量保證 長沙學(xué)院 畢業(yè) 論文 7 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)初期主要用于傳輸少量的數(shù)據(jù)信息。隨著應(yīng)用的不斷擴展，需要在 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中傳輸多媒體信息。多媒體信息對帶寬、時延、時延抖動等都提出了很高的要求。這就需要提供一定的服務(wù)質(zhì)量保證。 8)安全性 無線 Ad Hoc 網(wǎng)不依賴與任何固定設(shè)施，而是通過移動節(jié)點間的相互協(xié)作保持網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全策略如加密、認(rèn)證、訪問、控制、權(quán)限管理和防火墻等都是建立在網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有資源如專門的路由器、專門的密鑰管理中心和分布共用密鑰的目錄服務(wù)機構(gòu)等的基礎(chǔ)上，而這些都是 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)所不具備的。 9)網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù) Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點要訪問互聯(lián)網(wǎng)或和另一個 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點通信，這樣就產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)問題。 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)通常以一個末端網(wǎng)絡(luò)的方式通過網(wǎng)管連接到互聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)關(guān)通常是無線移動路由器。 Ad Hoc 的應(yīng)用場合 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的許多優(yōu)良性能為它在民用和軍用通信領(lǐng)域占據(jù)一席之地提供了有利的保證。首先，網(wǎng)絡(luò)的自組織特性提供了廉價并且快速部署網(wǎng)絡(luò)的可能。其次，多跳和中間節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)特性可以在不降低網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的條件下減小每個終端的發(fā)射功率，從而降低天線和相關(guān)發(fā)射 /接收的設(shè)計難度和成本，為移動終端小型化、低功耗提供了可能。從共享無線信道的角度來看， Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)降低了信號沖突的概率，提高了信道利用率。從用戶角度來看，低功耗的無線電波產(chǎn)生的電磁輻射較少，對人體的影響比較小。低功耗的無線電波也減少了被截獲和 監(jiān)聽的概率。 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用可以歸納為以下幾類。 (1)軍事通信：軍事應(yīng)用是 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的主要領(lǐng)域，從 Ad Hoc 發(fā)展歷程來看，如無軍事利用，則不會有今天的 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)。 (2)傳感器網(wǎng)絡(luò)：傳感器網(wǎng)絡(luò)是 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的另一個大領(lǐng)域。因為考慮到體積和節(jié)能等因素，傳感器的發(fā)射功率不可能很大，使用 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多跳通信是非常實用的解決方法。 (3)緊急場合：在發(fā)生了地震、火災(zāi)、水災(zāi)等災(zāi)害之后，固定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施可能全部毀壞或不能使用，這時需要 Ad Hoc 這種不依賴固定網(wǎng)絡(luò)設(shè)施又能快 速布設(shè)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 (4)偏遠(yuǎn)野外：在處于偏遠(yuǎn)或野外地區(qū)時，無法依賴固定或預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進行通信。Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有單獨組網(wǎng)能力和自組織特點，時這種場合通信的最佳選擇。 (5)臨時場合： Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)快速、簡單組網(wǎng)能力使得它可以用于臨時通信場合。比如會議、慶典、展覽等場合。 長沙學(xué)院 畢業(yè) 論文 8 (6)商業(yè)應(yīng)用：組建家庭無線網(wǎng)絡(luò)、開展移動和可攜帶計算等等。 本論文主要進行的工作和組織結(jié)構(gòu) 本論文主要進行的工作 本論文基于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模 (網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù) )，設(shè)計了幾個不同的網(wǎng)絡(luò)模型。模擬并揭露了在不同規(guī)模的場景中， 采用不同的路由協(xié)議，無線節(jié)點之間收發(fā)數(shù)據(jù)包時的情況。所測算的性能包括：平均端到端延時，分組投遞比，路由開銷，平均跳數(shù)。 對結(jié)果數(shù)據(jù)進行分析，從而比較 DSDV,AODV,DSR 三種路由協(xié)議的優(yōu)缺點，提供了在具體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中選擇哪種路由協(xié)議提供了策略。 本論文的組織結(jié)構(gòu) 論文第一章緒論部分首先簡單介紹了 AdHoc 網(wǎng)絡(luò)的背景和現(xiàn)狀 ，并分析了無線AdHoc 路由協(xié)議 的研究 的現(xiàn)實意義。然后 系統(tǒng)的介紹了 介紹了 AdHoc 網(wǎng)絡(luò) 兩種 結(jié)構(gòu)，以及當(dāng)前的應(yīng)用范圍。 第二章 詳細(xì) 介紹了目前存在的 比較成熟的三種 主要路由協(xié)議 ： DSDV、 DSR、 AODV的主要工作原理，以及評價 該協(xié)議性能 的 一個 標(biāo)準(zhǔn) 方法 。 第三章開頭介紹了本次論文所采用的仿真工具 。設(shè)計了仿真環(huán)境模型，流量模型 等。最后 采用 gawk 腳本分析了實驗產(chǎn)生的結(jié)果數(shù)據(jù) ， 用自己的觀點比較了三種路由協(xié)議的優(yōu)缺點和使用場景 。 長沙學(xué)院 畢業(yè) 論文 9 第 2 章 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò) 路由協(xié)議 的概述 Ad Hoc 無線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議分類 在 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點的移動以及無線信道的衰耗、干擾等原因造成了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的頻繁變化，同時考慮到單向信道問題以及無線傳輸信道較窄等因 素，在 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中，其路由問題與固定網(wǎng)絡(luò)相比要復(fù)雜的多。 針對 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的這些特點，要求路由協(xié)議必須采用分布式操作，能夠盡量支持單向鏈路，同時應(yīng)避免路由環(huán)路現(xiàn)象?？紤]到無線節(jié)點的特點，路由協(xié)議還應(yīng)盡量簡單，能夠支持節(jié)點的 “休眠 ”操作以節(jié)省電源，能夠提供安全性保護機制。 自 20 世紀(jì) 70 年代美軍 DARPA 資助研究的分組無線網(wǎng)項目開展以來，國內(nèi)外的許多研究人員從不同的角度提出了一系列的 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。這些路由協(xié)議必須處理好 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的典型局限，包括能量消損、低帶寬、高誤碼等。根據(jù)發(fā)現(xiàn)路 由的驅(qū)動模式的不同，以將這些路由協(xié)議分為表驅(qū)動路由協(xié)議 (Table Driven Protocols)和按需路由協(xié)議 (SourceInitiated OnDemand Protocols)，如圖 所示。 按照圖示可 將路由協(xié)議按其算法的驅(qū)動方式大致可分為 3 大類： 1)路由表驅(qū)動路由 (Table Driven Protocols)，又稱主動式 (Proactive Protocols)路由，主要通過節(jié)點間周期性的交換路由信息來獲 得所要到達節(jié)點的路徑，主要路由算法有DSDV(Highly Dynamic DestinationSequenced DistaceVector Routing)， CGSR(Clusterhead Gateway Switch Routing)和 WRP(TheWireless Routing Protocols)等； 2)按需路由 (Ondemand Driven Protocols)，又稱源節(jié)點觸發(fā)路由，反應(yīng)式 (Reactive 圖 路由協(xié)議分類圖 LMR ABR TORA SSR AODV DSR Adhoc 網(wǎng)絡(luò) 路由協(xié)議 基于表驅(qū)動的路由協(xié)議 基于按需路由協(xié)議 DSDV WRP CGSR 長沙學(xué)院 畢業(yè) 論文 10 Protocols) 路由，在需要某條路由信息時才由源節(jié)點發(fā)出路由請求。主 要包括DSR(Dynamic Source Routing)和 TOAR(Temporally Ordered Routing Alogrithm)等； 3)混合 (Hybrid Protocols)型，由上面兩種混合而成，典型的協(xié)議是 AODV(Ad Hoc Ondemand Distance Vector Routing)協(xié)議。 三種典型的 Ad Hoc 協(xié)議 DSDV(DestinationSequenced DistanceVector Routing)協(xié)議 DSDV 是一種基于 BellmanFord 路由算法的主動路由協(xié)議，它的最大優(yōu)點就是解決了傳統(tǒng)距離矢量路由協(xié)議中的無窮環(huán)路問題。 在 DSDV 路由協(xié)議中，每個節(jié)點都維護一張路由表，該路由表表項包括目的節(jié)點、跳數(shù)、下一跳節(jié)點和目的節(jié)點序號。其中目的節(jié)點序號由目的節(jié)點分配，主要用于判斷路由是否過時，并可防止路由環(huán)路的產(chǎn)生。 每個節(jié)點必須周期性地與鄰節(jié)點交換路由信息，當(dāng)然也可以根據(jù)路由表的改變來觸發(fā)路由更新。路由表更新方式有兩種方式：一種是全部更新 (Fulldump)，即拓?fù)涓孪⒅袑ㄕ麄€路由表，主要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)變化較快的情況；另一種是部分 更新(Incrementalupdate)，更新消息中僅包含變化的路由部分，通常適用于網(wǎng)絡(luò)變化較慢的情況。在 DSDV 中只使用序號最高的路由，如果兩個路由具有相同的序列號，那么將選擇最優(yōu)的路由 (如跳數(shù)最短 )。 DSDV 只能在給定的原節(jié)點和目的節(jié)點之間提供單條路徑，協(xié)議需要選擇以下參數(shù)：定時更新的周期、最大 “沉淀時間 ”和路由失效間隔時間。雖然這些參數(shù)對網(wǎng)絡(luò)的影響難以衡量，因為其本質(zhì)是要在路由的有效性和網(wǎng)絡(luò)通信開銷之間進行折中平衡。 DSDV 路由協(xié)議中，節(jié)點維護著整個網(wǎng)絡(luò)的路由信息，這樣在有數(shù)據(jù)報文需要發(fā)送時，可 以立即進行傳送，因而適用于一些對實時性要求較高的業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。但是在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻繁的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中， DSDV 可能存在一些問題，一是節(jié)點維護準(zhǔn)確路由信息的代價高，要頻繁的交換拓?fù)涓滦畔?；二是有的時候可能剛得到的路由信息隨機又失效了。因此， DSDV 主要用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不是很大，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓鄬Σ皇呛茴l繁的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。 AODV(Ad Hoc OnDemand Distance Vector Protocols)協(xié)議 AODV 是基于距離矢量的算法。所不同的是， AODV 和像 DSDV 一樣的前攝協(xié) 議不同，他是反向的。 AODV 只保持需要的路由，而不需要節(jié)點維持通信過程中未激活的目的節(jié)點的路由。當(dāng)節(jié)點 S 需要到某個節(jié)點 D 的路由時，他就廣播一個路由請求消 長沙學(xué)院 畢業(yè) 論文 11 息給他的鄰節(jié)點，其中還包含了那個目的節(jié)點的最終所知道的序列號。路由請求消息以一種控制的方式在網(wǎng)絡(luò)中進行泛洪直到他到達了一個節(jié)點，并且這個節(jié)點知道到目的節(jié)點的路由。每一個轉(zhuǎn)發(fā)路由請求的節(jié)點就為自身創(chuàng)建一條到節(jié)點 S 的反向路由 [11]。 當(dāng)路由請求分組到達有路由到節(jié)點 D 的節(jié)點時，這個節(jié)點就產(chǎn)生一個包含到達節(jié)點 D 所必需的跳數(shù)和此節(jié)點最近所知道的節(jié)點 D 的 路由應(yīng)答分組的序列號。每一個參與轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)答分組給產(chǎn)生路由請求原始節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點都建立一條到節(jié)點 D 的轉(zhuǎn)發(fā)路由。從節(jié)點 S 到節(jié)點 D 路由上的每個節(jié)點的鏈路狀態(tài)是逐跳狀態(tài)。也就是說，每一個節(jié)點僅僅是記住下一跳而不是像源節(jié)點路由那樣記住整個路由。除此之外， AODV 為了維護路由還周期性地發(fā)送 Hello 分組。 路由發(fā)現(xiàn)過程 AODV 協(xié)議采用與 DSR 協(xié)議類似的廣播式路由發(fā)現(xiàn)機制。與 DSR 協(xié)議相比， AODV 的路由依賴于中間節(jié)點建立和維護的動態(tài)路由表。 AODV 的路由發(fā)現(xiàn)過程由反 向 路由的建立和前向路由的建立兩 部分組成。 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(yīng)報文送至源節(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起來的，具體過程如圖 (a)所示。 前向路由指從源節(jié)點到目的節(jié)點方向的路由，用于以后數(shù)據(jù)報文的傳送。前向路由是在節(jié)點回送路由響應(yīng)報文的過程中建立起來的，如圖 (b) AODV 的路由發(fā)現(xiàn)過程如下： 1)源節(jié)點首先發(fā)起路由請求過程，在發(fā)起的路由請求報文中攜帶以下信息字段： 源地址，源序列號，廣播 ID，目 的地址，目的序列號，跳數(shù)計數(shù)器 。 2)中間節(jié)點在收到路由請求報文時，比較本節(jié)點和目的節(jié)點的地址， A、如果自己是目的節(jié)點，則回復(fù)路由響應(yīng)報文。否則轉(zhuǎn)向步驟 B； D S S\S D 反向路由 反向路由 前向 路由 (a)反向 路由的建立 (b)前向路由的建立 圖 AODV路由建立過程 長沙學(xué)院 畢業(yè) 論文 12 B、根據(jù) 源地址，廣播 ID判斷是否收到過該信息請求消息，如果收到過則丟棄該請求信息，否則轉(zhuǎn)向 C； C、記錄相應(yīng)的信息，以形成反向路由。同時跳數(shù)計數(shù)器加 1，向鄰節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)該路由請求報文。 與 DSDV 協(xié)議相比，在 AODV 協(xié)議中也引入了序列號，包括源序列號和目的序列號。不同的是 AODV 中，這些序列號是單調(diào)遞增的。 路由表的管理及維護 AODV 路由協(xié)議中的路由表主要包括目的節(jié)點、下一跳節(jié)點、距離目的節(jié)點的跳數(shù)、目的節(jié)點序列號、本路由的活躍鄰及誒但和本路由的超時等信息。 同時，在 AODV 協(xié)議中，節(jié)點還存儲一些與路由表相關(guān)的信息。如下： 1)路由請求超時定時器：和反向路由相關(guān)的定時器，當(dāng)定時器超時后，節(jié)點仍然未收到路由響應(yīng)報文時，節(jié)點則認(rèn)為該反向路由無效，刪除該反向路由。 2)活躍超時時長：和前向路由相關(guān)的時長。當(dāng)超過活躍時長時間后，節(jié)點仍無數(shù)據(jù)利用該路由發(fā)送報文時，刪除該路由。 節(jié)點的移動可能會造成現(xiàn)有路由的失效，根據(jù)節(jié)點的不同， AODV 路由協(xié) 議的處理方法不同。 當(dāng)源節(jié)點移動而造成路由失效時，此時只能由源節(jié)點再次發(fā)起路由請求過程。 當(dāng)由于中間節(jié)點或目的節(jié)點移動而造成路由失效時，檢測到路由斷連帶節(jié)點主動向其上游節(jié)點發(fā)送路由響應(yīng)報文，該報文中將至目的節(jié)點的跳數(shù)置為無窮大，同時將目的節(jié)點的序列號加 ，會及時更新本地相關(guān)路由。 DSR(Dynamic Source