【正文】 負(fù)責(zé)無線鏈路差錯控制、流量控制、將網(wǎng)絡(luò)層的分組組幀以及重傳 等，而 MAC 子層負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)對無線媒介訪問的控制和幀的加解密操作等?？紤]到無線自網(wǎng)的動態(tài)性，網(wǎng)絡(luò)層需要負(fù)責(zé)分組的重新路由和移動管理等。 （ 4）傳輸層：傳輸層負(fù)責(zé)提供端到端的可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。 （ 5）應(yīng)用層：無線自組網(wǎng)的應(yīng)用層指定的是各種各樣類型的業(yè)務(wù)。 文章研究內(nèi)容 查閱 Ad Hoc 路由協(xié)議文獻(xiàn)，了解典型多路徑路由協(xié)議工作原理，并了解其優(yōu)缺點(diǎn)； 深刻理解 AOMDV 協(xié)議的實現(xiàn)過程和所需條件； 通過 NS2 仿真實現(xiàn) AOMDV 協(xié)議； 電子科技大學(xué)成都學(xué)院課程設(shè)計論文 4 本文研究的 應(yīng)用 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的許多特點(diǎn)使它能應(yīng)用于民用和軍事等領(lǐng)域。其次，網(wǎng)絡(luò)多跳轉(zhuǎn)發(fā)的特點(diǎn)可以在不降低網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的條件下減少每個終端的發(fā)射功率，從而為移動終端的小型化、低功耗提供了可能。另外，網(wǎng)絡(luò)的抗毀性、魯棒性滿足了某些特定應(yīng)用的需求。目前 MANET WG 已經(jīng)提出了許多協(xié)議草案，如DSR、 AODV、 ToRA、 ZRP 等。這些路由協(xié)議根據(jù)路由建立的方和時間可以分為表驅(qū)動路由策略 (TableDrive)和按需路由策略 (OnDemand)兩大類，如圖 所示 圖 Ad hoc 路由協(xié)議分類 表驅(qū)動路由協(xié)議 表驅(qū)動路由協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)策略與傳統(tǒng)的路由協(xié)議類似，各移動節(jié)點(diǎn)通過周期性地廣播路由信 息分組來交換路由信息、主動發(fā)現(xiàn)路由。它的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)分組時可以快速得到準(zhǔn)確的路由信息，所需要的延時?。蝗秉c(diǎn)是需要大量的控制分組來盡可能保證路由的更新能夠即時反應(yīng)當(dāng)前拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，花費(fèi)開銷較大；而且，動態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能使得這些路由更新變成過時的信息，路由協(xié)議將一直處于不收斂狀態(tài) ,不適合應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)。這些路由協(xié)議大部分屬于表驅(qū)動路由協(xié)議。 Ad Hoc 路由協(xié)議 表驅(qū)動路由 按需路由協(xié)議 DSDV WRP DSR AODV TORA ZRP 電子科技大學(xué)成都學(xué)院課程設(shè)計論文 6 DSDV(Destination Distance Sequence Vector)是一種基于 Bellman Ford 算法的主動路由協(xié)議。 DSDV 是一種無環(huán)路矢量距離路由 AODV 也是一種典型的按需路由協(xié)議。 AODV 包括 3種基本的路由控制分組 :路由請求分組 (RREQ)、路由應(yīng)答分組 (RREP)、路由出錯分組 (RERR)。其中， RREQ 包含的主要信息有源節(jié)點(diǎn) IP 地址、源節(jié)點(diǎn)序列號、廣播 D、目的節(jié)點(diǎn)正地址、目的節(jié)點(diǎn)序列號和源節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前接收到 RREQ的節(jié)點(diǎn)的跳數(shù) :RREP包含的主要信息有源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)、目的節(jié)點(diǎn) IP 地址、目的節(jié)點(diǎn)序列號、源節(jié)點(diǎn) IP地址、路由生存時間 。 AODV 由路由建立 和路由維護(hù)兩個過程組成。 AODV 實質(zhì)上就是 DSR和 DSDV 的綜合，它借用了DSR 中路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)的基礎(chǔ)程序，及 DSDV 的逐跳 (H 叩一 byHoP)路由、順序編號和路由維護(hù)階段的周期更新機(jī)制，以 DSDV 為基礎(chǔ)，結(jié)合 DSR 中的按需路由思想并加以改進(jìn)。另外， AODV 還包括鄰節(jié)點(diǎn)探測分組 (HELLO)。 ,2j(如DSDV(DestinationSe． quencedDistanceVectorRouting)) 和按需主動路由協(xié)議168。被動路由跟傳統(tǒng) Intemet 網(wǎng)絡(luò)中的距離矢 量算法類似，都是通過節(jié)點(diǎn)周期性交換路由表來實現(xiàn)的，只需稍做修改便可用于AdHoc 移動網(wǎng)絡(luò)。 DSDV 協(xié)議 DSDV 協(xié)議是一種基于 BellmanFord 路由機(jī)制的，表馭動路由協(xié)議，是為移動 AdHoc 網(wǎng)絡(luò)制定的。每個節(jié)點(diǎn)都維護(hù)一張路由表，節(jié)點(diǎn)通過與目的節(jié)點(diǎn)相關(guān)的序列號 判斷路由的新舊，并依此避免路由環(huán)路的產(chǎn)生。 DSR協(xié)議動態(tài)資源路由協(xié)議 DSRl3是用于移動節(jié)點(diǎn)多跳無線 AdHoc網(wǎng)絡(luò)的簡單和有效的主動路由協(xié)議。 DSR 協(xié)議有兩個主要的機(jī)制路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)一起工作，以實現(xiàn) AdHoc 網(wǎng)絡(luò)中源路由的發(fā)現(xiàn)和維護(hù)。路由發(fā)現(xiàn)階段主要由路由請求和路由響應(yīng)兩個階段組成。具體包括 RREQ(Routerequest)分組．對各節(jié)點(diǎn)對 RREQ 分組的處理，對信宿的路由回答RREP(Routereply)。如果網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生改變比如說鏈路中斷導(dǎo)致 S 和 D 之間的路由無法再使用，此時啟動路由維護(hù)十 JL 制。此外還有“逐跳 MAC 不確認(rèn)”的網(wǎng)絡(luò)和利用“端到端確認(rèn)”的路由維護(hù)。 DSR 使用外部“源路由”，即當(dāng)要發(fā)一個數(shù)據(jù)包時，該數(shù)據(jù)包所需要經(jīng)過的所有節(jié)點(diǎn)序列均包含在該數(shù)據(jù)包的包頭中。 AODV 路由協(xié)議是由 DSDV 改進(jìn)得到的，與 DSDV 不同，它是按需路由協(xié)議。報文的方式。直接沿著路由請求的反向回到源節(jié)點(diǎn)。 單路徑評價及問題分析。但是這種簡單性從根本上限制了單路協(xié)議性能的提升空間。同時，在鏈路上以及在路由器處的擁塞，也是造成 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中較大延遲的主要原因。在最近 Ad Hoc 路由研究中，人們提出了多路徑路由方法來 解決上述問題。多路路由是指為任意一對節(jié)點(diǎn)同時提供多條可用的路徑，并允許節(jié)點(diǎn)主機(jī) [或應(yīng)用程序 )選擇如何使用這些路徑。多路路由網(wǎng)絡(luò)是其中的路由器執(zhí)行多路路由算法的網(wǎng)絡(luò)。因此近年來多路徑研究得到廣泛關(guān)注，主要分為 2 大 類 ： 多 路 徑 被 動 路 由 ( 如DSDVM(DestinationSequencedDistance． VectorRoutingMulti． path))和多路徑主動路由協(xié)議 (SMRJ7j， AOMDVJ)。 DSDVM 協(xié)議 DSDVM 是在 DSDV 基礎(chǔ)上擴(kuò)展的多路徑路由協(xié)議。所謂 Quasi 最短路徑是指該路徑中除第 1跳以外到目的節(jié)點(diǎn)距離最 短的路徑， Quasi 多路徑是指從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的一系列 Quasi 最短路徑集合。DSDVM 與 DSDV 不同之處在于內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和多路徑計算。 DSDVM 跟 DSDV 類似，都是通過周期性跟相鄰活動節(jié)點(diǎn)交換路由信息更新路由表，所不同的是內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每次路由更新都把新檢測到的相鄰節(jié)點(diǎn)按照一定的計算添加到 Quasi 冗余路徑。 DSDVM 通過判斷相鄰節(jié)點(diǎn) (非主路徑上的下跳地址 )是否在主路徑上，如果不是在主路徑上，將該地址添加到下跳地址的鏈接表中，否則丟棄，從而實現(xiàn)無環(huán)多路徑。 SRM是 DSR 協(xié)議的一個擴(kuò)展，其研究側(cè)重點(diǎn)是頻繁發(fā)生的路由發(fā)現(xiàn)所帶來的開銷 。由于替換路徑與主路徑是獨(dú)立路徑，當(dāng)主路徑失效時，數(shù)據(jù)傳輸不會被打斷，而是換用替換路徑來繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包，屬于按需多路徑路由協(xié)議。 SRM的路由發(fā)現(xiàn)過程和 DSR基本相似，不同的是，當(dāng)?shù)?1 個路由請求 RREQ包到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)后，目的節(jié)點(diǎn)除了向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由應(yīng)答 RREP 包外，還記錄下這條路徑作為主路徑。這樣既可以保證當(dāng)主路徑失效時，其他路徑還可以發(fā)包 (因為它 們和主路徑是相互獨(dú)立的 )，又避免了目的節(jié)點(diǎn)因發(fā)送路由應(yīng)答包過多而帶來不必要的網(wǎng)絡(luò)擁塞。當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)檢測到鏈路斷開后，利用替換路徑把數(shù)據(jù)包重新發(fā)送出去，并且向上游節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)發(fā)送 RRER，請求它們把包含該鏈路的路徑刪除；當(dāng)源節(jié)點(diǎn)收到RRER 后，使用以下兩種路由策略重新做 路由發(fā)現(xiàn)： 1)只要收到路徑斷開消息，就重新做路由發(fā)現(xiàn)，這樣可以獲取最新的網(wǎng)絡(luò)信息； 2)只有收到兩條 (或多條 )路徑都斷開的消息后，才重新做路由發(fā)現(xiàn)，這樣可以減少部分路由開銷。 AODVM 協(xié)議。對每個接收到的 RREQ 消息的拷貝，接收的中間節(jié)點(diǎn)將產(chǎn)生該 RREQ 消息的信源，該 RREQ 要去的信宿；把該 RREQ 的鄰居，以及其他的一些額外信息記錄傳輸?shù)皆?RREQ 表中，但不能直接向信源發(fā)送 RREP 消息。 AODVM 路由發(fā)現(xiàn)階段與 AODV 類似，當(dāng)信 宿從其某個鄰居處接收到第 1 個RREQ 包時，它便更新自己的序列號同時產(chǎn)生一個 RREP 消息。該 RREP 包沿傳輸過該 RREQ 拷貝的路徑反向發(fā)送到信源。同第 1 個 RREP 包一樣，這些 RREP 包也包含對應(yīng)的最后一跳節(jié)點(diǎn)的 ID(LasthopID)。 RREQ 表中對應(yīng)該鄰居的條目即被刪除。 路由維護(hù)。鄰居一旦接收到該 RDER消息，便將 RREP消息發(fā)送給另外的鄰居，以便在可能時將 RREP 消息傳輸至信源。 其他多路徑路由協(xié)議。 M— MPRE提供了基于網(wǎng)眼的多路徑尋徑和包發(fā)送。 多路徑協(xié)議應(yīng)用。如 TBP提出通過發(fā)送選票來并行探測多條較優(yōu)的路徑，并通過資源預(yù)留方式實 現(xiàn) QoS；提出在多項式復(fù)雜度內(nèi)找到多條鏈路不相交或者節(jié)點(diǎn)不相交路徑減少源消耗。 幾種典型的無線自組網(wǎng)路由協(xié)議 目的序列距離矢量路由協(xié)議 DSDV DSDV(DestinationSequenced DistanceVector)是基于經(jīng)典 BellmanFord 路由選擇過程的改進(jìn)型路由表算法。是無線自組網(wǎng)協(xié)議發(fā)展較早的一種。路由表表項包括目的節(jié)點(diǎn)、跳數(shù)和一個由目的節(jié)點(diǎn)注明的序列號，序列號能幫助節(jié)點(diǎn)區(qū)分有效和過期的路由信息，并可防止路由環(huán)路的發(fā)生。如果兩個更新分組有相同的序列號，則選擇跳數(shù)最小的，使路由最優(yōu)（最短）。路由表更新有兩種方式：一種是全部更新，即拔掉更新消息中將包括整個路由表，主要應(yīng)用于變化較快的情況；另一種是增量更新，更新消息中僅包含變化的路由部分， 通常適用于變化較慢的情況。源節(jié)點(diǎn)首先廣播一個攜帶目的節(jié)點(diǎn)信息的路由分組（ RREQ），其鄰居節(jié)點(diǎn)依次向周圍節(jié)點(diǎn)廣播此路由分組，廣播 RREQ 前會建立此節(jié)點(diǎn)到源節(jié)點(diǎn)的路由，直到路由分組到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)或者一個中間節(jié)點(diǎn)，這個節(jié)點(diǎn)包含目的節(jié)點(diǎn)的路由信息，就不再廣播 RREQ。然后該節(jié)點(diǎn)將沿著反向路由發(fā)回一個 RREP， RREP 到達(dá)源節(jié)點(diǎn)后路由發(fā)現(xiàn)過程結(jié)束。發(fā)現(xiàn)多條路由時，源節(jié)點(diǎn)會選擇一條SID 大、跳數(shù)少的最優(yōu)路由。只要路由是活動的，路由表就要一直維護(hù)下去。 動態(tài)源路由協(xié)議 DSR DSR(Dynamic Source Routing)是一種基于源路由的按需路由協(xié)議，它使用源路由算法而不是逐跳路由的方法。當(dāng)源節(jié)點(diǎn) S向目的節(jié)點(diǎn) D 發(fā)送數(shù)據(jù)時 ，它首先檢查緩存是否存在未過期的到目的節(jié)點(diǎn)的路由，如果存在，則直接使用可用的路由，否則啟動路由發(fā)現(xiàn)過程。當(dāng) RREQ 消息到達(dá)目的節(jié)點(diǎn) D 或任何一個到目的節(jié)點(diǎn)路由的中間節(jié)點(diǎn)時， D 或該中間節(jié)點(diǎn)將向 S 發(fā)送路由應(yīng)答消息（ RREP），該消息中將包含到 S 到 D 的路由信息，并反轉(zhuǎn) S 到 D 的路由供 RREP 消息使用。 臨時排序路由算法 TORA TORA(Temporally Ordered Routing Algorithm)協(xié)議稱為臨時排序路由算法，是一種源初始化按需路由選擇協(xié)議，它采用鏈路反轉(zhuǎn)的分布式算法，具有高度自適應(yīng)、高效率和較好的擴(kuò)充性，比較適合高度動態(tài)移動、多跳的無線網(wǎng)絡(luò)，其主要特點(diǎn)是控制報文定位在最靠近拓?fù)渥兓囊恍〔糠止?jié)點(diǎn)處，因此節(jié)點(diǎn)只保留鄰近點(diǎn)的路由信息。 TORA 協(xié)議包括 3 個基本模塊：路由的創(chuàng)建 、路由的維護(hù)和路由的刪除。這樣鏈路根據(jù)相鄰兩個節(jié)點(diǎn)的高度值來確定向上或向下的方向。在單位時間內(nèi)未收到的數(shù)據(jù)分組與發(fā)送的數(shù)據(jù)分組的比率就是丟包率，當(dāng)然這個數(shù)字越小越好。 丟包率 =發(fā)送分組數(shù)未接收到的分組數(shù) （ ） （ 2）端到端平均時延：指單位數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)所用的時間，時延越小，說明響應(yīng)越快，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量越令人滿意。 端到端平均時延 =數(shù)據(jù)包總數(shù) 所用時間源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包成功傳輸 （ ） （ 3） 路由開銷：單位數(shù)據(jù)包個數(shù)所引起的額外路由分組個數(shù)，包括 RREQ（ Route Request，路 由請求）、 RREP（ Route Reply，路由應(yīng)答）、 RRER（ Route Error，路由錯誤）等，該統(tǒng)計量反應(yīng)了路由協(xié)議的效率，計算公式見式（ ）。 電子科技大學(xué)成都學(xué)院課程設(shè)計論文 14 第 3 章 網(wǎng)絡(luò)模擬器 NS2 NS2 簡介 NS2（ Network Simulator Version2）是一款開放源代碼的網(wǎng)絡(luò)模擬軟件，最初由加州大學(xué)伯克分校（ UC Berkeley）開發(fā)。它為模擬研究有線和無線網(wǎng)絡(luò)上的 TCP/IP、路由和多播等協(xié)議提供了強(qiáng)有力的支持。正因為如此，世 界各地的研究人員每天都在擴(kuò)展和更新它的功能，為其添加了新的協(xié)議和功能。 NS2 來源于 1989 年的 Real NetWork Simulator 項目，經(jīng)過多年的發(fā)展，于 1995 年得到 Xerox 公司的支持，加入 VINT 項目。 NS2 是一款面向?qū)ο蟮摹㈦x散事件驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)模擬器，可以完整地模擬整個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。 NS2 使用了被稱為分裂對象模型的開發(fā)機(jī)制。它們之間采用 TclCL 進(jìn)行自動連接和映射。為了減少分組和事件的處理時間，事件調(diào)度器和數(shù)據(jù)通道上的基本網(wǎng)絡(luò)組件對象都使用 C++編寫，這些對象通過 TclCL 映射對 OTcl 解釋器可見。事件調(diào)度器控制模擬進(jìn)程，在適當(dāng)時間激活事件隊列中的當(dāng)前事件，并執(zhí)行該事件。 NS2 采用這種分裂模型既提高了模擬效率，加快了模擬速度，又 增強(qiáng)了模擬配置的靈活性和操作的簡便性。另外， NS2也可以在 Windows 平臺上運(yùn)行。 第 3章 網(wǎng)絡(luò)模擬器 NS2 15 表 不同平臺對 NS2 的支持情況