Adhoc網(wǎng)絡(luò)AODV及OLSR路由協(xié)議研究_祝思路

1、報(bào) 1-1-1k a.作早湃浪斗昌合算11素紛殺不500250102015 沼留嶸 韌律瓤汪 ?d-.訣探wj潭繆苯目dq poo囚得vodn登orzb嶸甲扮獄班翠今，) z了決燕一、慢奪些、荃殊、價(jià)w dz工e匕di22e匕上d土i o i/1蜒干奈毋爆苯nhin仁“21上人okerecinohic zci的ce甘wd iechhoroe人ol chihv軍兮k4 if v-我，狂i:狂姻國(guó)饞+探許紊擇ndc;即秦音。t d日ns圖丫橄珊攀曹 v丁濃秦體堪士畝體%ll日im審士封拜丫素得苯籍革日湘萬(wàn)00牙牙搖不懸狠日湘5008e巾惶票不*體泌rl1啞干殺那權(quán)蟀卿悍戶悍，6當(dāng)潭(aril* i

2、riin.畝y-lv-r*萬(wàn)那講)東呂合杯幾塵4 v蓀浴(枯某汗權(quán))把im(翻公當(dāng)!rsl1翻權(quán))yq poc囚汾voda姿oi2is嶸甲沙獄班輩素體絡(luò)了ndc仃:1許秦合 i摘要 無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)是以 ad hoc 技術(shù)為基礎(chǔ)的互聯(lián)的無(wú)線電臺(tái)、計(jì)算機(jī)硬件和軟件的集合，主要用于滿足應(yīng)急通信和軍用移動(dòng)通信需求。因此，滿足無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)要求的路由協(xié)議的目標(biāo)是快速、準(zhǔn)確、高效、可擴(kuò)展性好。 基于無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在源發(fā)起按需路由協(xié)議中選用 aodv 路由協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，分析研究 aodv 協(xié)議本地修復(fù)算法的特點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，形成了改進(jìn)的 aodv 路由協(xié)議本地修復(fù)算法；同時(shí)，針對(duì)

3、 aodv 路由協(xié)議的泛洪尋路過(guò)程，提出了一種基于跨層設(shè)計(jì)思想的泛洪優(yōu)化策略，對(duì) aodv 協(xié)議rreq 報(bào)文的泛洪進(jìn)行控制。 在表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議中選用olsr路由協(xié)議作為路由協(xié)議，建立了分級(jí)的ad hoc網(wǎng)絡(luò)，完成了整個(gè)協(xié)議在 opnet 仿真系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)、代碼編寫、調(diào)試的工作。并且完成了 olsr 路由協(xié)議在分級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的分級(jí)通信設(shè)計(jì)、與 ipv6 模塊的協(xié)作等工作。 本文采用 opnet 系統(tǒng)仿真工具搭建了無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)的仿真平臺(tái)，通過(guò)仿真比較不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的 aodv 路由協(xié)議本地修復(fù)算法的網(wǎng)絡(luò)性能和改進(jìn)后的aodv 路由協(xié)議本地修復(fù)算法的網(wǎng)絡(luò)性能，驗(yàn)證了改進(jìn)算法的可行性；通過(guò)仿真比較原

4、始 aodv 路由協(xié)議的尋路過(guò)程的性能和基于跨層設(shè)計(jì)思想的泛洪優(yōu)化之后的尋路過(guò)程的性能，驗(yàn)證了改進(jìn)算法的有效性；通過(guò)仿真驗(yàn)證了所編寫的 olsr路由協(xié)議仿真模塊在分級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的正確運(yùn)行。 關(guān)鍵詞：ad hoc 網(wǎng)絡(luò)，aodv 路由協(xié)議，路由本地修復(fù)，泛洪機(jī)制，olsr 路由協(xié)議 iiabstract wireless mobile ad hoc network (manet) is the aggregation of hardware and software that include wireless transmitter-receivers and computers, which is

5、 based on the wireless packets network. because manet is mainly used for emergency and military wireless communication, the aims of the manet routing protocol are rapid, exact, effectual and expandable. based on ad hoc environment, aodv routing protocol is chosen from source-initiated-on-demand-rout

6、ing protocols as the network layer protocol. a new idea about local repair is used to improve the aodv and formed the improved aodv algorithm. otherwise， a new approach is proposed for flooding limit. the approach is implemented by using cross-layer design, which limits the flooding procedure of rre

7、q packets in aodv routing protocol. olsr routing protocol is chosen from table-driven protocols as the network layer protocol in a hierachical network built on opnet system. designing、programming、debuging of the olsr protocol simulating module and its cooperating with ipv6 module have been done. a s

8、imulating platform of manet is built on opnet simulator. and the simulations done on this platform have proved the validity of improved aodv local repair algorithm and the improved aodv flooding algorithm, and the well performance of olsr simulating module on the hierachical network. keywords: ad ho

9、c network, aodv routing protocol, route local repair, flooding mechanism, olsr routing protocol iii目錄 摘要 . i abstract . ii 第一章 引 言 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.2 研究的目的和主要任務(wù) . 2 1.3 論文章節(jié)安排 . 3 第二章 無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議 . 4 2.1 ad hoc 路由協(xié)議綜述 . 4 2.2 現(xiàn)存 ad hoc 網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議 . 4 2.2.1 表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議 . 4 2.2.2 源發(fā)起按需路由 . 7 第三章 aodv 路由協(xié)議

10、本地修復(fù)算法及其改進(jìn) . 9 3.1 aodv 路由協(xié)議本地修復(fù)算法 . 9 3.2 aodv 路由協(xié)議本地修復(fù)算法的改進(jìn) . 9 3.2.1 協(xié)議改進(jìn)思想 . 9 3.2.2 協(xié)議路由表的改動(dòng) . 11 3.2.3 rreq、rrep、data、rerr 報(bào)文的改動(dòng)以及新增報(bào)文 . 12 3.2.4 局部修復(fù)流程的改動(dòng) . 15 3.3 仿真平臺(tái)及仿真模型 . 18 3.3.1 仿真平臺(tái)設(shè)計(jì) . 18 3.3.2 軟硬件環(huán)境 . 19 3.3.3 現(xiàn)有模型 . 19 3.3.4 仿真目的 . 19 3.3.5 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境參數(shù)設(shè)置 . 20 3.3.6 網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估參數(shù) . 20 3.3.7 仿

11、真系統(tǒng)概述 . 22 3.4 aodv 局部修復(fù)算法仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 . 23 3.4.1 仿真實(shí)驗(yàn)一：無(wú)線路由器低速移動(dòng)時(shí)兩種路由協(xié)議性能比較 . 23 3.4.2 仿真實(shí)驗(yàn)二：無(wú)線路由器中速移動(dòng)時(shí)兩種路由協(xié)議性能比較 . 27 3.4.3 仿真實(shí)驗(yàn)三：無(wú)線路由器高速移動(dòng)時(shí)兩種路由協(xié)議性能比較 . 30 3.4.4 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)論 . 34 第四章 基于跨層設(shè)計(jì)的 aodv 路由協(xié)議改進(jìn) . 36 iv4.1 aodv 協(xié)議尋路過(guò)程簡(jiǎn)介及其泛洪機(jī)制存在的問(wèn)題 . 36 4.2 基于跨層設(shè)計(jì)的方法 . 37 4.2.1 跨層設(shè)計(jì)方法背景 . 37 4.2.2 跨層設(shè)計(jì)的思想 . 38 4.2.

12、3 網(wǎng)絡(luò)模型各層跨層設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)述 . 39 4.3 aodv 路由協(xié)議泛洪機(jī)制的改進(jìn) . 41 4.3.1 改進(jìn)泛洪機(jī)制的思想 . 41 4.3.2 改進(jìn)泛洪機(jī)制所使用的跨層方法的描述 . 43 4.3.3 物理層的改動(dòng) . 43 4.3.4 網(wǎng)絡(luò)層的改動(dòng) . 44 4.3.5 鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)自適應(yīng)機(jī)制 . 45 4.3.6 節(jié)點(diǎn)稀疏場(chǎng)景下的改進(jìn)機(jī)制 . 46 4.4 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 . 48 4.4.1 仿真環(huán)境和性能評(píng)估參數(shù) . 48 4.4.2 仿真結(jié)果 . 49 4.4.3 仿真結(jié)果分析 . 52 第五章 olsr 路由協(xié)議在分級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)現(xiàn) . 53 5.1 分級(jí)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) . 5

13、3 5.1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) . 53 5.1.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模 . 56 5.1.3 網(wǎng)絡(luò)通信原則 . 56 5.1.4 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系 . 56 5.1.5 編址設(shè)計(jì) . 58 5.2 olsr 路由協(xié)議設(shè)計(jì) . 59 5.2.1 概述 . 59 5.2.2 olsr 協(xié)議介紹 . 60 5.2.3 olsr 協(xié)議數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) . 62 5.2.4 olsr 路由協(xié)議分組格式 . 64 5.2.5 olsr 網(wǎng)絡(luò)的建立和運(yùn)行 . 67 5.3 olsr 路由模塊與 ipv6 模塊的協(xié)作 . 78 5.3.1 數(shù)據(jù)報(bào)文的尋路 . 78 5.3.2 參與 olsr 過(guò)程 . 78 5.3.3 切換過(guò)程 .

14、79 5.4 olsr 報(bào)文的隔離 . 79 5.4.1 二級(jí)節(jié)點(diǎn)的 olsr 報(bào)文隔離機(jī)制 . 79 5.4.2 一級(jí)節(jié)點(diǎn)的 olsr 報(bào)文隔離機(jī)制 . 80 5.5 仿真設(shè)計(jì) . 80 5.5.1 仿真場(chǎng)景 . 80 5.5.2 仿真節(jié)點(diǎn)模型 . 82 5.5.3 olsr 路由模塊 . 83 v5.5.4 仿真結(jié)果 . 84 5.5.5 仿真數(shù)據(jù)分析 . 94 第六章 結(jié)束語(yǔ) . 97 致謝 . 99 參考文獻(xiàn) . 100 個(gè)人簡(jiǎn)歷 . 102 攻讀碩士期間參與科研項(xiàng)目、研究成果 . 103 vi圖表目錄 圖 3-1 傳統(tǒng) aodv 算法 . 9 圖 3-2 改進(jìn)的 aodv 算法：下兩

15、跳節(jié)點(diǎn)有效 . 10 圖 3-3 改進(jìn)的 aodv 算法：下兩跳節(jié)點(diǎn)失效 . 10 圖 3-4 data 報(bào)文格式 . 12 圖 3-5 rreq 報(bào)文格式 . 12 圖 3-6 rrep 報(bào)文格式 . 13 圖 3-7 rerr 報(bào)文格式 . 13 圖 3-8 notice 報(bào)文格式 . 14 圖 3-9 repair_rreq 報(bào)文格式 . 14 圖 3-10 repair_rrep 報(bào)文格式 . 15 圖 3-11 改進(jìn)的 aodv 本地修復(fù)流程圖 . 16 圖 3-12 aodv 路由協(xié)議本地修復(fù)算法仿真場(chǎng)景 . 19 圖 3-13 aodv 路由協(xié)議仿真節(jié)點(diǎn)模型 . 22 圖 3-1

16、4 aodv 路由協(xié)議仿真移動(dòng)控制節(jié)點(diǎn)模塊 . 23 圖 3-15 低速移動(dòng)協(xié)議開銷 . 24 圖 3-16 低速移動(dòng)平均端到端時(shí)延 . 25 圖 3-17 低速移動(dòng)數(shù)據(jù)成功接受率 . 25 圖 3-18 低速移動(dòng)緩存內(nèi)數(shù)據(jù)包數(shù)量 . 26 圖 3-19 低速移動(dòng)沒有路由而丟棄的數(shù)據(jù)包 . 26 圖 3-20 中速移動(dòng)協(xié)議消耗 . 28 圖 3-21 中速移動(dòng)數(shù)據(jù)成功接收率 . 28 圖 3-22 中速移動(dòng)端到端平均延時(shí) . 29 圖 3-23 中速移動(dòng)沒有路由被丟棄的數(shù)據(jù)包 . 29 圖 3-24 中速移動(dòng)緩存內(nèi)數(shù)據(jù)包數(shù)量 . 30 圖 3-25 高速移動(dòng)協(xié)議消耗 . 31 圖 3-26 高

17、速移動(dòng)數(shù)據(jù)成功接收率 . 32 圖 3-27 高速移動(dòng)平均端到端時(shí)延 . 32 圖 3-28 高速移動(dòng)沒有路由被丟棄的數(shù)據(jù)包 . 33 圖 3-29 高速移動(dòng)緩存內(nèi)數(shù)據(jù)包數(shù)量 . 33 圖 4-1 泛洪范圍示意圖 . 42 圖 4-2 改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)層 rreq 處理流程 . 44 圖 4-3 “中距內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)”隊(duì)列 . 45 圖 4-4 加入自適應(yīng)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)層 rreq 處理流程 . 46 圖 4-5 節(jié)點(diǎn)稀疏場(chǎng)景中的泛洪范圍示意圖 . 47 圖 4-6 改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)層 rreq 處理流程 . 48 圖 4-7 場(chǎng)景一 aodv 協(xié)議協(xié)議開銷仿真結(jié)果 . 49 圖 4-8 場(chǎng)景一 aodv

18、協(xié)議數(shù)據(jù)成功接收率仿真結(jié)果 . 49 圖 4-9 場(chǎng)景二 aodv 協(xié)議協(xié)議開銷仿真結(jié)果 . 50 圖 4-10 場(chǎng)景二 aodv 協(xié)議數(shù)據(jù)成功接收率仿真結(jié)果 . 50 圖 4-11 場(chǎng)景三 aodv 協(xié)議協(xié)議開銷仿真結(jié)果 . 51 圖 4-12 場(chǎng)景三 aodv 協(xié)議數(shù)據(jù)成功接收率仿真結(jié)果 . 51 vii圖 4-13 協(xié)議開銷仿真結(jié)果比值 . 52 圖 5-1 平面結(jié)構(gòu) vs 分級(jí)結(jié)構(gòu) . 53 圖 5-2 網(wǎng)間互連框架結(jié)構(gòu) . 54 圖 5-3 多級(jí)子網(wǎng)互連自組織網(wǎng)區(qū)域覆蓋示意圖 . 55 圖 5-4 邏輯互連方式 . 55 圖 5-5 節(jié)點(diǎn)協(xié)議體系 . 57 圖 5-6 節(jié)點(diǎn)物理結(jié)構(gòu) . 57 圖 5-7 無(wú)線移動(dòng) ad hoc 網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系 . 58 圖 5-8 分級(jí)網(wǎng)絡(luò)的各級(jí) ip 子網(wǎng)標(biāo)識(shí)示例 . 58 圖 5-9 站點(diǎn)本地地址結(jié)構(gòu) . 58 圖 5-10 路由協(xié)議分類 . 60 圖 5-11 節(jié)點(diǎn)的兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)和 mpr . 60 圖 5-12 無(wú)選擇洪泛和選擇性洪泛 . 61 圖 5-13 節(jié)點(diǎn) mpr 的計(jì)算過(guò)程 . 73 圖 5-14 olsr 路由模塊與