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

1、報 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 無線移動自組織網(wǎng)是以 ad hoc 技術(shù)為基礎(chǔ)的互聯(lián)的無線電臺、計算機硬件和軟件的集合，主要用于滿足應(yīng)急通信和軍用移動通信需求。因此，滿足無線移動自組織網(wǎng)要求的路由協(xié)議的目標(biāo)是快速、準(zhǔn)確、高效、可擴展性好。 基于無線移動自組織網(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，并對其進(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，針對

3、 aodv 路由協(xié)議的泛洪尋路過程，提出了一種基于跨層設(shè)計思想的泛洪優(yōu)化策略，對 aodv 協(xié)議rreq 報文的泛洪進(jìn)行控制。 在表驅(qū)動路由協(xié)議中選用olsr路由協(xié)議作為路由協(xié)議，建立了分級的ad hoc網(wǎng)絡(luò)，完成了整個協(xié)議在 opnet 仿真系統(tǒng)中的設(shè)計、代碼編寫、調(diào)試的工作。并且完成了 olsr 路由協(xié)議在分級網(wǎng)絡(luò)中的分級通信設(shè)計、與 ipv6 模塊的協(xié)作等工作。 本文采用 opnet 系統(tǒng)仿真工具搭建了無線移動自組織網(wǎng)的仿真平臺，通過仿真比較不同網(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，驗證了改進(jìn)算法的可行性；通過仿真比較原

4、始 aodv 路由協(xié)議的尋路過程的性能和基于跨層設(shè)計思想的泛洪優(yōu)化之后的尋路過程的性能，驗證了改進(jìn)算法的有效性；通過仿真驗證了所編寫的 olsr路由協(xié)議仿真模塊在分級網(wǎng)絡(luò)中的正確運行。 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 . 11 3.2.3 rreq、rrep、data、rerr 報文的改動以及新增報文 . 12 3.2.4 局部修復(fù)流程的改動 . 15 3.3 仿真平臺及仿真模型 . 18 3.3.1 仿真平臺設(shè)計 . 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)算法仿真實驗及結(jié)果分析 . 23 3.4.1 仿真實驗一：無線路由器低速移動時兩種路由協(xié)議性能比較 . 23 3.4.2 仿真實驗二：無線路由器中速移動時兩種路由協(xié)議性能比較 . 27 3.4.3 仿真實驗三：無線路由器高速移動時兩種路由協(xié)議性能比較 . 30 3.4.4 仿真實驗結(jié)論 . 34 第四章 基于跨層設(shè)計的 aodv 路由協(xié)議改進(jìn) . 36 iv4.1 aodv 協(xié)議尋路過程簡介及其泛洪機制存在的問題 . 36 4.2 基于跨層設(shè)計的方法 . 37 4.2.1 跨層設(shè)計方法背景 . 37 4.2.2 跨層設(shè)計的思想 . 38 4.2.

12、3 網(wǎng)絡(luò)模型各層跨層設(shè)計方法簡述 . 39 4.3 aodv 路由協(xié)議泛洪機制的改進(jìn) . 41 4.3.1 改進(jìn)泛洪機制的思想 . 41 4.3.2 改進(jìn)泛洪機制所使用的跨層方法的描述 . 43 4.3.3 物理層的改動 . 43 4.3.4 網(wǎng)絡(luò)層的改動 . 44 4.3.5 鄰居節(jié)點數(shù)自適應(yīng)機制 . 45 4.3.6 節(jié)點稀疏場景下的改進(jìn)機制 . 46 4.4 仿真實驗及結(jié)果分析 . 48 4.4.1 仿真環(huán)境和性能評估參數(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)議在分級網(wǎng)絡(luò)中的實現(xiàn) . 53 5.1 分級網(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 . 58 5.2 olsr 路由協(xié)議設(shè)計 . 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)報文的尋路 . 78 5.3.2 參與 olsr 過程 . 78 5.3.3 切換過程 .

14、79 5.4 olsr 報文的隔離 . 79 5.4.1 二級節(jié)點的 olsr 報文隔離機制 . 79 5.4.2 一級節(jié)點的 olsr 報文隔離機制 . 80 5.5 仿真設(shè)計 . 80 5.5.1 仿真場景 . 80 5.5.2 仿真節(jié)點模型 . 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 . 97 致謝 . 99 參考文獻(xiàn) . 100 個人簡歷 . 102 攻讀碩士期間參與科研項目、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)點有效 . 10 圖 3-3 改進(jìn)的 aodv 算法：下兩跳節(jié)點失效 . 10 圖 3-4 data 報文格式 . 12 圖 3-5 rreq 報文格式 . 12 圖 3-6 rrep 報文格式 . 13 圖 3-7 rerr 報文格式 . 13 圖 3-8 notice 報文格式 . 14 圖 3-9 repair_rreq 報文格式 . 14 圖 3-10 repair_rrep 報文格式 . 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)算法仿真場景 . 19 圖 3-13 aodv 路由協(xié)議仿真節(jié)點模型 . 22 圖 3-1

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

17、速移動數(shù)據(jù)成功接收率 . 32 圖 3-27 高速移動平均端到端時延 . 32 圖 3-28 高速移動沒有路由被丟棄的數(shù)據(jù)包 . 33 圖 3-29 高速移動緩存內(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”隊列 . 45 圖 4-4 加入自適應(yīng)機制的網(wǎng)絡(luò)層 rreq 處理流程 . 46 圖 4-5 節(jié)點稀疏場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 場景一 aodv 協(xié)議協(xié)議開銷仿真結(jié)果 . 49 圖 4-8 場景一 aodv

18、協(xié)議數(shù)據(jù)成功接收率仿真結(jié)果 . 49 圖 4-9 場景二 aodv 協(xié)議協(xié)議開銷仿真結(jié)果 . 50 圖 4-10 場景二 aodv 協(xié)議數(shù)據(jù)成功接收率仿真結(jié)果 . 50 圖 4-11 場景三 aodv 協(xié)議協(xié)議開銷仿真結(jié)果 . 51 圖 4-12 場景三 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)點協(xié)議體系 . 57 圖 5-6 節(jié)點物理結(jié)構(gòu) . 57 圖 5-7 無線移動 ad hoc 網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系 . 58 圖 5-8 分級網(wǎng)絡(luò)的各級 ip 子網(wǎng)標(biāo)識示例 . 58 圖 5-9 站點本地地址結(jié)構(gòu) . 58 圖 5-10 路由協(xié)議分類 . 60 圖 5-11 節(jié)點的兩跳鄰居節(jié)點和 mpr . 60 圖 5-12 無選擇洪泛和選擇性洪泛 . 61 圖 5-13 節(jié)點 mpr 的計算過程 . 73 圖 5-14 olsr 路由模塊與