基于实验床的AODV-SBR路由算法的研究与实现

论文摘要

Ad Hoc网络是一种由移动节点组成的无中心多跳无线自组织网络，它无需任何固定的基础设施而能实现网络的快速展开，因此非常适用于军事、救灾、个人通信、无线传感器网络等领域。路由协议一直是Ad Hoc网络的研究热点和难点。Ad Hoc网络中由于节点的移动和能量的消耗会导致网络拓扑动态变化，因此路由协议的设计必须能够适应这种动态变化的拓扑。AODV是一种典型的按需路由协议。本文详细阐述了AODV的工作原理，并在OPNET平台上对AODV进行了仿真。仿真结果表明AODV在动态拓扑变化较快的网络中具有较好的适应性，但付出的代价却是大量的路由开销。由于在模拟平台上的仿真并不能精确的反映出真实的无线信道，因此，在实际的通信环境下验证路由协议的性能是十分必要的，这也是Ad Hoc网络向实际应用推广所必需迈出的关键一步。本文基于Linux系统，使用Netfilter工具编程实现了AODV路由协议，并在真实的无线信道环境下采用由主机和无线网卡构成的节点搭建了Ad Hoc网络实验床，以验证协议的性能。根据AODV的测试结果，有针对性地提出了基于简单后备路径的AODV改进协议AODV-SBR（AODV-Simple Backup Route），并结合Hello消息机制，系统分析了各因素对网络性能的影响。实验结果表明，AODV-SBR启动路由发现的次数低于AODV，特别是在Hello消息发送间隔较小的情况下，AODV-SBR的效率要明显高于AODV。本文还基于Linux系统开发了一套Ad Hoc网络路由测试系统（ARTS-Ad HocRouting Test System），用于评估协议的性能，并在实验床上进行了Ad Hoc网与Internet网互联实验以及视频传输实验，验证了Ad Hoc网络的应用可行性，具有极大的应用参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 Ad Hoc网络简介
• 1.2 路由协议概述
• 1.3 课题的背景和意义
• 1.4 论文的主要工作
• 1.5 论文的结构
• 1.6 本章小结
• 2 AODV协议工作原理
• 2.1 AODV协议概述
• 2.2 AODV术语
• 2.3 帧格式
• 2.3.1 RREQ协议帧格式
• 2.3.2 RREP协议帧格式
• 2.3.3 RERR协议帧格式
• 2.3.4 RREP-ACK协议帧格式
• 2.4 AODV协议的操作
• 2.4.1 序列号的维护
• 2.4.2 路由表项和先驱表
• 2.4.3 产生路由请求
• 2.4.4 路由请求协议帧的控制传播
• 2.4.5 处理和转发路由请求
• 2.4.6 产生路由应答
• 2.4.7 接收和转发路由应答
• 2.4.8 单向链路上的操作
• 2.4.9 Hello协议帧
• 2.4.10 维护本地连接性
• 2.4.11 RERR协议帧、路由过期和路由删除
• 2.4.12 本地修复
• 2.4.13 重起后的动作
• 2.4.14 接口信息
• 2.5 AODV协议和分群网络
• 2.6 AODV协议与其它网络的集成
• 2.7 本章小结
• 3 AODV协议的仿真
• 3.1 仿真实验设计
• 3.1.1 仿真软件选择
• 3.1.2 移动模块设计
• 3.1.3 节点模型设计
• 3.1.4 仿真参数设置
• 3.1.5 性能参数定义
• 3.2 仿真结果分析
• 3.3 本章小结
• 4 Linux系统介绍
• 4.1 概述
• 4.2 网络体系结构
• 4.3 路由功能
• 4.4 Netfilter包过滤机制
• 4.5 本章小结
• 5 AODV协议的实现及改进
• 5.1 实现平台的选择
• 5.2 实现方案的设计
• 5.3 功能模块的设计
• 5.3.1 框架结构
• 5.3.2 接口模块
• 5.3.3 AODV算法模块
• 5.3.4 调试模块
• 5.3.5 与其它网络互连的设计
• 5.4 AODV参数的设置
• 5.5 AODV-SBR协议
• 5.6 Hello机制分析
• 5.7 本章小结
• 6 实验床的搭建及结果分析
• 6.1 实验床的搭建
• 6.1.1 节点装备
• 6.1.2 实验场景
• 6.2 ARTS软件平台的开发
• 6.3 实验结果及分析
• 6.3.1 AODV协议测试实验
• 6.3.2 AODV性能测试实验
• 6.3.3 AODV-SBR与AODV性能比较实验
• 6.3.4 Ad Hoc网与Internet网互联实验
• 6.3.5 Ad Hoc网传输视频实验
• 6.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢