Study on Performance of Manet Routing Protocol

论文摘要

移动ad-hoc网络（MANET）是一组节点集,它们被连入无线媒介形成一个任意的、动态的网络。意味着由于节点的移动性或其他的因素,网络中的链路可能随时出现或消失。同样意味着在MANET中网络拓扑是动态的,并且如果网络中的所有节点要是能够相互通信需要采用多跳的路由方式。由于节点的移动性、信号干扰以及基础设施少,移动ad-hoc网络的链路非常容易出错和掉线。因此,由于高的动态环境,移动ad-hoc网络路由是一个关键性任务。近些年,一些关于移动ad-hoc网络的路由协议已经被提出,其中比较经典的有DSR, AODV和TORA。由于无线局域网流行的主要原因是采用电缆铺设,所以移动ad-hoc网络没有什么早期的基础设施。Ad-hoc的无线链路由于节点的可移动性,干扰,信道衰减以及缺少相应的基础设施等原因因此具有高出错率和频繁的掉线。一些关于MANET的路由协议已经被提出。移动ad-hoc网络是无线ad-hoc网络的一种,它是由无线链路连接的移动路由自组织网络。MANET是没有基础设施的一类无线网络。MANET自组织和配置简单的特性使它被现代的许多应用所使用。有效的路由协议使MANET可靠。许多组织在研究MANET,并且试图将这些协议和技术用于其他应用程序中。移动MANET是一个由自主移动节点在缺少基础设施的环境中形成的网络,它具有动态的拓扑结构,通常也被称为短寿命的网络。为了在网络中便利的通信,路由协议被用于网络中发现路由。在MANET中,临时的链路失效和路由改变频繁发生。假设所有的包丢失是由于拥塞,传输控制协议在这样的环境中表现不好。为了提高MANET中传输控制协议的性能,许多不同的MANET已经被提出。移动MANET由许多无线移动节点组成,这些节点间的通信不需要任何的集中化控制。MANET是一个自组织,自行配置的网络,没有基础设施,并且节点可以任意移动。移动节点可以作为路由器接收和响应数据包。路由是一个关键问题,有效的路由协议使MANET更可行。近10年来,许多路由协议被研究,并且很多研究者比较了他们的性能。大多数关于MANET路由协议之前的工作主要集中于不同参数的实验仿真,譬如：网络大小,中止时间,节点独立移动性等等。随着无线技术和半导体技术的快速发展,移动连接变得越来越方便和普遍。而在移动自组织网络（Mobile Ad Hoc Networks, MANETs）中,面对的一个最大挑战是没有一个适当的路由协议能够同时提供良好的网络可扩展性、较低的控制开销、较短的端到端延时、无缝连接和良好的服务质量等诸多性能指标。移动自组织网络技术能够提供一个理想的链路去组建自组织的相互合作的应用。相互合作涉及了用户不同的初始意见通过沟通达成一致意见,即用户达成共识。高效的达成共识需要一种有效的广播机制去支持。移动自组织网络是由没有网络基础设施集中控制的无线移动节点组成的。移动模型表示,在移动自组网当中的每个节点真实的移动行为。对于移动自组网的性能仿真来说,节点的移动模型是非常重要的。随机路点移动模型（Random waypoint mobility model）虽然有些不合实际的移动行为如突然停止和立刻转向等存在,但仍是当前移动自组网中得到广泛应用的一个移动模型。同时高斯马尔可夫移动模型已经证明,它可以解决随机路点移动模型存在的两个不足之处。在移动自组织网络中,对手会通过攻击网络的物理层、MAC层和网络层等来损坏网络的通信功能。当前主要的研究重点就是在于提供移动自组网的安全性。它们主要通过开发更安全的路由协议或者通过改善自私的和被破坏的节点的MAC层协议的鲁棒性等手段来实现网络的安全性。此外,最近的一些研究开始集中在对移动自组网MAC层违法行为的量化上,但是,很少有工作对这些违法行为对移动自组网路由协议性能的影响进行量化。最近在无线技术上的进步已经导致了一个新的无线通信系统的产生,这个无线通信系统就是移动自组织网络。一个移动自组织网络是一群由能进行自我配置无线链路的无线设备组成的。传统的TCP/IP协议因缺乏对节点移动性的支持和资源问题而无法适用于移动自组织网络。这导致了许多新的路由协议的产生,如主动式,被动式及混合式路由协议的产生。相比于其他的路由方法,被动式的路由协议被认为是用户友好和高效率的。相比于主动式和混合式路由协议,被动式的路由协议具有需要比较低的存储空间,适应节点高速移动场景和当需要发送分组时才进行路由发现过程等好处。当前,已有许多被动式的路由协议被提出来,如AODV. DSR、LAR、LMR、ABR, SSI、TORA、RDMAR、MSR、AOMDV、MRAODV和ARA等。但是,当前还没有研究人员对被动式路由的效率进行研究。当蜂窝数据网络演进到下一代网络时,移动自组织网络和无线传感器网络开始相互融合,并且得到越来越广泛的应用。这两种网络有很多共同特性,如多跳、自组织等。但在应用到下一代网络时,它们遇到了极大的挑战,例如资源有限、不可靠的无线传输媒介和可扩展性问题等。在所有的这些挑战中,尤属资源受限最为普遍和重要。几乎在所有的应用中都要关注资源受限的问题,并且它会影响整个网络框架的设计。综上所述,本论文主要对网络性能和网络资源之间的关系进行了研究。此外,本论文对移动自组织网络和无线传感器网络中网络性能的多个方面进行了阐述。为了提高路由协议的性能,本文提出了一种具有自恢复能力和优化功能的路由技术。该技术几乎适用于所有的按需路由协议。当前,移动自组织网络路由协议仍然是众多学者研究的热点问题之一。本论文主要对LDR和ZRP三个典型的移动自组织网络协议进行了研究。

论文目录

• ABSTRACT
• 摘要
• ACKNOWLEDGEMENT
• Contents
• LIST OF ACRONYMS
• LIST OF FIGURES
• CHAPTER ONE:Introduction
• 1.1 Introduction
• 1.2 Chapter Overviews
• CHAPTER TWO:Project Goal:Protocols and its Performance
• 2.1 Review of the State of the Art
• 2.2 Research Problem
• 2.3 Research Questions
• 2.4 Research Overviews
• 2.4.1 Literature Study
• 2.4.2 Empirical Study
• 2.5 Project Goals
• CHAPTER THREE:Protocols and Its Performance
• 3.1 Routing Protocols in MANET
• 3.2 TORA
• 3.2.1 Properties of TORA
• 3.2.2 Functions of TORA
• 3.2.2.1 Route Creating
• 3.2.2.2 Route Maintenance
• 3.2.2.3 Route Erasure
• 3.2.3 Conclusion
• 3.3 LDR
• 3.3.1 Working Principle of LDR
• 3.3.2 Route Process
• 3.3.3 Route Discovery
• 3.3.3.1 Initiate Solicitation
• 3.3.3.2 Relay Solicitation
• 3.3.4 Set Route of LDR
• 3.3.5 Conclusion
• 3.4 ZRP
• 3.4.1 IARP
• 3.4.2 IERP
• 3.4.2.1 Route Discovery in IERP
• 3.4.2.2 BRP（Border Resolution Protocol）
• 3.4.2.2.1 Broadcasting（network with low density and non-mobile nodes）
• 3.4.2.2.2 Broadcasting（network with high density and non-mobile nodes）
• 3.4.2.2.3 A scenario where nodes are mobile
• 3.4.2.3 Selective Broadcasting
• 3.4.2.4 Adaptive Broadcast Resolution Protocol
• 3.4.3 Query Control Mechanism
• 3.4.3.1 Query Detection
• 3.4.3.2 Early Terminal
• 3.4.3.3 Random Query Processing Delay（RQPD）
• 3.4.4 Conclusion
• CHAPTER FOUR:Simulation and Scenario
• 4.1 Simulation Environments of MANET
• 4.2 Network Metrics
• 4.3 Modeling of a MANET in OPNET
• 4.3.1 Simulation Results and statistics
• 4.3.1.1 Scenario One
• 4.3.1.1.1 Scenario of ZRP1
• 4.3.1.1.2 Scenario of TORA1
• 4.3.1.2 Scenario Two
• 4.3.1.2.1 Scenario of ZRP2
• 4.3.1.2.2 Scenario of TORA2
• 4.3.1.3 Scenario Three
• 4.3.1.3.1 Scenario of ZRP3
• 4.3.1.3.2 Scenario of TORA3
• 4.3.1.4 Scenario Four
• 4.3.1.4.1 Scenario of LDR4
• 4.3.1.4.2 Scenario of TORA4
• 4.3.2 Analysis Overall Scenarios
• 4.3.2.1 Analysis ZRP on the basis of scenarios 1-3
• 4.3.2.2 Analysis LDR on the basis of scenario 4
• 4.3.2.3 Analysis TORA on the basis of scenarios 1-4
• CONCLUSION AND FUTURE WORK
• 5.1 Conclusion
• 5.2 Future Work
• References