基于负载优化和HASH链的PUMA组播路由协议的研究与实现

论文摘要

无线AD HOC网络是一种非集中式的无线网络。它不依赖于预先部署的基础设施,不使用带有接入点的那种集中式网络方式。相反,每个节点都具有路由功能、为其它节点转发数据。数据的转发决策是基于网络的连接性动态做出的。因此,动态的、有效的路由协议的设计是无线AD HOC网络中最富有挑战性的领域之一。在AD HOC网络中,组播变得越来越重要。在过去的几年中,研究者已为AD HOC网络提出了多种组播路由协议。现有的大多数组播路由协议可以分为两类：基于树结构的组播路由和基于网格结构的组播路由。本文将要提到的PUMA协议是一种基于网格的组播路由协议。PUMA协议的实现是新颖的、高效的、优雅的,可以在消耗较低的控制开销的情况下获得较高的包递交率,且其性能稳定——不随网络尺寸的变化而急剧变化。虽然如此,PUMA协议并不适用于所有的场景,尤其是在数据流量较为拥塞的网络中性能并不十分理想。而且,PUMA协议未考虑任何安全性,因此其脆弱、易于遭受攻击。针对以上问题,本文提出了基于负载优化和HASH链安全的PUMA协议,主要是在路由度量方面和路由安全性方面实现了创新,对原实现做了添加、修改和完善。在路由度量方面,提出了基于负载优化的3种路径选择方法。即在选择建立路由时,以节点的负载为着重考虑的度量参数,具体做法是以节点发送队列中待转发包的数量为度量,结合跳数参数做路由选择决策。在路由安全性方面,引入了HASH链技术,以确保消息报文中的跳数字段不被篡改,避免在路由过程中经过恶意节点。本文详细阐述了基于负载优化和HASH链安全的PUMA协议的原理和实现,并用NS2模拟软件对比了基于负载优化的PUMA协议与基于跳数的PUMA协议的性能。基于负载优化的PUMA协议与基于跳数的PUMA协议的性能是可比较的,尤其在网络负载较重的场景中,前者的性能更是优于后者。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1. AD HOC网络的概述
• 1.2. AD HOC网络对协议设计的挑战
• 1.2.1 跨层交互
• 1.2.2 移动性和可伸缩性
• 1.3. 本文的内容及组织结构
• 第2章 AD HOC网络中的组播与安全
• 2.1 AD HOC网络中的组播协议
• 2.1.1 组播路由协议简介
• 2.1.2 组播协议的对比与分析
• 2.1.3 广播简介
• 2.2 AD HOC网络中的安全问题
• 2.2.1 安全属性
• 2.2.2 密码原语
• 2.2.3 AD HOC网络中的广播/组播安全
• 2.2.4 针对AD HOC路由的攻击
• 2.2.5 安全的AD HOC组播
• 2.3 小结
• 第3章 基于负载优化和HASH链的PUMA协议的设计
• 3.1 基于负载优化的PUMA协议
• 3.1.1 路由选择机制
• 3.1.2 基于负载优化的PUMA协议的概述
• 3.1.3 连接列表和组播通告的产生
• 3.1.4 转发组播数据包
• 3.1.5 队列负载优化的算法描述
• 3.1.6 结合队列负载的组播通告格式
• 3.2 基于HASH链安全的PUMA协议
• 3.2.1 应用于PUMA的HASH链
• 3.2.2 HASH链的安全性证明
• 3.2.3 HASH链算法的固有局限
• 3.2.4 结合HASH链的网格建立与维护
• 3.2.5 结合HASH链的组播通告格式
• 3.3 基于负载优化和HASH链的PUMA协议设计中的几点问题
• 3.3.1 使用真实TCP/IP协议栈的实现
• 3.3.2 组播通告的聚合
• 3.3.3 局部修复
• 3.3.4 周期与非周期性问题
• 第4章 基于负载优化和HASH链的PUMA协议的实现
• 4.1 NS2网络模拟软件
• 4.1.1 NS2的架构
• 4.1.2 NS2模拟的基本流程
• 4.1.3 无线AD HOC网络的模拟
• 4.2 基于负载优化和HASH链的PUMA协议的具体实现
• 4.2.1 包的接收
• 4.2.2 协议事件的处理
• 4.2.3 路径的建立与选择
• 4.2.4 路由度量参数的跨层获取
• 4.2.5 组播通告的HASH安全判定
• 4.2.6 组播组的加入与离开
• x路由协议'>4.3 添加PUMA_x路由协议
• 4.4 小结
• 第5章 模拟结果分析
• 5.1 模拟实验
• 5.1.1 模拟环境的设置
• 5.1.2 协议性能的评价指标
• 5.2 模拟结果分析
• 5.2.1 不同的节点移动速度
• 5.2.2 不同的数据包发送速率
• 5.2.3 加入HASH链之后对PUMA协议性能的影响
• 5.3 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢