毕业设计（论文）-基于NS2的Ad_Hoc无线路由协议.doc

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1、太原科技大学华科学院毕业设计（论文） I 目录 摘要 III ABSTRACT V 第 1 章 绪论 .- 1 - 1.1 无线自组网的产生和发展 .- 1 - 1.2 无线自组网的特征 .- 1 - 1.3 无线自组网应用领域 .- 2 - 1.4 无线自组网体系结构 .- 2 - 第 2 章 AD-HOC 网络的路由协议分类.- 7 - 2.1 表驱动路由协议- 7 - 2.2 按需路由协议- 9 - 2.3 无线自组网与传统移动通信网络的区别 - 11 - 2.4 几种典型的无线自组网路由协议 - 11 - 2.4.1 目的序列距离矢量路由协议 DSDV .- 11 - 2.4.2 按需

2、平面距离矢量路由协议 AODV .- 12 - 2.4.3 动态源路由协议 DSR.- 12 - 2.4.4 临时排序路由算法 TORA .- 13 - 2.5 路由协议性能评标准 - 13 - 第 3 章 网络模拟器 NS2 - 15 - 3.1 NS2 简介.- 15 - 3.2 NS2 组成部分.- 17 - 3.3 NS2 模拟基本流程.- 18 - 第 4 章 无线自组网路由协议仿真 - 21 - 4.1 移动节点 - 21 - 4.1.1 移动节点的结构- 21 - 4.1.2 移动节点的创建- 22 - 4.1.3 移动节点的运动 - 22 - 4.2 无线自组网路由模拟的实现

3、- 23 - 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） II 4.2.1 无线自组网路由协议场景的构建- 23 - 4.2.2 TCP 代理的创建和设置 - 23 - 4.2.3 仿真参数的设置- 23 - 4.3 仿真结果分析 - 24 - 4.3.1 动画演示工具 nam.- 24 - 4.3.2 无线 Trace 文件格式- 24 - 4.3.3 数据分析工具 gawk- 26 - 4.3.4 绘图工具 gnuplot.- 26 - 4.3.5 仿真结果分析 - 27 - 第 5 章 总结和展望研究总结 - 33 - 参考文献 .- 35 - 致 谢 - 37 - 太原科技大学华科学院毕业设

4、计（论文） III 基于 NS2 的 Ad Hoc 无线路由协议 摘要 移动 Ad Hoc 网络由一组由无线收发装置的移动节点组成的一个多跳的、不需要固定 中心接入点的自治系统。网络搭建方便，不需要基础设施，并且网络节点地位对等，可 以自由移动。Ad hoc 网络在现代社会越来越多的运用于各个领域，如军事、医学、空间 探测等。无线 Ad hoc 网络作为一种典型的自组织网络，其路由协议一直是研究的重点。 AdHoc 网络的特殊性使得传统有线网络的技术无法在 AdHoc 网络使用，因此需要设计新的 协议和技术，如 MAC 协议，路由技术，QoS 体系，安全技术，信道接入技术等。 本文通过网络仿真

5、软件 NS-2 以仿真 Aodv 协议为例介绍了 NS-2 仿真路由协议的详细 步骤，并给出了 DSR、DSDV、AODV 三种路由协议的仿真结果图和一些性能分析。 关键词：Ad hoc 网络,NS-2 仿真,DSDV 协议,DSR 协议,AODV 协议 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） IV 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） V Wireless AdHoc networks AODV routing protocol ABSTRACT The mobile Ad Hoc network is an autonomous system,which is multi-hopped an

6、d with no fixed center access points, consisting of a set of mobile nodes of wireless transceiver. Network established without any aid of infrastructure is convenient and also has equivalent node status which are free to move. The Ad Hoc is widely used in many fields such as military, medicine and s

7、pace exploration etc. The routing protocol is always the focus of Ad Hoc as a typical self- organized network. The reason designing new agreement and specification such as MAC protocol, routing protocol, QoS system, security technology, channel access technology etc is the particularity which makes

8、the traditional wired network not available. In this paper, NS-2 network simulation software to simulate Aodv agreement as an example of the NS-2 simulation routing protocol detailed steps, and gives the DSR, DSDV, AODV simulation results of three routing protocols and some performance analysis char

9、t. Key words: Ad Hoc network ,Simulation,NS-2,DSDV,AODV,DSR,Agreement 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） - 1 - 第 1 章 绪论 1.1 无线自组网的产生和发展 “Ad Hoc”一词来源于拉丁语，意思是“专用的、特定的”。无线自组网通常也可称为 “无固定设施网”或“自组织网”。由于组网快速、灵活、使用方便，目前无线自组网已经得 到了国际学术界和工业界的广泛关注，其应用也越来越广泛，已经成为移动通信技术向 前发展的一个重要方向，将在未来的通信技术中占据重要地位。 无线自组网的前身是分组无线网(Packet Radio

10、Network,PRNET)，对分组无线网的研 究源于军事通信的需要。早在 1972 年，美国的 DARPA 就启动了分组无线网项目 PRNET，研究战场环境下利用分组无线网进行数据通信。在此之后，DARPA 于 1983 年 启动了高残存性自适应网(Survivable Adaptive Network,SURAN)项目，研究如何将 PRNET 的研究成果加以扩展，以支持更大规模的网络，1994 年，DARPA 又启动了全球移动信息 系统(Global MobileInformation Systems,GloMo) 项目，旨在对能够满足军事应用需要的、 高抗毁性的移动信息系统进行全面深入的

11、研究。1991 年成立的 IEEE 802.11 标准委员会采 用了“Ad Hoc”一词来描述这种特殊的自组织对等式多跳移动网络，无线自组网就此诞生。 IETF 专门成立了(Mobile Ad Hoc Network,MANET) 小组来研究无线自组网的相关问题1。 1.2 无线自组网的特征 无线自组网由一组带有无线通信收发装置的移动终端节点组成，网络中每个终端可 以自由移动且地位相等，是一个多跳、临时、无中心网络，因此它具有以下主要特征： （1）自组织：即网络的布设无需依赖于任何预先架设的网络设施。节点开机后就 可以快速、自动地组成一个独立的网络。 （2）动态拓扑：即网络中的节点可以任意移动

12、，并且可以随时关闭电台。发送装 置的天线类型多种多样，发送功率的变化，无线信道间的相互干扰，地形和天气等综合 因素的影响，造成网络的拓扑结构变化难测。 （3）多跳路由：由于节点发射功率的限制，节点的覆盖范围是有限的。当要与其 覆盖范围之外的节点进行通信时，需要中间节点的转发，即要经过多跳才能到达目的节 点。 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） - 2 - （4）无中心且所有节点地位平等：节点可以随时加入或离开网络，任意节点故障 不会影响整个网络运行，是一个无中心结构的对等式网络，抗毁性强。 （5）灵活性好：无线自组网中的工作站可以随时加入或离开，这对于一些根据需 求而需要随时组建网络的应用非

13、常适合。 1.3 无线自组网应用领域 由于无线自组网的特殊性，它适合用于无法或不便预先铺设网络设施的场合，以及 其他需要快速自动组网的场合等。目前为止，其主要的应用领域有： （1）军事应用：军事应用是无线自组网技术的主要应用领域。因其特有的无需架 设网络设施、可快速展开、抗毁性强等特点，无线自组网是数字化战场通信的首选技术。 （2）无线传感器网络：传感器网络是无线自组网技术应用的另一大领域。采用传 感器网络能够跟踪从天气到企业商品库存等各种动态事物，极大的扩充互联网的功能。 对于很多应用场合来说传感器网络只能使用无线通信技术，并且传感器的发射功率很小。 分散的传感器通过无线自组网技术组成一个网

14、络，可以实现传感器之间和与控制中心之 间的通信。 （3）个人通信：个人局域网(Personal Area Network,PAN)是无线自组网技术的又一 应用领域，用于实现 PDA、手机、掌上电脑等个人电子通信设备之间的通信，并可以构 建虚拟教室和讨论组等崭新的移动对等(Mobile Peer-To-Peer)应用。 （4）移动会议：在室外临时环境中，工作团体的所有成员可以通过无线自组网方 式组成一个临时网络来协同完成一项大的任务，或协同完成某个计算任务。在室内办公 环境中，办公人员携带的包含无线自组网收藏器的 PDA 可以通过无线方式自动从台式机 上下载电子邮件，更新工作日程表等。 （5）其

15、他应用：可应用于紧急和突发场合，如在发生了地震、水灾、火灾或遭受 其它灾难后，固定的通信网络设施无法正常工作的情况下组建无线自组网。还可与蜂窝 移动通信系统等现有移动通信系统相结合，利用移动的多跳转发能力来扩展现有蜂窝移 动通信系统的覆盖范围等。 1.4 无线自组网体系结构 参照 OSI/RM，无线自组网体系结构如图 2.1 所示2。 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） - 3 - 图 2.1 无线自组网体系结构 下面介绍各层的基本情况： （1）物理层：物理层包括射频(RF)电路、调制和信道编码系统。IEEE802.11b/a/g、 蓝牙(Bluetooth)和超宽带(LJwB:ultr-a

16、wideband)等规范都是具体的物理层协议。 （2）数据链路层:：数据链路层负责在不可靠的无线链路上建立可靠和安全的逻辑 链路。其分为逻辑链路控制子层(LLC)和媒介访问子层(MAC)。以 IEEE802.11 为例，其 LLC 子层负责无线链路差错控制、流量控制、将网络层的分组组帧以及重传等，而 MAC 子层负责节点对无线媒介访问的控制和帧的加解密操作等。 （3）网络层：网络层负责分组的路由，建立网络服务类型以及在传输与链路层之 间传输分组。考虑到无线自网的动态性，网络层需要负责分组的重新路由和移动管理等。 无线自组网在网络层的一个重要问题是路由协议。 （4）传输层：传输层负责提供端到端的

17、可靠数据传输服务。然而，由于无线链路 的不稳定，传统的有线网传输层协议，在无线环境下性能下降明显，所以必须改进。 （5）应用层：无线自组网的应用层指定的是各种各样类型的业务。在实际实施的 时候，可以采用各种各样的应用层协议和标准，比如 WAP(无线应用协议)协议等。 1.5 Ad-hoc 网络定义 Ad Hoc 网络是由一组带有无线收发装置的移动节点组成的一个多跳的临时性 自治系统，移动节点具有路由功能，这种网络可以通过无线连接构成任意的拓扑结构 独立工作，也可以与 Internet 或蜂窝无线网络连接。每个移动节点具备主机和路由器两 种功能：作为主机，节点需要运行面向用户的应用程序；作为路由

18、器，节点需要具有 路由功能，根据特有的路由协议参与分组的转发与路由维护工作。 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） - 4 - 在 Ad Hoc 网络中，每一个移动节点都有自己的无线收发器，使之可以与其它节 点进行通信，但传输范围有限，因此两个无法直接通信的移动节点一般通过几个中间 节点的转发来实现通信。节点间的通信通过节点链来实现，链上的相邻节点是可以直 接通信的，沿着这条链路分组就能够以“多跳”的方式传输。 B A D C E F (a) (b) 图 2.2：Ad-hoc 网络的物理结构和逻辑结构 图中 A 和 F 不能直接通信，但 A 和 F 可以通过路径 AC .F 或者 ADF 进行

19、通信。 1.6 Ad-hoc 网络的特点和应用 1.6.1 特点 与固定网络相比，Ad Hoc 网络具有以下显著特点： (1)独立组网：Ad Hoc 网络具备独立组网能力，即网络的布设不需要依赖于任何预先 架设的网络设施。当有组网需要时仅需将一系列带有收发装置的节点置于某一特定区域， 这些节点就能形成一个移动自组网。 (2)分布式控制：Ad Hoc 网络采用无中心结构，网络中没有绝对的控制中心，移动节 点之间的地位是平等的，节点可以随时加入和离开网络。因为采用分布式控制方式，因 而具有很强的健壮性，与有中心的网络相比，具有很强的抗毁性。 (3)多跳路由：由于受移动节点发射功率的限制，节点的覆盖

20、范围是有限的。当要与 其覆盖范围之外的节点进行通信时，需要中间节点参与转发，即多跳转发。与普通网络 中的多跳不同，Ad Hoc 网络不需要专门的路由设备来完成，而是通过普通节点来完成多 跳路由。此外，如果可以使用多跳路由，节点的发射功率可以很低，从而达到节省能量 并延长网络的工作时间。 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） - 5 - (4)动态拓扑：Ad Hoc 网络中，节点的移动具有很大的随机性，加上无线发射装置的 天线类型多种多样、发射功率的变化、无线信道间的相互干扰、地形和天气等综合因素 的影响，网络的拓扑结构随时可能发生变化，而且变化的时间和方式都难以预测。 (5)无线传输：Ad H

21、oc 网络采用无线传输技术，由于无线信道自身的特性，相对于有 线信道，它所能提供的带宽要低得多。并且考虑到共享无线信道产生的冲突、信号衰减、 噪声和信道干扰等因素，移动节点获得的实际带宽远远小于理路上的最大带宽，并且会 随时间动态变化。此外，地形或发射功率等因素使得 Ad Hoc 网络中可能存在单向无线信 道。 (6)移动节点的局限性：Ad Hoc 网络中的移动节点虽然携带方便、轻便灵巧等优点， 但是因为其 CPU 处理能力较低、内存较小、电池能量受限等缺陷，给设计开发和应用推 广带来了一定难度。 (7)安全性差：Ad Hoc 网络由于采用无线信道、有限能量、分布式控制等技术，因此 它更容易受

22、到被动窃听、主动入侵、拒绝服务等网络攻击。这使得 Ad Hoc 网络的安全问 题变得十分复杂。因此，信道加密、抗干扰、密钥管理、访问控制等安全措施需要特别 考虑。 这些特点使得 Ad Hoc 网络在体系结构、网络组织、路由协议设计等方面都与现有的 无线通信系统有着显著的差异。 1.6.2 应用 Ad Hoc 网络的许多特点使它能应用于民用和军事等领域。首先网络的自组性为网络 快速部署提供了可能。其次，网络多跳转发的特点可以在不降低网络覆盖范围的条件下 减少每个终端的发射功率，从而为移动终端的小型化、低功耗提供了可能。从无线信道 共享的角度来看，Ad Hoc 网络降低了信号冲突的概率，提高了信道

23、利用率。另外，网络 的抗毁性、鲁棒性满足了某些特定应用的需求。 目前，Ad Hoc 网络主要应用场合包括： 军事应用 紧急和突发场合 偏远野外山区 移动会议和临时场合 个人通信和网络 商业应用 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） - 6 - 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） - 7 - 第 2 章 Ad-hoc 网络的路由协议分类 由于 Ad hoc 网络的无线多跳转发、移动、带宽以及能量受限等特点，如何设计良好 的路由策略是建立 Ad Hoc 网络的关键问题。目前 MANET WG 已经提出了许多协议草案， 如 DSR、AODV、ToRA、ZRP 等。此外，国内外研究人和机构也发表了许

24、多关于 Ad Hoc 网络路由协议的学术论文，比如 DSDV、WRP、QAODV、FSR、LANMAR、EAODV 等。这些路由协议根据路由建立的 方和时间可以分为表驱动路由策略(TableDrive)和按需路由策略(OnDemand)两大类，如图 3.1 所示 Ad Hoc 路由协议 表驱动路由按需路由协议 DSDVWRPDSRAODVTORAZRP 图 2.1 Ad hoc 路由协议分类 2.1 表驱动路由协议 表驱动路由协议的路由发现策略与传统的路由协议类似，各移动节点通过周期性 地广播路由信息分组来交换路由信息、主动发现路由。同时，节点必须维护到达网内所 有节点的路由。它的优点是当节点

25、需要发送数据分组时可以快速得到准确的路由信息， 所需要的延时小；缺点是需要大量的控制分组来尽可能保证路由的更新能够即时反应当 前拓扑结构的变化，花费开销较大；而且，动态变化的拓扑结构可能使得这些路由更新 变成过时的信息，路由协议将一直处于不收敛状态,不适合应用于无线网络。 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） - 8 - 在早期的自组网路由协议的研究中，主要思路是修改有线网络的路由协议用以适应 在自组网环境中运行。这些路由协议大部分属于表驱动路由协议。下面将介绍几种典型 的表驱动路由协议。 DSDV(Destination Distance Sequence Vector)是一种基于 Bell

26、man Ford 算法的主动路 由协议。它被认为是最早的 Ad Hoc 网络路由协议。DSDV 是一种无环路矢量距离路由协 议，它是对传统的 Bellman-Ford 路由协议的改进：每个路由中加上一个由目的节点产生 的序列号。网络中每个节点都保留自己的序列号，在每次向相邻节点发送更新消息时增 加。序列号用来区分路由的新旧程度，防止可能产生的环路。对于具有相同序号的路由， 则采用具有较小度量标准的路由。DSDV 的主要设计思想如下： 路由通告：各节点周期性地向邻居节点通告其最新的路由表，它没有采用洪泛广 播的方式向网络中的所有节点进行通告。 路由表格式：每个节点需要维护一张路由表，路由表项包括

27、：目的地址、到达目 的地址的度量值(跳数)和目的地址相关的序列号(用来区分路由的新旧)。 链路断裂机制：如果在相当长的一段时间内收不到邻居节点的广播消 息，则可推断链路断裂，并在较短的时间内将链路的断裂消息通知到各个节点；同 时，MAC 层实体也可检测到。 路由选择准则：DSDV 采用的路由选择的准则为：序列号新或度量值小。节点的路 由信息通告是异步时间，节点可能先接收到度量值大的路由信息，更新路由的下一跳， 当收到新的度量值小的路由信息时，即使目的节点没有变化，也会更新路由的下一跳节 点，这种现象导致需要通告路由表项的频繁波动。DSDV 采用的方法是维护两张表，一是 广播表，二是转发表。广播

28、表项设置一个“平均通告时间间隔”字段，该字段是对该表项在 一段时间内通告时间间隔的加权平均。当收到一个新的网络变更消息时，查询广播表的 相应表项的“平均通告时间间隔”字段，决定是否进行广播。 WRP(Wireless Routing Protocol)路由协议是一个基于算法主要是对路径发现算法 PFA(Path Finding Algorithm)的改进。它利用到达目的节点的路径长度和相应路径的倒数 第二跳节点信息来加速路由协议的收敛速度，改善路由环路问题。每个节点需要维护四 张表，包括：距离表、路由表、链路费用表和消息重发列表(MRL)。其中 MRL 可包括多 个重发表项，每个表项包括更新消

29、息的序号、重发计数、ACK 标志、更新消息列表等信 息。WRP 通过发送 ACK 实现可靠传输，节点通过接收 ACK 和其它消息来测试其邻居节 点是否存在。如果节点没有传输数据任务，则周期性地发 HELLO 消息来测试其与邻居节 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） - 9 - 点的连通性。如果在一定时间内收不到某邻居节点的任何消息，则可以认为与邻居节点 的链路出现了故障；当有新的邻居节点时，把自己的路由表通知给新的节点。WRP 对 PFA 的改进之处在于当节点 i 监测到与邻居节点 j 的链路发生变化时，节点 i 会检查所有 邻居节点的倒数第二跳节点信息的一致性，而 PFA 只会检查节点 j

30、 的倒数第二跳节点信 息的一致性。这种改进可以进一步地减少出现环路的次数，加快算法的收敛速度。 2.2 按需路由协议 按需路由协议也被称为反应式路由协议。与表驱动路由协议不同的是，按需路 由协议仅在需要路由时才由源节点创建，它不需要实时地维持每个节点的路由信息，而 只在源节点需要路由的时候才发起路由寻找过程从而降低了对网络带宽和能量的过度消 耗，节省了一定的网络资源。缺点是发送数据分组时，如果没有去往目的节点的路由， 数据分组需要等待因寻找路由引起的时延。 按需路由策略通常由路由发现和路由维护两个过程组成。当一个节点有分组任务需 要发送时且没有到目的节点的路由信息时，它会发起路由发现过程。路由

31、建立后，由路 由维护程序来维护这条路由，直到它不再需要或发生链路断裂现象。 DSR 是最早采用按需路由思想的路由协议。它是一种基于源路由选择的按需自适 应路由协议，包括路由发现和路由维护两个过程。它的主要特点是利用源路由机制进行 分组转发，它借鉴了 IEEE8025 协议用于在网桥互联的节点寻找路由的机制，并加入了 按需思想。 DSR 的优点是中间节点不需要实时维护网络的拓扑信息，而且可以避免出现路由环 路。它的缺点是每个数据分组都携带了路由信息，造成协议开销比较大，而且也不适合 Ad Hoc 网络，网络可扩展性不强。 路由发现：节点有分组要发送时，动态地广播路由请求分组(RREQ)来寻找路由

32、。 RREQ 分组应包括目的地址、源地址、广播 D、路由记录。(目的节点，广播 ID)用于惟一 的标识 RREQ 分组，以便于 RREQ 的接收处理。路由记录将累积记下 RREQ 分组逐跳 (Hop by Hop)所顺序经过的节点地址，从而完成路由建立的过程。如果中间节点收到 RREQ 分组，将做以下处理： (1)如果已经收到过该 RREQ 分组，则丢弃 RREQ 分组。 (2)如果“路由记录”中包括本节点，丢弃 RREQ 分组。 (3)如果本节点就是目的节点，发送路由应答分组(RREP)分组。 (4)否则，将本节点的地址添加到“路由记录”中，并继续转发更新后的 太原科技大学华科学院毕业设计（

33、论文） - 10 - RREQ 分组。 RREP 分组的目的是如何把找到的路由记录告诉源节点。目的节点回复 RREP 过程如下： (1)如果目的节点到源节点“反向路由”存在，则 RREP 分组沿着“反向路点到点传输 到源节点。 (2)如果目的节点到源节点“反向路由”不存在，则按 RREQ 中记录的前向路由进行反 向传输。 路由维护：不同于表驱动路由协议需要通过连续地发送周期性路由更新消息把路由 建立和路由维护结合在一起的方案，在 DSR 协议中一旦某个路由正在使用，各节点则需 要执行路由维护程序。路由维护程序会监视路由的执行情况，并把实时信息传送给源节 点并由 MAC 层通告故障或拓扑变化，节

34、点将发送路由错误分组(RRER)到源节点。 此外，DSR 协议采用混合侦听方式来获得路由信息，即当节点侦听到不是发给自己 的分组时，它检查存储快存，如果路由表中有更好的路由，则向源节点发送 RREP，这样 可以让节点不需要直接参与路由过程也可以获得路由信息。另一方面，如果侦听到的是 RREP 分组，对方就停止 RREP 的传送，通过这种方式来避免 RREP 分组的洪泛传播，减 轻网络的路由负荷。 AODV 路由协议是一种按需路由协议，它综合了 DSDV 和 DSR 的特点，既采用了 DSDV 的序列号概念，也采用了 DSR 中的路由发现以及路由维护过程机制。与 DSR 源路 由方式不同的是 A

35、ODV 采用的是逐跳转发的方式，因此 AODV 中每个中间节点保存了路 由请求和回答的结果，而 DSR 则将结果显示保存在路由请求和路由回答中。此外， AODV 的另一个显著特点是它加入了组播路由协议的扩展，并支持 QoS。它的缺点是不 支持单向通道，因为 AODV 协议基于双向通道的工作，路由回答分组直接沿着路由请求 的反方向回到源节点。 当网络中某一节点有分组任务要发送时，且路由表中没有到目的节点的路由时，则 开始广播路由请求分组(RREQ)来寻找路径，并等待拥有路由信息且目的序列号大于 RREQ 请求包的中间节点，或目的节点本身传回路由回复分组(RREP)。这个过程就是路 由发现过程。

36、在路由请求过程中会建立一条反向路径(Reverse Route)，就是为了分组能够依照原 路传回到源节点。RREQ 分组包括源节点地址、源序列号、广播 ID、目的地址、目的序 列号、跳数等字段。其中唯一标识了一个 RREQ 分组，收到同一 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） - 11 - 个 RREQ 分组，则丢弃。路由发现过程如图 3-2 所示：当源节点 S 有数据分组传送到目 的节点且它们之间没有有效路由时，源节点 s 则启用路由发现过程。首先，s 广播一个路 由请求分组(RREQ)，中间节点 1 和 2 收到 RREQ 分组后，匹配自身的路由表项，如果没 有该路由信息，则更新路由表。相

37、反，如果存在路由信息，且是有效的，则直接回复 RREP 分组，建立路径。这个过程反复进行，直到目的节点 D 收到 RREQ 分组后，沿着 刚刚建立的反向路由回传 RREP 分组。如果目的节点收到多条路径信息，则选择度量值 (最小跳数)最小的路径回复。 D S 1 2 3 4 5 6 RREQ RREP 图 3.2 AODV 的路由发现过程 AODV 路由表中包含一个状态字段，用来表示该路由是否是有效的。当某一节点发 现路由表中的一条路径久未使用而过期，或是因邻居节点移动而中断时，则会把该路由 的状态改为无效，并且发送一个错误消息分组(RRER)分组给上游节点。收到错误消息分 组的节点，把相应的

38、路由表项也设为无效并继续上传给其上游节点。尽可能的让网络中 的节点知道自己的路由信息状态。当源节点被通告到时，如果需要，源节点可重新发起 路由发现过程。 在无线自组网中，节点的移动导致网络拓扑结构的不断变化。如何迅速准确地选择到达 目的节点的路由，是无线自组网的一个重要和核心的问题。 2.3 无线自组网与传统移动通信网络的区别 在无线局域网中，移动节点配有无线网卡，通过无线接入点连接到固定网络，因此， 无线局域网可以看成单跳网络；而无线自组网则是一个多跳的网络，终端主机一方面作 为主机，另一方面作为路由器运行路由协议，参与分组转发和路由维护。 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） - 12 -

39、 因此，无线自组网与传统移动通信网络在路由选择方面有很大的差异，必须采用合 适的路由协议以解决路由选择问题。 2.4 几种典型的无线自组网路由协议 2.4.1 目的序列距离矢量路由协议 DSDV DSDV(Destination-Sequenced Distance-Vector)是基于经典 Bellman-Ford 路由选择过 程的改进型路由表算法。DSDV 以路由信息协议为基础。是无线自组网协议发展较早的一 种。 使用 DSDV 时，网络中的每一个移动节点都需要维护一个路由表。路由表表项包括 目的节点、跳数和一个由目的节点注明的序列号，序列号能帮助节点区分有效和过期的 路由信息，并可防止路

40、由环路的发生。标有更大序列号的路由信息总是被接收。如果两 个更新分组有相同的序列号，则选择跳数最小的，使路由最优（最短） 。每个节点必须周 期性地与邻节点交换路由信息，当然也可以根据路由表的改变来触发路由更新。路由表 更新有两种方式：一种是全部更新，即拔掉更新消息中将包括整个路由表，主要应用于 变化较快的情况；另一种是增量更新，更新消息中仅包含变化的路由部分，通常适用于 变化较慢的情况。 2.4.2 按需平面距离矢量路由协议 AODV AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector Routing)由 DSDV 发展而来，不同的是 AODV 为反应式路由协议。源节点

41、首先广播一个携带目的节点信息的路由分组（RREQ） ， 其邻居节点依次向周围节点广播此路由分组，广播 RREQ 前会建立此节点到源节点的路 由，直到路由分组到达目的节点或者一个中间节点，这个节点包含目的节点的路由信息， 就不再广播 RREQ。此过程中，会建立一个从源节点到目的节点的反向路由，也就是从目 的节点到源节点的路由。然后该节点将沿着反向路由发回一个 RREP，RREP 到达源节点 后路由发现过程结束。为避免路由循环，每一个路由分组中都包括一个 sequence ID（SID）作为唯一标识，如果一个节点收到一个 SID 比它当前保留的 SID 小的数据包， 表明该数据包是过时的，它将不予

42、处理，而是简单的丢弃。发现多条路由时，源节点会 选择一条 SID 大、跳数少的最优路由。 源节点移动后会重新启动路由发现过程，中间节点移动，那么其邻居节点会发现链 路失效并向上游节点发送链路失效消息（RERR） ，一直传到源节点，然后源节点重新发 起路由发现，或者也可以由发现链路失效的节点自己发起路由发现，此称为自修复。只 要路由是活动的，路由表就要一直维护下去。活动的意思是有数据包从源节点发往目的 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） - 13 - 节点，如果链路上不再有数据包传递，一段时间之后，链路就会过期，最终路由信息将 会从中间节点的路由表中删除6。 2.4.3 动态源路由协议 DSR

43、 DSR(Dynamic Source Routing)是一种基于源路由的按需路由协议，它使用源路由算 法而不是逐跳路由的方法。DSR 主要包括两个过程：路由发现和路由维护。当源节点 S 向目的节点 D 发送数据时，它首先检查缓存是否存在未过期的到目的节点的路由，如果 存在，则直接使用可用的路由，否则启动路由发现过程。具体过程如下：源节点 S 将使 用洪泛法发送路由请求消息（RREQ） ，RREQ 包含源和目的节点地址以及唯一的标志号， 中间节点转发 RREQ，并附上自己的节点标识。当 RREQ 消息到达目的节点 D 或任何一 个到目的节点路由的中间节点时，D 或该中间节点将向 S 发送路由应

44、答消息（RREP） ， 该消息中将包含到 S 到 D 的路由信息，并反转 S 到 D 的路由供 RREP 消息使用。此外， 中间节点也可以使用路由缓存技术（Routing Cache）来对协议作进一步优化。 2.4.4 临时排序路由算法 TORA TORA(Temporally Ordered Routing Algorithm)协议称为临时排序路由算法，是一 种源初始化按需路由选择协议，它采用链路反转的分布式算法，具有高度自适应、高效 率和较好的扩充性，比较适合高度动态移动、多跳的无线网络，其主要特点是控制报文 定位在最靠近拓扑变化的一小部分节点处，因此节点只保留邻近点的路由信息。该算法 中

45、路由不一定是最优的，常常使用次优路由以减少发现路由的开销。TORA 协议包括 3 个 基本模块：路由的创建、路由的维护和路由的删除。在路由的建立和路由维护过程中， 节点应用“高度”Metric 来建立一个以目的节点为根的有向非循环图。这样链路根据相邻两 个节点的高度值来确定向上或向下的方向。 2.5 路由协议性能评标准 主要包括以下几个方面的指标7： （1）丢包率：网络中数据传输是以发送和接收数据包的形式进行的，理想状态下 发送了多少数据分组就能接收多少数据分组，但是由于信号衰减、网络质量等诸多因素 影响下，可能产生数据分组丢失。在单位时间内未收到的数据分组与发送的数据分组的 比率就是丢包率，

46、当然这个数字越小越好。丢包率的计算公式见式（4.1） 。 丢包率= （4.1） 发送分组数 未接收到的分组数 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） - 14 - （2）端到端平均时延：指单位数据包从源节点到目的节点所用的时间，时延越小， 说明响应越快，网络质量越令人满意。该统计量反应了网络的拥塞状况，计算公式见式 （4.2） 。 端到端平均时延= （4.2） 数据包总数 所用时间源节点数据包成功传输 （3）路由开销：单位数据包个数所引起的额外路由分组个数，包括 RREQ（Route Request，路由请求） 、RREP（Route Reply，路由应答） 、RRER（Route Error，

47、路由错误） 等，该统计量反应了路由协议的效率，计算公式见式（4.3） 。 路由开销= （4.3） 发数的数据分组数 发送的路由分组数 (4)平均吞吐量：该参数是在接收数据时由网络层的上层统计的，是指节点单位时 间内收到的数据分组数，它是一个容量概念，表示数据传输的总量。 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） - 15 - 第 3 章 网络模拟器 NS2 3.1 NS2 简介 NS2（Network Simulator Version2）是一款开放源代码的网络模拟软件，最初由加州 大学伯克分校（UC Berkeley）开发。它最初的开发目的是为了研究大规模网络以及当前 和未来网络协议的交互行为。

48、它为模拟研究有线和无线网络上的 TCP/IP、路由和多播等 协议提供了强有力的支持。NS2 是一个开放源代码软件，任何人可以获得、使用和修改 其源代码。正因为如此，世界各地的研究人员每天都在扩展和更新它的功能，为其添加 了新的协议和功能。它也是目前网络研究领域应用最广泛的网络模拟软件之一。 NS2 来源于 1989 年的 Real NetWork Simulator 项目，经过多年的发展，于 1995 年 得到 Xerox 公司的支持，加入 VINT 项目。NS2 一直以来都在吸收全世界各地研究者的成 果3。 NS2 是一款面向对象的、离散事件驱动的网络模拟器，可以完整地模拟整个网络环 境。N

49、S2 使用一整套 C+类库实现了绝大多数常见的网络协议以及链路层的模型，利用 这些类的实例就可以搭建起整个网络的模型。 NS2 使用了被称为分裂对象模型的开发机制。采用 C+和 OTcl 两种开发语言进行 开发。它们之间采用 TclCL 进行自动连接和映射。考虑效果和操作便利等因素，NS 将数 据通道和控制通道的实现相分离。为了减少分组和事件的处理时间，事件调度器和数据 通道上的基本网络组件对象都使用 C+编写，这些对象通过 TclCL 映射对 OTcl 解释器可 见。NS2 可以说是 OTcl 的脚本解释器，它包含模拟事件高度器、网络组件对象库等。事 件调度器控制模拟进程，在适当时间激活事件队列中的当前事件，并执行该事件。网络 组件模拟网络设备或节点的通信，它们通过制定模拟场景和模拟进程，交换特定的分组 太原科技大学华科学院毕业设计（论文） - 16 - 来模拟真实网络情况，并将执行情况记录到日志文件中，供用户分析解读，获取模拟结 果。NS2 采用这种分裂模型既提高了模拟效率，加快了模拟速度，又增强了模拟配置的 灵活性和操作的简便性。 NS2 是在 UNIX 系统上开发的，因此可以在 UNIX 和类 UNIX 系统上安装。另外， NS2 也可以在