本文關(guān)鍵詞：無線自組網(wǎng)主動(dòng)路由協(xié)議研究與分析　出處：《北京交通大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種多跳的臨時(shí)性自治系統(tǒng),由一組帶有無線收發(fā)功能的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成。近年來,無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用已涉及到軍事通信、應(yīng)急通信等領(lǐng)域,主要應(yīng)用場景有:(1)軍用及警用領(lǐng)域軍事與警用領(lǐng)域至今仍是無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。在現(xiàn)代化的戰(zhàn)場上,由于沒有基站等基礎(chǔ)設(shè)施,裝備了移動(dòng)通信裝置的軍事人員、軍事車輛以及各種軍事設(shè)備之間可以借助無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換,以保持密切聯(lián)系、協(xié)作完成作戰(zhàn)任務(wù)。裝備音頻傳感器和攝像頭的軍事車輛和設(shè)備也能夠組成無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò),在目標(biāo)區(qū)域收集重要的位置和環(huán)境信息傳送到處理節(jié)點(diǎn)。(2)緊急和突發(fā)場合在自然災(zāi)害或其他各種原因?qū)е戮W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)故障或無法使用時(shí),快速地恢復(fù)通信是非常重要的。借助無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和協(xié)議,可以快速地建立臨時(shí)網(wǎng)絡(luò),延伸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,從而為營救贏得時(shí)間,減少災(zāi)難所帶來的危害。(3)移動(dòng)會議目前,越來越多的參會人員攜帶電腦等便攜式設(shè)備參加會議,如果與會者不用借助路由器、集線器或基站就能將各種移動(dòng)終端快速地組成無線網(wǎng)絡(luò)從而完成提問、交流以及資料的分發(fā),這無疑具有重要的意義。此外,借助無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)還可以實(shí)現(xiàn)分布式會議。(4)車載無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)車載無線AdHoc網(wǎng)絡(luò)的基本思想是,在一定的通信范圍內(nèi)的車輛可以相互交換各自的車速、位置等信息和車載傳感器感知的數(shù)據(jù),并自動(dòng)地連接建立起一個(gè)移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)的單跳通信范圍只有幾百到一千米,每一個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)是收發(fā)器和路由器,采用多跳的方式將數(shù)據(jù)傳給更遠(yuǎn)的車輛。目前,車載無線AdHoc網(wǎng)絡(luò)在交通中已有十分廣泛的應(yīng)用,提高了駕駛的安全性和路況的實(shí)時(shí)性。與集中式單跳無線網(wǎng)絡(luò)(如2G、3G、LTE等)相比,無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具有如下鮮明的特點(diǎn):(1)動(dòng)態(tài)拓?fù)�。無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的任意移動(dòng)會引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膶?shí)時(shí)變化。相比傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備引起的小區(qū)切換,Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓療o疑是更加隨機(jī)、更加迅速、更加顛覆性的。(2)自組織、自愈合。無線AdHoc網(wǎng)絡(luò)是一種集中式(具有分布式多中心點(diǎn))/分布式/混合式網(wǎng)絡(luò),不需要預(yù)先架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過鄰居感知自組織建立維護(hù)網(wǎng)絡(luò),任何節(jié)點(diǎn)的加入和退出都不會影響網(wǎng)絡(luò)的功能。這種特性使得無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具有更高的靈活性和健壯性。(3)多跳傳輸。在傳統(tǒng)的移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中,僅支持一跳或兩跳(Relay和CoMP)組網(wǎng)。在無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中,任何普通節(jié)點(diǎn)都可以成為多跳傳輸?shù)闹欣^節(jié)點(diǎn)。這種靈活的多跳轉(zhuǎn)發(fā)功能也恰恰體現(xiàn)了無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的多點(diǎn)協(xié)作功能。(4)帶寬有限。由于無線信道衰減大、噪聲和干擾較強(qiáng)等原因,無線鏈路的容量要明顯低于有線鏈路。并且在多跳傳輸中,相比傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò),無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的每一跳都是通過無線信道傳輸?shù)?這就造成了信道容量的損耗是隨跳數(shù)增加而不斷增大的(注:采用資源復(fù)用和多信道機(jī)制可部分解決)。(5)能量受限。在無線AdHoc網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)設(shè)備可以是多種多樣的。大到衛(wèi)星、軍艦、汽車等,小到PC機(jī)、手持型設(shè)備、智能可穿戴設(shè)備、傳感器節(jié)點(diǎn)等都可以成為網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)或者中繼節(jié)點(diǎn)。相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的基站等基礎(chǔ)設(shè)施,無線AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的這些移動(dòng)節(jié)點(diǎn)往往是能量有限的。所以在網(wǎng)絡(luò)部署和協(xié)議設(shè)計(jì)中,節(jié)能也是一個(gè)需要考慮的因素。(6)低安全性。由于多跳的無線傳輸信道以及分布式的控制機(jī)制,相對傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò),無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)更容易受到被動(dòng)竊聽、主動(dòng)入侵、拒絕服務(wù)、剝奪"睡眠"等網(wǎng)絡(luò)攻擊。安全問題是自組網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)營中另一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的問題。隨著無線Ad Hoe網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)需求逐漸增多,人們對通信服務(wù)質(zhì)量的要求也隨之越來越高,不僅考慮業(yè)務(wù)可達(dá)性,對業(yè)務(wù)傳輸?shù)目煽啃�、時(shí)延等指標(biāo)也提出了更高的要求。針對這類問題,無線AdHoc網(wǎng)絡(luò)有許多研究方向,如能源消耗,安全問題,QoS等。而路由協(xié)議決定業(yè)務(wù)傳輸?shù)男阅?其改進(jìn)和優(yōu)化是無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)。目前無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中主要的路由協(xié)議有:DSDV,AODV,DSR和ZRP路由協(xié)議等。其中AODV屬于按需路由協(xié)議,當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要給網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)傳送信息時(shí),如果沒有到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路由,則必須先以廣播的形式發(fā)出RREQ(路由請求)消息進(jìn)行尋路。RREQ消息中記錄著業(yè)務(wù)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的IP地址,鄰近節(jié)點(diǎn)收到RREQ,首先判斷目的節(jié)點(diǎn)是否為自己。如果是,則向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送RREP(路由回復(fù));如果不是,則首先在路由表中查找是否有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由,如果有,則向源節(jié)點(diǎn)單播RREP,否則繼續(xù)廣播RREQ進(jìn)行查找。按需路由發(fā)送業(yè)務(wù)前需要進(jìn)行尋路,因此業(yè)務(wù)時(shí)延較大。ZRP協(xié)議為區(qū)域路由協(xié)議屬于混合路由協(xié)議的一種,混合路由協(xié)議是綜合按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議與表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議的協(xié)議,是近年來迅被提出并發(fā)展的一種新型路由協(xié)議。ZRP路由協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)劃分為各個(gè)區(qū)域,對于域內(nèi)的節(jié)點(diǎn),在業(yè)務(wù)到達(dá)之前進(jìn)行路由交互,通過周期性向鄰居發(fā)送本地路由表本區(qū)域內(nèi)到達(dá)所有節(jié)點(diǎn)的路由,因此域內(nèi)不需要進(jìn)行尋路。當(dāng)目的結(jié)點(diǎn)不在源節(jié)點(diǎn)的主動(dòng)路由域內(nèi),則需要按照按需路由協(xié)議進(jìn)行路由查找。該協(xié)議的優(yōu)勢在于,與單純的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議相比可以減少通信開銷,而與按需路由協(xié)議相比又可以相對減少域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的尋路時(shí)延。主動(dòng)路由協(xié)議又稱為先驗(yàn)式路由協(xié)議,該協(xié)議的特點(diǎn)是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要維護(hù)一張可達(dá)節(jié)點(diǎn)的路由表,并包含相關(guān)節(jié)點(diǎn)的信息。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在全網(wǎng)范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)找尋所有可達(dá)節(jié)點(diǎn),并確保所有節(jié)點(diǎn)有相同路由表。典型的無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)路由協(xié)議有DSDV與DSR協(xié)議。由于主動(dòng)路由協(xié)議具有低時(shí)延的特點(diǎn),因此本文主要對無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用較為廣泛的主動(dòng)路由協(xié)議目的節(jié)點(diǎn)序列距離矢量(DSDV)協(xié)議進(jìn)行研究。DSDV協(xié)議采用最短路徑法則,每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)一張包含到達(dá)節(jié)點(diǎn)的路由信息的路由表,并根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)廣播路由更新消息來更新路由的變化。協(xié)議中使用目的端序列號,避免因使用過時(shí)的路由信息而產(chǎn)生無效(包括路由環(huán)路)的路徑。每個(gè)目的節(jié)點(diǎn)的路由記錄對應(yīng)一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)序列號,這個(gè)序列號由目的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生。當(dāng)節(jié)點(diǎn)從鄰節(jié)點(diǎn)的消息中得到某一目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的另一個(gè)路由記錄時(shí),若新記錄的順序號比已有的記錄大,則節(jié)點(diǎn)使用新的路由記錄。若兩個(gè)路由記錄的順序號相同,則節(jié)點(diǎn)使用路徑長度更短的記錄;否則,目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的記錄不變。衡量路由性能的主要指標(biāo)為時(shí)延、開銷。時(shí)延是指一個(gè)數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)傳送到目的節(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間。它包括了發(fā)送時(shí)延,傳播時(shí)延,處理時(shí)延,排隊(duì)時(shí)延等。在不考慮業(yè)務(wù)擁塞的情況下,由路由引起的時(shí)延主要來自于尋路。而對主動(dòng)路由協(xié)議來說,尋路的過程為網(wǎng)絡(luò)中拓?fù)浒l(fā)生變化到全網(wǎng)都獲得新拓?fù)涞臅r(shí)間。由于主動(dòng)路由需要通過廣播路由更新消息告知全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)路由(拓?fù)?的變化,因此會帶來較大的路由開銷。而路由開銷越大,路由所造成的網(wǎng)絡(luò)壓力就越大,占用資源量越多。綜上,本文針對主動(dòng)路由存在的更新周期過長鏈路不準(zhǔn)確、更新周期過短開銷大的缺陷,首先介紹了 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)DSDV路由協(xié)議的研究目的和意義及其發(fā)展現(xiàn)狀,并介紹了本文的內(nèi)容安排和工作。其次,介紹了 AdHoc網(wǎng)絡(luò)的研究背景,并對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中多種路由協(xié)議進(jìn)行比較,分析其優(yōu)缺點(diǎn)。然后對DSDV的原理進(jìn)行介紹,對DSDV路由協(xié)議流程進(jìn)行重點(diǎn)分析,提出了 DSDV目前存在的問題與文章的主要研究工作,對協(xié)議性能進(jìn)行分析,并詳細(xì)介紹性能仿真的過程。然后,根據(jù)DSDV路由協(xié)議的性能評估標(biāo)準(zhǔn),對參數(shù)進(jìn)行分析與仿真,并闡述未來工作。本文根據(jù)設(shè)定不同更新周期,結(jié)合NS-2網(wǎng)絡(luò)仿真平臺模擬了 DSDV路由協(xié)議在不同更新周期的情況下的性能,為后續(xù)DSDV的研究提供參考。將更新周期設(shè)定為本文得出的最優(yōu)化更新周期,并與同類主動(dòng)路由OLSR及按需路由AODV進(jìn)行對比,得出優(yōu)化后的DSDV協(xié)議能夠在達(dá)到較小時(shí)延的同時(shí)保持較為穩(wěn)定的開銷。最后對本文進(jìn)行總結(jié),并對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)DSDV路由協(xié)議進(jìn)行展望。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.5

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本文編號：1429804