水声通信网络中运动节点间路由协议的仿真研究

摘要

水声通信网络是水下信息获取、水声数据传输的重要手段。随着国家对海洋探索的逐步深入、对海洋认识的不断加深，水声通信网络在海洋领域发挥着无法替代的作用。水声路由协议是构建水声网络的重要环节，它通过分析水声通信网络的拓扑结构，对数据传输进行动态规划。海洋科技的发展使得水下通信网络趋于移动性和大规模，简单的固定传输路由将无法满足网络的传输需求，因此设计合理的水声路由协议成为当前研究热点。本论文以水声路由协议作为研究重点，分别对适合于水下移动网络的单路径与多路径两类路由协议进行研究、设计、仿真与分析。
　　首先，分析了路由协议的基本原理和各类路由协议的基本特性。根据水下移动节点的通信特点，选取了单路径路由协议中的DSR(Dynamic Source Routing)路由协议和AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector Routing)路由协议作为研究重点，分析了两种协议的基本原理、数据结构、路由收发机制。对比研究了两种协议的传输性能。
　　其次，介绍网络模拟器NS2(Network Simulator Version2)及其相应的扩展模块。通过设置不同的业务场景和运动模型，对AODV和DSR的传输性能进行仿真分析。对比在仿真节点数不同和节点运动速度不同时，AODV和DSR在归一化路由负载和分组到达率等方面的性能，分析DSR和AODV适用水声通信场景。
　　再次，对多路径路由协议展开了详细的研究。阐述了多路径路由的构成原理和分类，研究并分析了节点不相交路径、链路不相交路径和相交路径三种多径方式的性能。介绍了典型的多路径路由协议，并讨论了多路径协议中多条路径的使用方法。重点分析了备份路由协议算法模型和运行机制。仿真分析了路由跳数、备份链路个数及节点参与度对备份路由协议性能的影响。使用路由长度、节点相似度和链路相似度三个量值构造了能够量化每条路径性能的代价函数。
　　最后，设计并实现了备份源路由协议。分别在网络节点数不同和节点最大运动速度不同的两种场景下，对备份源路由的分组投递率、归一化路由开销及路由发起频率等性能指标进行了仿真分析，并与相应场景下的AODV和DSR协议的性能进行对比，分析备份源路由的性能。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景

1．2水声通信网络概述

1．2．1 水声通信网络拓扑结构

1．2．2水声通信网络分层结构

1．3国内外研究现状

1．3．1水声通信网络的国内外研究现状

1．3．2水声路由协议的研究现状

1．4．1水下通信网络研究挑战

1．4．2水声路由协议研究挑战

1．4．3水声路由协议的发展方向

1．5论文的内容和结构安排

第2章单路径路由协议的研究

2．1路由协议的基本原理

2．2路由协议的分类

2．2．1 表驱动路由协议

2．2．2按需驱动路由协议

2．2．3混合路由协议

2．3单路径路由协议特性

2．4 DSR路由协议

2．4．1 DSR的运行机制

2．4．2 DSR路由发现

2．4．3 DSR路由维护

2．4．4控制分组结构

2．4．5 DSR协议小结

2．5 AODV路由协议

2．5．1 AODV的基本原理

2．5．2 AODV路由发现

2．5．3 AODV路由维护

2．5．4控制分组结构

2．5．5 AODV协议小结

2．6 AODV和DSR协议的对比分析

2．7本章小结

第3章单路径路由协议的仿真实现与分析

3．1 路由协议的仿真平台

3．1．1仿真软件简要介绍

3．1．2网络模拟基本过程

3．2仿真环境设计

3．2．1仿真实验场景

3．2．2数据业务场景

3．2．3节点运动场景

3．2．4仿真性能指标

3．3 AODV与DSR仿真对比

3．3．1不同节点数

3．3．2最大速度不同

3．4本章小结

第4章多路径路由协议的研究

4．1 多路径路由的基本概念

4．1．1多路径路由的定义

4．1．2多路径路由的分类

4．2典型的多路径路由协议

4．2．1 分裂多路径路由

4．2．2多路径源路由

4．2．3按需多路径距离矢量路由

4．2．4备份路由协议

4．3多路径的使用方法

4．3．1 同时使用多条路径传输数据

4．3．2备份机制与路由选择标准

4．4备份源路由协议

4．4．1备份源路由的概念

4．4．2路由的代价函数

4．5备份源路由算法

4．5．1 路由发现

4．5．2备份路径的选择

4．5．3路径维护

4．6基于中继备份的备份路由

4．7本章小结

第5章备份源路由协议的仿真实现与分析

5．1 水声路由协议设计要点

5．2备份源路由协议的仿真实现

5．3仿真环境设计

5．3．1仿真实验场景

5．3．2网络中的通信业务

5．4备份源路由协议性能分析

5．5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢