基于地理位置的动态源路由协议的研究与改进

摘要

移动自组网络(Mobile Ad Hoc Network，MANET)在军事、农业、环境监测、医疗卫生、工业、智能交通、建筑物监测、空间探索等领域有着广阔的应用前景和巨大的应用价值，被认为是未来改变世界的十大技术之一、也是物联网的重要组成技术之一。因此，研究设计或优化更有效的适用于MANET的路由协议，延长其网络寿命，提升其性能(如包的成功发送率、速率等)显得十分重要。
　　 本文针对DSR(Dynamic Source Routing)路由协议作了详细的剖析，它作为一种经典的按需路由协议，协议的具体算法分为两个阶段：路由发现阶段和路由维护阶段。标准DSR协议的第一个阶段是路由发现阶段，在该阶段源节点发送路由请求报文时是在整个自组网络范围内洪泛该请求包来进行的，这样的处理机制导致了MANET中有限的网络带宽被利用在路由请求包的洪泛上了，使网络的吞吐量下降了。针对该缺陷，本文在原协议的该阶段提出了移动节点间引入节点的地理位置信息的路由发现过程的改进办法，在第一阶段源节点通过寻找离目的节点的地理位置最近的邻接节点的办法来选择到目的节点的“最优下一跳转发节点”的选择策略来进行路由发现过程，并且每个节点维护一个有限跳半径范围内的链路状态表-局部链接表，这个局部链接表实时记录着与该节点有限跳内的节点间的链路状态。这样，自组网络全局范围内采用路径缓存来记录拓扑结构，局部范围内采用链接缓存的思想。针对以上改进思想，本文加入了几个关键的概念数据结构，并提出了改进后的算法流程，提出了每个节点在接收到路由请求报文和路由应答报文的具体处理步骤。然后基于NS2(Network Simulation version2)仿真平台，在标准动态源路由协议(DSR)的源代码基础上提出修改方案并实现。然后用基于地理位置改进的GDSR协议与标准DSR协议作了仿真实验对比分析结果性能。为了保证仿真实验结果的准确性，采用了多个节点运动场景模型来分别仿真。实验结果分析验证了GDSR的确有效地提升了整个网络的平均吞吐量和端到端时延，提高了网络性能。多次试验结果也表明了GDSR协议基于地理位置来选择路由节点具有可行性，但是在具体实施环节还需要进一步的完善，改进协议的有些细节处理还有待进一步改良。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 本课题的来源及研究意义

1.2 移动Ad HOC网络的应用

1.2.1 Ad HOC网络的提出

1.2.2 Ad HOC网络的体系特点

1.2.3 Ad HOC网络应用以及现状

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要工作及思路创新

1.5 本文的组织结构

第2章 移动自组织网络路由协议

2.1 移动自组网概述

2.2 移动Ad Hoc网络路由协议概述

2.3 移动自组网路由协议的分类

2.3.1 主动式路由协议与反应式路由协议

2.3.2 平面结构路由协议和分级结构路由协议

2.3.3 其他路由协议

2.4 典型的移动自组网路由协议

2.4.1 主动式路由协议的代表：DSDV协议

2.4.2 反应式路由协议的代表：DSR协议和AODV协议

2.5 影响路由协议性能比较的环境因素

2.6 本章小结

第3章 网络仿真及NS2平台

3.1 网络仿真概述

3.1.1 网络仿真技术

3.1.2 网络仿真平台之NS2概述

3.2 NS2 平台

3.2.1 NS2的结构和原理

3.2.2 NS2的安装

3.2.3 NS仿真功能模块与软件构成

3.2.4 NS2的网络仿真过程介绍

3.3 本章小结

第4章 源动态路由协议研究及算法改进

4.1 DSR协议标准介绍

4.2 基于地理位置信息的路由思想

4.3 改进中相关概念结构的扩展

4.3.1 路由缓存(Route Cache)

4.3.2 路由请求表(Route Request Table)

4.3.3 发送缓冲区(Send Buffer)

4.3.4 重传缓冲区(Retransmission Buffer)

4.3.5 记录节点间链接状态的链表

4.4 DSR协议中主要分组结构介绍与扩展

4.4.1 DSR头(固定部分)

4.4.2 路由请求选项(Route Request Option)

4.4.3 路由应答表项(Route Reply Option)

4.4.4 其他DSR选项

4.5 路由算法改进过程

4.6 改进协议的实现流程

4.6.1 获得目的节点的地理位置

4.6.2 建立链路状态缓存信息

4.6.3 数据包的发收流程

4.6.4 中间节点转发分组

4.6.5 路由维护

4.7 改进后的协议GDSR与标准DSR协议的对比分析

4.8 本章小结

第5章 仿真实验结果及分析

5.1 本文重要仿真过程

5.1.1 GDSR协议的实现

5.1.2 TCL仿真脚本介绍

5.1.3 场景文件的生成

5.2 仿真参数配置及结果文件分析

5.2.1 仿真参数配置的一致性

5.2.2 结果文件trace分析工作

5.3 两种协议仿真对比分析

5.4 本章总结

第6章 总结和展望

6.1 研究工作总结

6.2 技术研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研项目情况