Ad hoc网络中按需路由协议AODV的改进与仿真

摘要

移动Ad hoc网络是一种不依赖与固定设施的、自组织的无线网络，其组网方便、快捷，不受时间和空间的限制，既可应用于救援、会议、战场、探险或危险环境中的目标监控等场合，又可用于有线网末端网络的扩展。Ad hoc网络的主要特点是无线传输、动态拓扑、多跳连接、信道共享、带宽受限和能源受限。 Ad hoc网络的路由协议是当前研究的热点之一。传统有线网络中的路由协议已经不再适应Ad hoc网络动态拓扑变化的拓扑结构，必须设计新的Ad hoc网络路由协议。目前，适用于Ad hoc网络的路由协议较多，对典型的按需路由协议AODV的研究也是当前研究的热点。 本文首先概述了Ad hoc网络的概念，特点，应用领域和关键技术，其次介绍了Ad hoc网络中典型的路由协议，然后着重对AODV协议的原理和运行机制进行了说明，分析了该协议的优缺点，并进行了改进。 结合AODV协议在路由修复和能量方面的不足，本文提出了三种改进的思路： 第一种改进思路：由于AODV协议路由断裂的情况比较复杂，本文分析了最有可能断裂的四种情况，为了防止路由断裂的出现，在建立主干路由的过程中，同时各个节点以混杂模式监听邻居节点发送的数据包，根据数据包的字段HTD建立备选路由，必须保证备选路由中的所选择的节点和主干路由中的节点不同。在路由维护阶段结合HTD字段也避免出现“环”和“无穷计数”的情况。 第二种改进思路：在AODV协议中考虑能量因素，由于既要保证每条路由上的能量消耗最少，又要使得该路由上的节点的生存时间最长，这个问题是个NP难题，因此在建立一种新的能量模型的基础上，提出了一种近似算法来得到一个可行解，并在AODV协议上进行了实现，从而可延长网络的生存时间，防止网络过早断裂。 第三种改进思路：仍然是以能量为主要出发点，提出了四种基于AODV协议的改进协议方案。这些协议基本上以时延为主要参数，根据各个节点能量消耗和门限值，概率和消耗水平情况，来建立不同的转发时延，以此来达到各个节点的能量消耗均衡，增加了各个节点的存活时间，防止出现过多的死亡节点。以上三种改进思路均在NS2仿真软件下进行了实验。实验表明：改进后的协议比AODV有了明显的改善，可以推广到其他的单播和多播协议中。 本文共分为8章，各章内容可归纳如下： 第1章引入了Ad hoc网络的概念，介绍了Ad hoc网络的特点，应用前景及关键技术，同时介绍了本课题的来源及研究意义，最后论述了本文的工作和创新点。 第2章介绍了Ad hoc网络的典型路由协议。 第3章论述了AODV路由协议运行机制和该协议的优缺点。 第4章介绍了网络仿真软件NS2。 第5章提出了一种避免路由断裂的改进协议AOD-AB，并在NS2平台下与AODV进行了性能对比。 第6章在建立一种新的能量模型的基础上，提出了一种近似算法来改进AODV协议，同时在NS2上对改进前后协议进行了比较。 第7章提出了四种基于时延的改进协议，并与AODV协议在NS2上进行了比较。 第8章对全文进行了总结，并对未来的工作进行了展望。 本文得到了国家自然科学基金项目(批准号：90304018，60672137，60773211)，教育部博士点基金项目(批准号：20060497015)和湖北省科技攻关项目(2007AA101C63)的资助。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2移动Ad hoc网络(MANET)

1.3移动Ad hoc网络的特点

1.4移动Ad hoc网络的应用领域

1.5移动Ad hoc网络的关键技术

1.6国内外MANET路由协议的研究现状

1.7本课题的来源及研究意义

1.7.1课题来源

1.7.2课题研究的目的及意义

1.8研究工作和本文的贡献

第2章移动Ad hoc网络中的典型路由协议

2.1引言

2.2 Ad hoc网络路由协议的分类

2.3表驱动路由

2.3.1 DSDV

2.3.2 FSR

2.3.3 WRP

2.3.4 STARA

2.3.5 OLSR

2.4按需路由

2.4.1 AODV

2.4.2 DSR

2.4.3 TORA

2.4.4 ABR

2.4.5 SSR

2.5两种类型路由协议的比较

2.6移动Ad hoc网络中的QoS路由策略

2.6.1 CEDAR

2.6.2 TBP

2.7小结

第3章AODV路由协议运行机制分析

3.1概述

3.2 AODV路由协议的运行方式

3.2.1 AODV路由发现

3.2.2反向路由的建立

3.2.3 正向路由的建立

3.2.4 AODV路由表的管理

3.2.5 AODV路由维护

3.2.6 AODV局部连接管理

3.2.7示例

3.3 AODV路由协议的优点

3.4 AODV路由协议的缺陷

3.5小结

第4章网络仿真与NS2分析

4.1 NS2简介

4.2 NS2的层次结构

4.2.1 NS2模块概述

4.2.2 NS各组成部分

4.3用NS2进行网络仿真

4.4用OTCL实现仿真的过程

4.5小结

第5章一种基于避免路由断裂的AODV改进协议

5.1引言

5.2路由断裂的可能条件

5.2.1接收节点的接收功率

5.2.2交叉路由中的关键节点

5.2.3节点的能量消耗

5.2.4节点的稀疏和密集程度

5.3 AODV-AB协议

5.3.1主干路由阶段

5.3.2备选路由阶段

5.3.3维护路由阶段

5.4仿真模型的建立和协议性能分析

5.4.1仿真模型的建立

5.4.2协议性能分析

5.5小结

第6章一种基于新的能量模型的路由协议

6.1引言

6.2新的能量模型

6.3基于该能量模型的路由算法

6.3.1近似算法思想

6.3.2近似算法实现

6.4近似算法的复杂性分析

6.4.1算法的正确性分析

6.4.2算法的时间复杂性分析

6.5仿真模型的建立

6.6协议性能分析

6.7小结

第7章四种基于能量和时延AODV的改进协议方案

7.1引言

7.2一种基于剩余能量的时延转发路由协议

7.3一种基于能量消耗水平的时延转发路由协议

7.4一种基于能量门限值的转发路由协议

7.5一种基于概率模型的的转发路由协议

7.6算法性能分析

7.6.1算法的正确性证明

7.6.2算法的复杂性分析

7.7仿真模型的建立

7.8协议性能分析

7.9小结

第8章总结与展望

8.1工作总结

8.2未来工作及展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研项目