基于位置的MANET路由协议研究与实现

摘要

移动自组网（MANET）是一种不需要基础设施支持的无线网络，具有移动、分布式和多跳等特点。网络中的节点具有终端和路由器的双重功能，节点具有路由获取和分组转发的功能，非常适用于救灾应急通信及军事领域。由于网络拓扑结构动态变化，通信带宽及能量受限等原因，使得移动自组网的研究极具挑战性。
　　 本文重点研究基于位置的MANET网络路由协议。文章首先介绍了MANET的起源，分析了MANET的特点，阐述了MANET的体系结构、关键技术，以及国内外研究现状。继而讨论了MANET路由协议的分类，以及每种协议各自的优缺点。针对GPS辅助型路由协议，本文回顾了五种经典的基于位置的路由协议，并进行了比较分析，探索了MANET路由协议的设计及其性能问题和评价标准，得出了基于位置的层次型路由协议的设计思想。
　　 基于位置信息的路由协议主要由两个部分组成：前向转发策略和位置服务。本文在第三、四章分别对这两部分进行了详细的阐述。在基于位置的前向转发策略中，本文采用“合零为整”的分层转发策略，按地理位置将网络覆盖区域进行分区管理，大幅减少了参与路由和转发的节点数，有效地节约了无线网络资源；采用源路由机制，降低了中间转发节点在路由决策中的算法复杂度和节点的信息存储要求。在位置服务中，本文采用基于四叉树的层次型结构，与前向转发策略共用网关节点，能够很好的与之协同工作。同时，层次型位置服务还具有查询步骤少，算法简单，速度快，引起的延时小；位置查询涉及的节点少，转发包少；维护信息少，需要的更新少，省带宽等优点。
　　 本文最后利用NS-2仿真软件对基于位置的层次型路由协议进行了模拟实验。实验结果表明，与传统的MANET路由协议相比，基于位置的层次型路由协议在扩展性、查询开销、查询成功率等方面都有明显提高。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 MANET网络简介

1.3 MANET网络的体系结构与特点

1.3.1 MANET网络的体系结构

1.3.2 MANET网络的特点

1.4 MANET网络的研究热点与研究现状

1.4.1 MANET网络的研究热点

1.4.2 国内外研究现状

1.5 本论文的研究内容和意义

1.6 本论文的创新之处

1.7 论文安排和所完成的工作

第二章 MANET路由协议

2.1 传统网络路由协议在MANET网络中的问题

2.2 MANET路由协议分类

2.2.1 先验式和反应式路由协议

2.2.2 平面型和层次型路由协议

2.2.3 单路径型和多路径型路由协议

2.2.4 GPS辅助型和非GPS辅助型路由协议

2.3 基于位置的MANET路由协议

2.3.1 协议构成

2.3.2 几种协议及性能比较

2.4 路由协议的评价标准

2.4.1 定性属性

2.4.2 量化属性

2.4.3 其它参数

2.5 本章小结

第三章 基于位置的分层转发策略

3.1 总体设计思想

3.2 路由发现过程

3.3 路由维护机制

3.4 利用路由缓冲区应答路由请求

3.5 数据结构

3.5.1 路由缓冲区

3.5.2 路由请求表

3.5.3 发送缓冲区

3.5.4 重发缓冲区

3.5.5 接收缓冲区

3.6 表头格式

3.6.1 表头的固定部分

3.6.2 路由请求选项

3.6.3 路由应答选项

3.6.4 路由错误选项

3.6.5 应答请求选项

3.6.6 应答选项

3.6.7 源路径选项

3.7 详细处理过程

3.7.1 一般数据包处理

3.7.2 路由发现

3.7.3 路由维护

3.8 本章小结

第四章 基于位置的层次型位置查询方法

4.1 位置服务

4.1.1 先验式位置数据库系统

4.1.2 先验式位置分发系统

4.1.3 反应式位置系统

4.2 设计思路

4.3 分布式位置服务的可行性研究

4.3.1 引入GLS时出现的问题

4.3.2 问题的根本原因

4.4 层次型位置查询方法设计

4.5 数据结构

4.5.1 位置缓冲区

4.5.2 位置信息表

4.5.3 位置请求表

4.6 表头格式

4.6.1 表头的固定部分

4.6.2 位置请求选项

4.6.3 位置应答选项

4.6.4 位置更新选项

4.7 详细处理过程

4.7.1 位置查找

4.7.2 位置更新

4.8 协议性能的理论分析

4.9 本章小结

第五章 基于NS-2的MANET网络仿真及性能评价

5.1 网络仿真软件NS-2

5.2 无线移动仿真模型

5.3 路由协议实现

5.3.1 具体安排

5.3.2 增加控制包类型

5.3.3 增加路由代理

5.3.4 增加路由表

5.3.5 重新编译

5.4 仿真程序设计

5.4.1 定义网络参数

5.4.2 生成仿真对象

5.4.3 生成仿真场景

5.4.4 仿真退出处理

5.5 仿真结果处理与分析

5.5.1 仿真结果格式

5.5.2 仿真过程动画显示

5.5.3 仿真结果处理

5.6 仿真结果与性能分析

5.7 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录一 NS-2仿真源程序头文件

附录二 NS-2仿真源程序

攻读硕士学位期间所完成的论文

致谢