适应无线信道不稳定性的机会路由机制的设计与实现

摘要

本研究源自宽带网络研究室教育部留学归国人员项目：无线自组织网络试验平台的研究与实现。本文提出和实现的机会路由机制是适用于无线自组织网络的。无线自组织网络是一个多跳、临时、无中心的网络，是一个可以在任何时候、任何地点快速构建起来的移动通信网络。其中，路由协议是影响无线自组织网络性能的关键技术之一。也是目前无线自组织网络领域研究成果最为集中的一个方向。无线自组织网络的路由协议通常采用跟有线网络相似的路由机制。研究发现，这类路由机制不能很好地适应无线信道的不稳定性和网络拓扑的动态变化性。麻省理工学院首度提出的路由随机核心思想被证明能够更好地适应无线信道的特点和网络的拓扑动态性。各研究机构纷纷提出了自己的机会路由方案。但是目前提出的方案几乎都停留在仿真阶段，且多数路由方案不能支持网络中的多流通信。机会路由的核心思想是：节点在发送数据包之前，并不指定下一跳节点。而是广播数据包，在确实接收到数据包的节点中动态地选择一个最佳节点来转发数据包。
　　 本文提出了一种新的机会路由机制，该机制借助传统路由的路由请求消息和路由回复消息建立转发列表，只有转发列表中的节点才是参与通信的有效节点。列表中的节点根据到目的节点的跳数设定优先级，选择最优节点，实现数据包的调度转发。转发列表由源节点统一建立和维护，中间节点不需要维护路由信息。相比于其它的机会路由机制，本文提出的方案能够支持多对源和目的之间的通信，并且建立转发列表的开销要小得多。本文的重点是在Linux平台上以可加载内核模块的方式实现了提出的路由方案。协议的实现分为系统功能和协议算法两大部分。最后本文从时延和投递率角度，对比于传统路由协议AODV分析了机会路由协议的性能，并指出了机会路由协议的适用场景。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 课题研究背景

1.1.1 选题背景

1.1.2 研究的意义

1.2 课题研究内容

1.3 课题研究成果

1.4 论文的组织结构

第二章 Adhoc网络概述及机会路由研究现状

2.1 Adhoc网络简介

2.1.1 Adhoc网络的起源及特点

2.1.2 Adhoc网络的应用

2.1.3 Adhoc网络的关键技术

2.2 Adhoc网络的路由协议

2.2.1 路由协议的要求

2.2.2 路由协议的分类

2.2.3 路由协议的性能评价

2.2.4 常见的路由协议

2.3 机会路由的创新性

2.4 机会路由研究现状

2.4 本章小节

第三章 新的机会路由方案

3.1 机会路由对无线信道的适应性

3.1.1 传统路由协议面临的问题

3.1.2 机会路由的核心思想

3.2 设计机会路由面临的挑战

3.3 新的机会路由方案

3.3.1 基本术语

3.3.2 设计思想

3.4 机会路由的操作

3.4.1 转发列表的建立和优先级的设定

3.4.2 数据包的发送

3.4.3 数据包的转发

3.4.4 转发列表的维护

3.5 消息格式

3.5.1 路由请求消息

3.5.2 路由回复消息

3.5.3 数据包头

3.6 本章小节

第四章 Linux内核网络协议栈

4.1 Linux网络协议栈

4.1.1 网络协议栈的分层

4.2 网络报文的存储结构sk_buff

4.2.1 sk_buff的结构

4.2.2 sk_buff用法总结

4.3 网络报文的发送和接收

4.3.1 报文的发送

4.3.2 报文的接收

4.4 系统的路由功能

4.5 可加载内核模块

4.6 本章小节

第五章 机会路由协议在Linux上的实现

5.1 实现难点

5.1.1 新的可加载内核模块LKM——机会路由

5.2 系统交互

5.2.1 机会路由协议的注册

5.2.2 网络层处理函数的注册

5.2.3 虚拟网卡的注册

5.3 协议算法

5.3.1 路由请求模块

5.3.2 路由回复模块

5.3.3 数据包处理模块

5.3.4 缓存模块

5.3.5 服务模块

5.4 包的协议栈走向

5.5 数据包的发送流程

5.6 数据包的接收流程

5.7 协议性能分析

5.8 机会路由协议的适用场景

5.9 本章小节

第六章 结束语

6.1 论文工作总结

6.2 进一步的研究工作

参考文献

缩略语

致谢

攻读学位期间发表或已录用的学术论文