最高傳輸速率的移動Ad Hoc 路由協議小探

　　小編為你提供一篇關于最高傳輸速率的移動ad hoc 路由協議小探的畢業論文提綱，作為您的參考！

　　引言

　　ad hoc 網絡又稱為多跳網絡、無固定基礎設施的網絡或自組織網絡，是由一組帶有無線收發裝置的自主的無線節點或終端通過相互合作形成的網絡，可以獨立于固定的基礎設施，是一種自創造、自組織和自管理的網絡。移動自組網作為移動計算的一種特殊形式，由于它不需要固定的基站，各個節點均可自由移動，且能實現動態的鏈接，加上其具有生存性極強，且創建與移動極為方便的特點，在許多特殊情況下有著不可替代的作用，可廣泛應用于國防戰備、災難援助、法律執行等無法得到有線網絡支持或某些只是臨時需要通信但建立有線通信網絡代價太大的環境，且可以作為生存性極強的后備網絡。同時，隨著移動自組網絡研究的發展和相關產品的成熟，移動自組網必將越來越受到人們的重視。

　　路由協議作為影響網絡性能的一個重要因素，是確保移動自組網絡正確運行的關鍵。路由協議的主要作用是迅速準確地計算到達目的節點的路由，同時通過監控網絡拓撲變化來更新和維護路由。移動ad hoc 網絡的路由協議大致可以分為兩種：表驅動路由和按需路由兩大類。

　　1 表驅動路由協議與按需驅動路由協議

　　表驅動路由協議又稱先應式路由協議中，每個節點中維持有一張路由表以存儲網絡中達到其它所有節點的路由信息，各個鄰居節點之間周期性地廣播路由信息分組來交換路由信息,維持更新路由。表驅動路由協議的優勢在于能夠很快地從路由表中找到對應于目的地的路由表項，相對于反應式的路由協議，能夠很好地控制分組傳輸的時延，因此比較適合于數據傳輸實時性要求很高的應用場合，不太適合網絡拓撲變化非常迅速的場合，因為網絡拓撲的迅速變化可能使得路由表中的路由信息很快失效。

　　按需路由協議又稱反應式路由協議,運行該協議的節點不需要維持及時準確的路由信息,在需要發數據時才查找路由。每個節點中都存在路由發現過程和路由維護過程,前者負責尋找相應的路由,后者負責維護一個已建立的路由,直至目的節點不可達或不再需要該路由。和表驅動路由協議相比較,按需路由開銷小,但數據傳送時延較大等缺點。

　　2 olsr 協議原理

　　olsr路由協議是由ietf manet(mobile ad hoc network)工作組為無線移動ad hoc網提出的一種標準化的表驅動式優化鏈路狀態路由協議。節點之間需要周期性地交換各種控制信息，通過分布式計算來更新和建立自己的網絡拓撲圖，被鄰節點選為多點中繼站mpr(multipointrelay)的節點需要周期性地向網絡廣播控制信息。控制信息中包含了把它選為mpr的那些節點的信息(稱為mpr selector)，只有mpr節點被用作路由選擇節點，非mpr節點不參與路由計算。olsr還利用mpr節點有效地廣播控制信息，非mpr節點不需要轉發控制信息。

　　olsr主要采用兩種控制消息分組，hello分組和tc(topology control)分組。

　　hello消息用于建立一個節點的鄰居表，報文中可以包括鄰居節點的地址以及本節點到鄰居節點的延遲或開銷，olsr采用周期性地廣播hello分組來偵聽鄰居節點的狀態。hello分組只在一跳的范圍內廣播，不能被轉發。與hello消息相反，tc分組必須被廣播到全網。

　　節點在從自己的一跳鄰居節點中選擇mpr時計算的原則是：節點與mpr之間必須是雙向對稱鏈路，節點所發送的分組通過mpr的中繼，能夠到達所有對稱的兩跳鄰居節點,如果能夠滿足這一點，那么mpr就能有效地進行tc分組的轉發，同時，應該使mpr的數量盡量的少。

　　3 按需距離向量協議（aodv，ad hoc on-demand distance vector）

　　aodv是為具有幾十個到數千個移動節點的manet網絡設計的。aodv路由協議中有三種類型的消息控制幀：路由請求rreq，路由應答rrep和路由錯誤rrer。aodv主要包含路由發現、路由維護和鄰居管理等過程。中國代第一范文網與您分享論文提綱

　　當源節點需要發送數據而又沒有到目的節點的有效路由時，就會啟動一個路由發現過程：向網絡廣播一個路由請求分組（rreq），當收到請求的中間節點或目的節點有一條足夠新的路由到達目的地時，中間節點或者目的節點以單播的方式向源節點返回一個路由應答分組（rrep），源節點收到該rrep后則開始向對應目的節點發送數據。在數據傳輸過程中，當中間節點檢測到一條正在傳輸數據的活動路由的下一跳鏈路斷開或者節點收到去往某個目的地節點的數據報文，而節點沒有到該目的地節點的有效路由時，中間節點向源節點單播或多播路由錯誤消息rerr，源節點收到rerr后就知道存在路由錯誤，并根據rerr中指示的不可到達目的地重新尋找路由。

　　aodv通過周期性廣播hello報文來監視鏈路連通性。hello包的生存時間ttl值為1，只能在相鄰節點間傳播。一個節點收到一個hello包就可以新建一個鄰居條目或者知道一個鄰居節點與自己依然保持連接。如果在一定時間內收不到一個鄰居節點的hello包，則認為該鄰居節點與自己不再連接，以這個節點為下一跳的路由都不能再用來傳送數據，因此將這些路由設置為無效狀態。

　　4 最高傳輸速率的移動ad hoc 路由協議的仿真實現

　　aodv協議和olsr協議都沒有考慮各條鏈路的傳輸速率的差別，使用的關于路徑的評價標準是路徑的跳數。路由協議只是盡力而為地傳輸數據分組，沒有考慮網絡中間節點的擁塞情況和無線鏈路的實時狀態。由于無線通信的非對稱性以及mac層機制多速率機制的影響，使用跳數的路由度量往往不能構造一條性能良好的路徑。如圖1所示，節點ab之間的距離能承受1mbps的傳輸速率，ac和cb之間分別存在著5mbps的鏈路，這樣在最小跳數的規則下，應該選擇a-b作為最優路徑，這條路徑的最大速率也不會超過1mbps，而實際上路徑a-c-b由兩條高速而且誤碼率低的路徑組成，通常它的速率要大于1mbps。也就是由長距離鏈路組成的路由可以用較少的跳數到達目的節點，但是鏈路只能支持低速率通信，較長的實際距離會增加路徑的維護開銷，降低服務質量，并且路徑更容易斷裂；而由短距離鏈路組成的路由需要更多跳才能到達目的節點，但是鏈路能夠支持高速率進行通信。因此在多速率環境中無論是表驅動路由協議還是按需路由協議選擇的路由路徑會導致出現多跳低速的路徑，因此對網絡的吞吐量造成瓶頸。

　　基于上面的分析，本文提出了一種基于數據傳輸速率的路徑的路由協議方案，使用darate=1/數據傳輸速率,每經過一個節點，darate的值會累加。darate的值越小，該路徑的數據傳輸速率就越高。在opnet中實現該路徑選擇方案，并分析比較該路徑選擇算法對協議性能的影響。

　　4.1 路由請求過程中中間節點的轉發條件（aodv 協議為例）

　　中間節點收到來自相同的源節點的具有相同的序列號的rreq，如果darate的值比以前轉發的rreq的值小，中間節點會轉發此rreq。參數選擇最小darate時，使用darate的值作為選路的參數，如果沒有選擇最小darate參數，使用hop作為選路的參數。

　　目的節點或具有到目的節點的路由的中間節點處理rreq：這些節點對后接收的較小darate值的rreq給與響應。

　　4.2 路由回復過程路由更新的條件（aodv 協議為例）

　　源節點對后續收到的rrep的darate進行比較，如果收到darate值小的rrep，源節點更新路由表，選擇darate較小的路徑傳輸數據。

　　4.3 仿真實驗

　　節點分布在5000m*5000m范圍內，發送分組大小為指數分布，最小分組大小為1024bit，節點產生分組的時間間隔服從指數分布，最小時間間隔為1s，在仿真開始60s后，節點開始產生分組。所有節點采用aodv協議。

　　4.4 仿真結果

　　端到端平均時延是一個數據包從源節點應用層成功到達目的節點所平均經過的時間。它包含了在鏈路上的傳播延時、報文的排隊延時、報文的重傳延時、數據報文處理延時、在中間節點的轉發延時等，為了準確的反映網絡的實際情況，常常用端對端平均時延作為節點的延時度量參數。該參數能反映網絡是否通暢，時延越小證明網絡越通暢。olsr協議和aodv協議采用傳輸速率高的路徑后，端對端延時明顯降低。

　　吞吐量是所有移動節點單位時間內收到的數據量。反映了網絡對數據業務的承載能力。優化后的olsr分組投遞率明顯提高，優化后的aodv協議的吞吐量和分組接收率都有所提高。

　　5 結論

　　本文介紹了移動自組網的協議類型，分析了典型的表驅動路由協議olsr和按需驅動路由協議aodv的工作原理，針對aodv協議和olsr協議都沒有考慮各條鏈路的傳輸速率的差別，使用的關于路徑的評價標準是路徑的跳數的問題，本文提出選擇數據傳輸速率高的路徑。通過仿真實驗證明，采用傳輸速率高的路徑后協議的性能有所改善。