Ad Hoc網(wǎng)絡論文正文模板

1、導論中文摘要一個Ad Hoc網(wǎng)絡就是許多通信設施或節(jié)點之間的通信，但是沒有固定的物理設施或固定的連接關系。AODV算法是一個經(jīng)典的路由算法，弄懂AODV算法的基本原理和程序實現(xiàn)對進一步掌握Ad Hoc網(wǎng)絡技術是十分必要的，在這個前提下，本文對AODV算法思想，原理及程序實現(xiàn)進行了學習和研究。首先，要學習AODV的思想和原理，為以后的程序分析做好知識準備。按需距離矢量（AODV）路由協(xié)議是Ad Hoc網(wǎng)絡的一種動態(tài)路由協(xié)議，是在依據(jù)要求的基礎上來進行Ad Hoc網(wǎng)絡的路徑路由的。AODV協(xié)議的操作是開環(huán)的。其次，要弄清AODV的算法的流程。AODV算法分為兩個部分，路由發(fā)現(xiàn)和路由的維護。AODV

2、路徑發(fā)現(xiàn)機制是依靠路由請求控制消息（RREQ），路由應答控制消息（RREP），和路由應答確認控制消息（RREP-ACK）來完成的。AODV 路由的維護是當網(wǎng)絡中已建立路由發(fā)生變化的時候，網(wǎng)絡對各節(jié)點的處理，其主要依靠對每個節(jié)點的路由表進行操作來完成的。最后，就是要進行程序分析，分析程序的結構及所有的函數(shù)，弄清用計算機語言寫成的程序是如何實現(xiàn)AODV算法的功能的，寫出分析表格或者畫出結構圖。這些工作為進一步改進AODV算法做好分析的準備。關鍵詞：Ad Hoc網(wǎng)絡 AODV 路由算法 程序分析 導論目 錄第1章導論11.1 移動Ad Hoc網(wǎng)絡簡介11.1.1 移動Ad Hoc網(wǎng)絡發(fā)展歷史簡述11

3、.1.2 移動Ad Hoc網(wǎng)絡具有的特點31.2 AODV協(xié)議算法簡介51.3 研究動機51.4 論文結構7第2章路由算法分析92.1 AODV原理92.1.1 AODV算法基本流程9第3章AODV協(xié)議程序分析113.1 總體框架分析11lStartRouting函數(shù)12第4章總結XIII參考文獻XV致 謝XVIIIX第1章 導論第1章 導論1.1 移動Ad Hoc網(wǎng)絡簡介20世紀70年代，美國國防部高級研究計劃局(DARPA)啟動了“戰(zhàn)場環(huán)境中的無線分組數(shù)據(jù)網(wǎng)”項目，研究在戰(zhàn)場環(huán)境下利用分組無線網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信。1983年和1994年，DARPA又分別于啟動了抗干擾自適應網(wǎng)絡項目SURAN(S

4、urvivable Adaptive Network)和全球移動信息系統(tǒng)GloMo(Globle Mobile Information Systems)項目，對能夠滿足軍事應用需要的移動通信系統(tǒng)進行更深入的研究。后來，IEEE802.111標準委員會采用了“Ad hoc網(wǎng)絡”一詞來描述這種特殊的自組織無中心多跳無線網(wǎng)絡結構，Ad hoc網(wǎng)絡由此誕生。1.1.1 移動Ad Hoc網(wǎng)絡發(fā)展歷史簡述移動Ad Hoc 網(wǎng)絡技術不是一種新技術，已有30年發(fā)展歷史。下面圖1-1給出了Ad Hoc網(wǎng)絡的發(fā)展概況。圖1.1 移動Ad Hoc網(wǎng)絡發(fā)展歷史圖 移動Ad Hoc網(wǎng)絡的思想最早可追溯到1968年的AL

5、OHA網(wǎng)絡。ALOHA網(wǎng)絡的研究目標是為了將夏威夷的教育設備連接在一起。ALOHA采用固定基站和分布式信道訪問管理，為之后分布式信道訪問技術的研究和開發(fā)提供了基礎。ALOHA協(xié)議是單跳協(xié)議，不支持路由功能。受到ALOHA網(wǎng)絡和早期固定分組交換網(wǎng)絡開發(fā)成功的鼓舞，DARPA在1973年開始研制分組無線網(wǎng)絡（Packet Radio Network,PRNET）。PRNET是多跳網(wǎng)絡，提供集中式和分布式的操作管理機制。正是由于PRNET的研制成功，才使人們認識到多跳技術能夠提高網(wǎng)絡容量。在路由協(xié)議方面，PRNET首先引入了主動多跳路由算法，其工作原理如下：每個節(jié)點維護一張其相鄰分組電臺（Packe

6、t Radio,PR）和到達這些相鄰的鏈路質(zhì)量列表。通過主動的向其他所有廣播其存在來建立路由。使用一種特定的分組無線組織包（Packet Radio Organization Packet,PROP）進行主動廣播。但是，PROP廣播導致傳輸大量的控制分組，這就限制了網(wǎng)絡的擴展性。事實上，在PRNET中，網(wǎng)絡中的PR數(shù)量不能夠超過個。相鄰PR數(shù)量也被限制在個月內(nèi)。PRNET中的分組電臺和控制設備體積大，功耗大，從而限制了系統(tǒng)的處理能力?？箽o線網(wǎng)絡（Survivable Radio Network,SURAN）是美國國防部高級研究計劃局（DARPA）于年開發(fā)的，主要解決PRNET的遺留問題，網(wǎng)絡

7、擴展性，安全，處理能力以及能量管理。SURAN的主要研究目標是開發(fā)網(wǎng)絡算法，采用這些網(wǎng)絡算法使網(wǎng)絡能夠擴大到數(shù)萬個節(jié)點；能夠對抗安全攻擊；能夠采用低成本，低功耗小型電臺支持復雜的分組無線網(wǎng)絡協(xié)議。到了世紀年代后期和年代初期，隨著Internet基礎設施的增長，微型計算機革命使得初期分組無線網(wǎng)絡思想更加實用，更加切實可行。為了使全球信息基礎設施支持無線移動環(huán)境，DoD在年啟動了DAPRA全球移動信息（Global Mobile,GloMo）系統(tǒng)計劃。GloMo計劃的研究目標是支持無線裝置之間隨時隨地的以太網(wǎng)類多媒體連接；解決所謂的移動Ad Hoc網(wǎng)絡的（移動（Mobile），多跳（Multiho

8、p），多媒體（Multimedia）問題；美國陸軍在1997年實現(xiàn)的戰(zhàn)術Internet(Tactical Internet,TI)是迄今為止所實現(xiàn)的規(guī)模最大的移動無線多跳分組無線網(wǎng)絡。TI采用直接序列擴頻的時分多址電臺，數(shù)據(jù)傳輸速率為幾十kb/s，節(jié)點之間采用經(jīng)過修改的商用Internet協(xié)議進行網(wǎng)絡互聯(lián)。這使我們認識到：商用有線協(xié)議不能處理拓撲變化問題以及數(shù)據(jù)速率低而比特誤碼率高的無線鏈路。1999年，美國海軍陸戰(zhàn)隊提出了另外一個移動Ad Hoc網(wǎng)絡，即增強型沿海戰(zhàn)場先進概念技術示范（Extend the Littoral Bsttle-space Adanced Concept Tech

9、nology Demonstration,ELBSCTD），用于演示海軍艦艇部隊作戰(zhàn)概念。從海上艦隊到地面，海軍陸戰(zhàn)隊隊員需要通過空中繼續(xù)跨視距（Over The Horizon,OTH） 通信。從上面可以看出，開發(fā)移動Ad Hoc網(wǎng)絡具有很強的軍事背景，其研究還在繼續(xù)進行。即使是現(xiàn)在，DARPA也正在支持多種研究項目，例如，未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)（Future Combat System,FCS），聯(lián)合戰(zhàn)術電臺系統(tǒng)（Joint Tactical Radio System,JTRS），美國空軍（Future Combat System,USAF）航空網(wǎng)特別工作組織定的航空網(wǎng)體系結構，均包括了移動Ad H

10、oc網(wǎng)絡問題。1.1.2 移動Ad Hoc網(wǎng)絡具有的特點移動Ad Hoc 網(wǎng)絡由一組無線移動節(jié)點組成，是一種不需要依靠現(xiàn)在固有通信網(wǎng)絡基礎設施的，能夠迅速展開使用的網(wǎng)絡體系，沒有任何中心實體，自組織，自愈的網(wǎng)絡；各個網(wǎng)絡節(jié)點相互協(xié)作，通過無線電路進行通信，交換信息，實現(xiàn)信息和服務的共享；網(wǎng)絡節(jié)點能夠動態(tài)的，隨意的，頻繁的進入和離開網(wǎng)絡，而常常不需要事先示警或通知，而且不會破壞網(wǎng)絡中其他節(jié)點的通信。圖1.2 Ad Hoc網(wǎng)絡示例上圖舉例說明了一個有個節(jié)點和他們之間相互連接的小的網(wǎng)絡的例子，節(jié)點是可以發(fā)生移動的，如果他們之間有一條連接突然斷掉了，另一條連接就會生成。在這里，從移開，斷開與的連接，并

11、與，建立新的連接。大部分的算法都允許新節(jié)點的出現(xiàn)和舊節(jié)點的消失。這是因為一個網(wǎng)絡沒有一個中心控制和固定的物理結構。它的結構應該是分布式的，像尋址和鑒別應該設計在一個分布式的環(huán)境里。移動Ad Hoc網(wǎng)絡是對等網(wǎng)絡。這是移動Ad Hoc網(wǎng)絡與使用基站和固定基礎通信設施的蜂窩網(wǎng)絡之間的一個重要區(qū)別。移動Ad Hoc網(wǎng)絡中的節(jié)點具有游牧特性，節(jié)點在一定區(qū)域內(nèi)自由移動，動態(tài)的產(chǎn)生和拆毀其與其他節(jié)點的關系。與大多數(shù)傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡相比，在設計和操作移動Ad Hoc網(wǎng)絡中所遭遇的主要挑戰(zhàn)來源于缺乏集中式實體，節(jié)點迅速移動的可能性，以及所有通信都是在無線媒介上進行的這個事實?；贏d Hoc 網(wǎng)絡本身特點，對Ad

12、 Hoc 網(wǎng)絡具有以下要求：（1） 具有強壯的路由算法和移動管理算法。（2） 自適應算法和協(xié)議。（3） 低開銷的算法和協(xié)議。（4） 源節(jié)點和目的節(jié)點之間的多條路由（截然不同的路由）。（5） 強壯的網(wǎng)絡體系結構。 多跳網(wǎng)絡和單跳網(wǎng)絡相比具有很多優(yōu)點，如下表格：表1.1 多跳網(wǎng)絡和單跳網(wǎng)絡的比較多跳網(wǎng)絡單跳網(wǎng)絡增強了網(wǎng)絡的擴展性不易擴展降低干擾易受干擾提高了整個網(wǎng)絡的吞吐量整個網(wǎng)絡的吞吐量有限延時較短有較長延時節(jié)能能耗較大從上面的描述可以總結到，Ad Hoc 網(wǎng)絡至少應具備以下五個共同的特點：（1） 分布式操作（2） 寬帶有限，鏈路容量易變（3） 移動性與網(wǎng)絡拓撲動態(tài)性（4） 設備限制（5） 物理

13、安全有限Ad Hoc網(wǎng)絡在將來能滿足人們很多通信的要求，但是，它也有許多問題有待解決，所以移動Ad Hoc網(wǎng)絡面臨許多挑戰(zhàn)和問題。總體說來，要面臨以下六方面的挑戰(zhàn)：消費者應用；外來系統(tǒng)連接；寬帶有限；擴展性；電池能量極其有限；安全。1.2 AODV協(xié)議算法簡介按需距離矢量（AODV）路由協(xié)議是Ad Hoc網(wǎng)絡的一種動態(tài)路由協(xié)議，是在依據(jù)要求的基礎上來進行Ad Hoc網(wǎng)絡的路徑路由的。AODV協(xié)議的操作是開環(huán)的，在Ad Hoc網(wǎng)絡拓撲變化之時，通過避免 Bellman-Ford“無窮計算”問題來提供快速收斂。AODV一個路由協(xié)議的一個明顯特征是每個路由條目均使用一個目的節(jié)點序列號。目的節(jié)點序列號

14、由目的節(jié)點產(chǎn)生，與目的節(jié)點發(fā)送給路由請求節(jié)點的任何路由信息組合在一起。使用目的節(jié)點序列號能夠確保路由是開環(huán)的，并且編程簡單。如果在到達同一個目的節(jié)點的兩條路由中選擇一條，那么要求路由請求節(jié)點選擇序列號較大的那條路由。1.3 研究動機清華大學電子系研究人員楊帆，鐘曉峰，王有政等人通過努力實現(xiàn)了Ad Hoc網(wǎng)絡多層混合實驗系統(tǒng)的設計。他們發(fā)表了一篇論文Ad Hoc網(wǎng)絡多層混合實驗系統(tǒng)的設計實現(xiàn)，這篇論文主要講了三個部分：TTAS實驗系統(tǒng)的整體結構；實驗系統(tǒng)各模塊的設計方法；TTAS系統(tǒng)的應用和總結。TTAS實驗系統(tǒng)利用裝有無線網(wǎng)卡的PC機（筆記本電腦）作為網(wǎng)絡終端，每個終端單獨加載實驗系統(tǒng)的軟件模

15、塊即可實現(xiàn)AdHoc網(wǎng)絡的專有功能。TTAS實現(xiàn)系統(tǒng)分為硬件和軟件兩大部分，其中硬件部分主要是無線網(wǎng)卡，利用網(wǎng)卡的直連模式直接實現(xiàn)了點對點的傳輸，作為Ad Hoc網(wǎng)絡多跳傳輸?shù)幕A。軟件部分包括系統(tǒng)控制，協(xié)議實現(xiàn)，測試評估三部分。如下圖：圖1.3 TTAS實驗系統(tǒng)框圖對于系統(tǒng)模塊設計部分，在硬件方面，系統(tǒng)實現(xiàn)了對網(wǎng)卡的透明性，軟件部分采用C語言開發(fā)，系統(tǒng)軟件部分結構如圖：圖1.4 TTAS系統(tǒng)軟件部分框圖在軟件部分主要可以分為兩個部分，一個是網(wǎng)卡驅動程序，另一個是路由程序。路由協(xié)議程序在整個系統(tǒng)的作用如上圖，已經(jīng)很明白的顯示出來了。路由協(xié)議程序的上層和下層是路由接口驅動，上層的NDIS路由接口

16、連接到協(xié)議層，下層的NDIS路由接口連接到虛擬無線網(wǎng)卡，再通過這個虛擬無線網(wǎng)卡接連到網(wǎng)卡，這些結構在程序中都有相應的體現(xiàn)。TTAS系統(tǒng)是一個基于普通PC機Windows操作系統(tǒng)的多層混合網(wǎng)絡實驗系統(tǒng)，具有很多的優(yōu)點和獨創(chuàng)性。結構清晰，各模塊采用統(tǒng)一的標準接口，系統(tǒng)擴充容易，易于二次開發(fā)。TTAS實驗系統(tǒng)的路由協(xié)議部分采用的算法是AODV算法，我的任務就是對著干算法進行學習，對路由協(xié)議進行程序分析，為二次開發(fā)做一些前期準備工作。1.4 論文結構本文總共有四章，第一章是導論，第二章是路由算法分析，第三章是AODV程序協(xié)議分析，最后一章是總結。在第一章里，簡要的介紹了無線網(wǎng)絡及其發(fā)展歷史，和AODV

17、算法的一些簡介，研究動機及論文結構。第二章著重介紹了AODV路由算法，包括算法思想及流程，在第三章內(nèi)，對AODV程序進行分析，畫出結構圖，分析函數(shù)功能等，最后是總結，總結了這次綜合訓練的經(jīng)過及收獲以及自己的一些感悟。7第1章 導論第2章 路由算法分析2.1 AODV原理2.1.1 AODV算法基本流程在一個路由程序里，要承擔了兩大部分的功能：路由的發(fā)現(xiàn)與路由的維護。AODV算法與DSR算法根本的不同在于，前者主要靠中間節(jié)點轉發(fā)數(shù)據(jù)包，而后者主要是靠源節(jié)點確定路由直接發(fā)送數(shù)據(jù)包，這兩個不同模式有一個很好的比喻，前者可以比喻成郵遞機制，后者可以比喻成坐火車機制。在AODV算法中，主要有路由的發(fā)現(xiàn)和

18、路由的維護兩大部分組成。下面分別介紹這兩大部分的各自機制。第2章 路由算法分析第3章 AODV協(xié)議程序分析3.1 總體框架分析程序是從main() 函數(shù)開始的，所以先找到main() 函數(shù)，主函數(shù)在dllpart目錄下的myuser.cpp內(nèi)，在主函數(shù)內(nèi)，服務器端要初始化TCP socket，開始監(jiān)聽（Initialize函數(shù)），這時接收客戶端的連接，收取客戶端傳來的控制信息并存在buffer中，控制信息的首字節(jié)即buffer0決定相應處理,共有六種不同的處理，分別是虛擬網(wǎng)卡操縱，獲得路由，開始路由，停止路由，設置路由，清除路由，和系統(tǒng)信息。作圖如下：圖3.1 程序入口框架下面分別介紹這幾個函

19、數(shù)：l StartRouting函數(shù)圖3.2 StartRouting函數(shù)框圖AODV協(xié)議程序分析參考文獻第4章 總結我們正處在一個科技發(fā)現(xiàn)和技術創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)的時代，網(wǎng)絡的發(fā)展更是迅速，無線網(wǎng)絡作為網(wǎng)絡的一個重要分支，從誕生至今，不斷有新技術突破，本論文先是在第一章綜述了無線自組網(wǎng)Ad Hoc網(wǎng)絡的發(fā)展歷史及清華學者的最新研究成果，然后介紹本論文研究的重點路由部分的AODV算法，在第二章詳細的介紹了AODV的基本原理及前人的相關研究，然后根據(jù)這些原理去對AODV程序進行分析，這部分內(nèi)容放在了第三章，最后一章是總結。我的研究就是學習AODV算法的基本特征和原理步驟，及程序實現(xiàn)，對程序進行分析。通

20、過這次綜合訓練，我認為我有以下三方面的收獲：l 這是大學最大的一次科研實踐，認識到科研與學習之間的區(qū)別和聯(lián)系，為以后的學習和工作總結很好的經(jīng)驗和教訓；l 通過這次訓練，更加熟悉了無線網(wǎng)絡尤其是Ad Hoc網(wǎng)絡方面的知識；l 通過對程序的分析，熟悉了計算機語言的使用，并且對原理如何程序實驗這一過程增加了不少了解。2003年我進入清華大學電子工程系讀書，轉眼間4年過去了，我即將畢業(yè)。在大學四年時光里，我學到很多東西，關于學問的，更多是關于做人的，感謝清華大學給我營造一個自由的環(huán)境，讓我在這里度過我人生的叛逆與反思期，學會了認識問題和分析問題的方法，思想逐漸成熟。在即將畢業(yè)的時候，我想對清華大學說：您像一個慈祥而充滿智慧的母親，在這四年里，是您，一直鞭策我，教育我，和呵護我，雖然，我不是一個聽話好學的孩子，但我仍然會謹記您對我的教誨，并永遠懷念這段時光。在大學時間，我順利修完大學所有課程，在大四下學期