双信道AODV路由协议的实现——毕业论文.doc

1、分类号： U D C： 密 级： 编 号：成 都 信 息 工 程 大 学硕 士 学 位 论 文双信道 AODV 路由协议的实现姓名学号学院 通信工程学院学位类型 学术型 专业学位学习形式 全日制 非全日制学科/领域 信息与通信工程研究方向 嵌入式系统与片上系统设计校 内 教授导 师校 外成都信息工程大学硕士学位论文i双信道 AODV 路由协议的实现摘 要在一些消防现场中，消防员之间的音视频通信需求显得格外的重要，Ad-Hoc网络是一种简易的组网方法，很适合被应用于此种情况。Ad-Hoc 网络，是一种不需要依赖已有基础设施便可实现网络内任意移动节点间通信的临时自治系统，在军事和民用领域都得到了很

2、广泛的应用。AODV 路由协议，是 Ad-Hoc 网络中的一种源发起按需路由协议，是本课题所选择的并进行研究的路由协议。本文，首先介绍了本课题的研究背景及研究内容，即是为了解决一些消防现场中消防员的安全问题和消防员之间的音视频通信问题，同时提出了解决这些问题可以采用的组网方法，Ad-Hoc 网络，和可以采用的路由协议，AODV 路由协议，列出了整篇论文的整体安排。然后，简要介绍了 Ad-Hoc 网络的背景知识，和 Ad-Hoc 网络的两种类型的路由协议，着重讲解了一种源发起按需路由协议，AODV 路由协议的基本工作原理和 AODV 路由协议正常工作所需要的四种控制分组的结构，并采用 NS2 模

3、拟软件平台，搭建一个特定的消防现场，测试了 AODV 路由协议的性能表现，基于测试数据，进行分析，指出了特别需要解决的问题。然后，基于这个特别需要解决的问题，即提升网络通信容量的问题，提出了双信道 AODV 路由协议的基本思想和修改思路，其中包括需要在 NS2 模拟软件和 AODV 路由协议两方面的修改情况，根据三种不同的想法，提出了三种双信道AODV 路由协议的实现方法，它们分别是：简易双信道 AODV 路由协议、交替双信道 AODV 路由协议和主从双信道 AODV 路由协议，着重讲解了这三种双信道 AODV 路由协议算法的不同点，和它们在原始 AODV 路由协议的基础上主要修改的部分，并采

4、用 NS2 模拟软件平台，搭建与一个与前面同样的消防现场，分别测试这三种双信道 AODV 路由协议的性能表现，基于测试数据，进行综合比较分析，并指出这三种双信道 AODV 路由协议的不同点和各自的优缺点。最后，对本课题所做的工作进行一个全面的总结，针对课题组下一步的工作，提出一些建议。关键词：Ad-Hoc 网络；双信道； AODV 路由协议成都信息工程大学硕士学位论文iiThe implementation of dual-channel AODV routing protocolAbstractIn some of the fire scene, audio and video commun

5、ication needs between firefighters was particularly important. Ad-Hoc network was a simple networking method, it was suitable to be applied in such cases. Ad-Hoc network, was a kind of temporary autonomous communication system which did not rely on any existing infrastructure and any mobile node in

6、it could communicate with each other, had been very widely used in military and civilian fields. AODV routing protocol, was a kind of source initiated on demand routing protocol in Ad-Hoc network, it was the selected and researched routing protocol of the subject.In this paper, the research backgrou

7、nd and research content were introduced, it was to address the security issues of firefighters and audio and video communication needs between firefighters in some of the fire scenes, the networking method which could be used to solve these problems was proposed at the same time, it was Ad-Hoc netwo

8、rk, and the routing protocol which could be used, it was AODV routing protocol, and the overall arrangements of the whole paper were introduced.Then, the background of Ad-Hoc network was introduced, the two types of Ad-Hoc network routing protocol were introduced, a kind of source initiated on deman

9、d routing protocol, AODV routing protocol, its basic operating principle and the structures of four control messages were introduced, and NS2 software was used to set up a specific fire scene, the performance of AODV routing protocol in the specific fire scene was tested, based on the test data and

10、analysis, the particular problem to be solved was pointed out.Then, based on the particular problem, to improve network communications capacity issues, the basic ideas and ideas of the modification of dual-channel AODV routing protocol were put forward, including both of the modifications need for t

11、he NS2 simulation software and AODV routing protocol, based on three different ideas, three implement methods of dual-channel AODV routing protocol were proposed, they were, simple dual-channel AODV routing protocol, alternate dual-channel AODV routing protocol and master-slave dual-channel AODV rou

12、ting protocol, the difference of the three kind of dual-channel AODV routing portocols were introduced, and the major 成都信息工程大学硕士学位论文iiimodification of the three kind of dual-channel AODV routing protocols based on the basis of the original AODV routing protocol were introduced, and NS2 software was

13、used to set up the same specific fire scene, the performance of the three kind of dual-channel AODV routing protocols in the specific fire scene was tested, based on the test data and analysis, the difference between these three dual-channel AODV routing protocols and their advantages and disadvanta

14、ges were proposed.At last, we summarized the whole work, and give some suggestions to future work.Key words: Ad-Hoc network; dual-channel; AODV routing protocol成都信息工程大学硕士学位论文iv目 录论文总页数：54 页第一章 绪论 .11.1 研究背景与研究内容 .11.1.1 研究背景 .11.1.2 研究内容 .11.2 论文安排 .2第二章 Ad-Hoc 网络 .42.1 无线通信 .42.1.1 有基础设施网 .42.1.2 A

15、d-Hoc 网络 .52.2 无线局域网 .82.2.1 无线局域网的特点 .92.2.2 无线局域网的标准 .9第三章 AODV 路由协议与性能分析 .103.1 AODV 路由协议 .103.1.1 AODV 路 由协议的工作原理 .103.1.2 控制分组的结构 .143.2 模拟与性能分析 .173.2.1 NS2 模拟软件 .173.2.2 AODV 路由协议的模拟 .19第四章 双信道 AODV 路由协议的实现与性能分析 .244.1 双信道的思路 .244.2 NS2 模拟软件的修改 .254.2.1 NS2 模拟软件的修改思路 .254.2.2 NS2 模拟软件的修改 .284

16、.3 简易双信道 AODV 路由协议的实现与性能分析 .324.3.1 简易双信道 AODV 路由协议的实现 .324.3.2 简易双信道 AODV 路由协议的模拟与性能分析 .344.4 交替双信道 AODV 路由协议的实现与性能分析 .374.4.1 交替双信道 AODV 路由协议的实现 .374.4.2 交替双信道 AODV 路由协议的模拟与性能分析 .404.5 主从双信道 AODV 路由协议的实现与性能分析 .414.5.1 主从双信道 AODV 路由协议的实现 .414.5.2 主从双信道 AODV 路由协议的模拟与性能分析 .45成都信息工程大学硕士学位论文v4.6 综合性能分析

17、 .46第五章 结 论 .49参考文献 .50作者在读期间科研成果简介 .53致 谢 .54成都信息工程大学硕士学位论文第 1 页 共 54 页第一章 绪论1.1 研究背景与研究内容1.1.1 研究背景无线通信技术从出现的时候开始就在不断地发展，特别是在最近的一些年里面，无线通信技术发展得更加迅速，因为人们想要更加方便地接入电话网络和互联网，而不是总是需要一根有线的通信线路，而且人们同时还有随时可以移动的需求。现在的手机、平板电脑和笔记本电脑都使用了无线通信技术，电话和需要插网线才可以上网的台式机使用的是有线通信技术。无线通信系统，或者说是无线通信网络，根据其结构的不同，可以分为： 有基础设施

18、网(Infrastructure Network) ； 无基础设施网(Infrastructureless Network，又称 Ad-Hoc 网络)。Ad-Hoc 网络最初应用于军事领域，它的研究起源于战场环境下的分组无线网数据通信项目，该项目由 DARPA 资助 1。由于 Ad-Hoc 网络具有不需要基础设施就能够组织网络的特点，所以它经常被使用在灾难救助等恶劣的通信环境下，比如某些地方发生了洪水、地震或者火灾等情况，基础设施已经被破坏，需要快速地组织起网络进行通信，Ad-Hoc 网络可以完成这个任务，保障救援工作的顺利进行。在 Ad-Hoc 网络这个研究背景下，产生了本课题的研究内容，下

19、面将具体介绍。1.1.2 研究内容本课题主要是为了解决消防现场的两个问题而产生的： 消防员的安全问题； 消防员之间的音视频通信问题。针对消防现场的消防员安全问题。当消防员发生险情而无法自救时，现场指挥部要及时确认遇险消防员的地理位置，以便及时施救。有关消防现场消防员的定位问题，可以采用自主惯性导航的方案，就像早期的自主惯性导航定位导弹技术，通过消防员移动的加速度的积分得到空间三维坐标位置。由于是自主导航定位，所得坐标位置将直接显示在消防员携带的设备上，这里本文将它称为单人设备，单人设备需要用无线通信的方法将其坐标信息传送给现场指挥部。针对消防现场的消防员之间的音视频通信问题。当消防员们身处一个

20、消防现场的不同位置进行作业的时候，他们需要实时地成都信息工程大学硕士学位论文第 2 页 共 54 页互相沟通各自所处地点的情况，同时也要让现场指挥部实时了解现场的具体情况，以便进行高效地抢险指挥调度，这就需要单人设备在可以传输坐标信息的同时，也具有传输音视频信息的功能。由于消防现场情况复杂，难以找到一个无线通信方案能完美地实现各单人设备之间直接传送信息的问题，为解决该问题，本课题选用了 Ad-Hoc 网络。经过一段时间的调研，课题组为 Ad-Hoc 网络选择了两种较为常用的路由协议： AODV 路由协议； OLSR 路由协议。原因是这两种路由协议在书籍和网络上有较多的资源可以使用，方便构建实验

21、测试平台。第一步的任务就是找到这两种路由协议的开源代码，并在 PC 平台、嵌入式硬件平台、安卓智能手机平台等环境下移植运行，验证其可行性；第二步的任务是改善这两种路由协议的性能，以便适应针对消防现场的应用需求。现阶段，AODV 路由协议和 OLSR 路由协议两种路由协议已经在 PC 平台、嵌入式硬件平台运行成功，其可行性已经得到了验证，第一步的任务已经基本完成，下面要进行的是第二步的任务，改善这两种路由协议的性能，以便适应针对消防现场的应用需求。在这第二步的任务中，本人负责的课题任务的主要内容是：选取 AODV 路由协议作为本人所要研究的路由协议，对 AODV 路由协议进行改进，测试改进后的A

22、ODV 路由协议的性能表现。本人通过对 Ad-Hoc 网络和 AODV 路由协议一段时间的调查研究，决定采用使用双信道的方式对 AODV 路由协议进行改进，本文称之为双信道 AODV 路由协议。1.2 论文安排本文主要是对本人的课题任务的各个阶段的完成情况进行记录和描述，具体的章节安排如下：(1) 第一章是绪论，介绍了本课题的研究背景及研究内容，介绍了整篇论文的整体安排；(2) 第二章介绍了 Ad-Hoc 网络的基础知识，介绍了 Ad-Hoc 网络的两种类型的路由协议；(3) 第三章介绍了 AODV 路由协议的基本原理，并测试了 AODV 路由协议的性能表现，然后基于测试数据，进行分析；成都信

23、息工程大学硕士学位论文第 3 页 共 54 页(4) 第四章介绍了双信道 AODV 路由协议的基本修改思路，介绍了需要在NS2 模拟软件和 AODV 路由协议两方面的修改情况，并提出了三种双信道AODV 路由协议的实现方法，然后分别测试这三种双信道 AODV 路由协议的性能表现，然后基于测试数据，进行比较分析；(5) 第五章是结论，对本课题所做的工作进行一个全面的总结，并针对课题组下一步的工作，提出一些建议。成都信息工程大学硕士学位论文第 4 页 共 54 页第二章 Ad-Hoc 网络本文通过无线通信的概念来慢慢引出 Ad-Hoc 网络的概念。2.1 无线通信有线通信就是通过有线的通信线路进行

24、传递信息的一种通信方式。现在所说的无线通信，区别于有线通信，就是使用电磁波在空间中的传播来传递信息的一种通信方式，而不是使用有线的通信线路。因为无线通信所采用的传输媒介是电磁波，所以无线通信的特点是： 广播性； 信道特征随空间变化； 信道特征随时间变化； 传输距离有限； 多径效应； 相互之间干扰。采用无线通信技术的通信系统叫做无线通信系统，无线通信系统是整个通信系统的一个组成部分，从整个通信系统来看，无线通信系统经常会使用在通信网络的末端，用来解决移动终端的接入问题，也就是“最后一公里”问题 2。在最近的一些年里面，无线通信技术得到了迅速地发展，因为人们想要更加方便地接入电话网络和互联网，而不

25、是总是需要一根有线的通信线路，而且人们同时还有随时可以移动的需求。现在的手机、平板电脑和笔记本电脑都使用了无线通信技术，电话和需要插网线才可以上网的台式机使用的是有线通信技术。无线通信系统，或者说是无线通信网络，根据其结构的不同，可以分为： 有基础设施网(Infrastructure Network) ； 无基础设施网(Infrastructureless Network，又称 Ad-Hoc 网络)。2.1.1 有基础设施网有基础设施网就是一种网络，移动终端接入这种网络是需要有基础设施的支持的，而这些基础设施是被预先规划和布设的。有基础设施网是对有线通信网络的一种扩展 3，所谓的基础设施指的就是基站(BS ，Base Station)或接入点(AP，Access Point)，有线通信网络的末端连接基站或接入点，每个基站或接入点负责协调和解决其覆盖范围内的移动终端接入网络的问题。蜂窝移动通信网络就是最典型的有基础设施网，基站就是基础设施，手机就是移动终端。手机如果需要接打电话或收发短信的时候，自身必须要在某个基站的覆盖范围内。