桂林理工大学本科毕业设计·论文
1 绪论
1.1 研究背景
随着信息技术的发展，人们对摆脱有线网络束缚、随时随地可以进行通信有了更强烈的需求，无线网络技术在近年来得到迅速发展和普及，新技术不断涌现。从蜂窝移动通信系统发展到无线网络、蓝牙等移动通信技术，使得人们彼此之间的通信交流越来越简单便捷。
随着科技的不断向前发展，人们对无线通信技术的要求越来越高，特别是某些有中心移动通信系统不能胜任的特殊场合，比如野外科学考察、发生自然灾害、瞬息万变的军事战场。这些特殊场合不可能依赖于任何预先架有的网络设施，或者预先架设的网络基础设施已经遭到破坏而失去作用，这时就需要一种能够自动临时组网的移动无线通信技术。所以，人们设计了一种无基站的移动无线网络—Ad hoc网络技术，以满足上述特殊场合的需求。Ad hoc网络技术作为移动通信网络的一种特殊形式，无线通信技术和计算机网络技术的发展为Ad hoc网络的出现奠定了基础。
Ad hoc网络是一个多跳、临时、可自由移动的无中心网络，它不依赖固定的信息基础网络设施，既可以与现有的网络结合成多跳网络，达到有效延伸传统网络覆盖范围，同时也可以通过临时组网的方式在恶劣环境中支持移动节点间的数据、图像、话音等业务的无线传输通信。Ad hoc网络具有极大的灵活性和可扩展性，可以满足不同场合的需求，主要应用范围覆盖了工业、军事、商业、医疗、教育等各种领域。在军事领域上，Ad hoc因其具有特有的无需架设网络设施、可快速展开、抗毁性强等特点，已经成为数字化战场通信的首选技术。
1.2 选题领域的研究成果
Ad hoc网络作为无线网络的补充，被越来越广泛的应用到日常工作学习生活中。国内外很多学者对Ad hoc网络技术进行积极的探索和研究，主要研究方向集中在路由协议、MAC协议和网络性能安全等方面。
总结国内外研究现状，Ad hoc网络主要研究成果有一下几个方面：
①新的路由协议：路由协议是网络的重要组成部分，特别是在能量受限的Ad hoc网络中，路由协议是网络正常运行的关键，最佳的路由协议能够提高Ad hoc网络的整体性能，延长网络的寿命。目前普遍得到认可的协议主要有AODV、DSR、DSDV、WRP等。现在多数对路由协议的研究都是对原协议的改进，但是这些协议离实用性还有一定的距离，有待进一步的研究测试。如：利用DSR路由协议的源路由策略修
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改AODV路由发现过程提出的AODV-PA协议。在PADV-PA协议基础上为了减少路由发现过程中累积的节点数而提出的IMAODV协议。在AODV的路由寻径问题上加以改进提出的AOMDV等改进方案。
②Ad hoc组网：目前一些学者正在研究使用蓝牙节点来组建Ad hoc网络，已经形成了多种不同的方案，成为Ad hoc网络研究的又一热点。
③Ad hoc网络互连：Ad hoc网络通常情况下是以一种独立的网络形式存在的，即不与其他网络连接。但是大多数情况下，为了更好的满足用户的需求，都会将Ad hoc连接到其他网络中，尤其是Internet网络。
④信道接入技术：信道接入技术是Ad hoc网络的基础，决定点如何接入无线信道。Ad hoc 的无线信道是多跳共享的多点信道，节点可以接收到邻居节点发送的信息，因此Ad hoc网络存在隐藏节点和暴露节点的问题，信道接入技术能有效的解决这些问题。目前影响比较大的协议有单信道接入MACA协议和双信道DBTAM协议。
1.3 课题研究目标
本课题研究的是Ad hoc网络中的AODV路由协议，对AODV路由协议的工作过程、特点、算法、网络性能进行分析。通过对本课题的研究，希望能达到以下效果：
1)研究AODV路由协议，学习AODV路由协议。 2)使用NS2中的NAM工具演示AODV协议的工作过程。
3)使用GAWK对AODV协议在不同仿真场景下的网络参数进行整理和分析。 4)从整理的数据中对网络中的网络延迟、丢包率求平均值并进行分析。 5)使用Gnuplot绘图工具绘制不同仿真场景下的网络延迟和丢包率情况。
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2 Ad hoc网络概述
Ad hoc网络建立的最初目的是源于军事通信的需要，其前身是分组无线网（Packet Radio Network）。移动Ad hoc网络是利用了移动终端的分组转发功能，通过节点间的合作并以多跳转发方式来完成信息的发送和接收。移动Ad hoc（MANET）网络又称移动多跳网或移动对等网，是一种特殊的在不借助任何中间网络设备的情况下，可在有限范围内实现多个移动终端临时互连互通的网络，节点之间通过路由协议的协调，实现网络的运行和自动组织。因此无线自组网是一个多跳、临时、可自由移动的无中心网络。它不需要现有信息基础网络设施的支持，可以在任何时候、任何地点快速构建，可便捷的实现相互连接和资源共享。其自身的特殊性决定了路由协议的特殊性和重要性，传统固定网络和移动通信网中的各种路由协议是无法直接被使用的，需要为无线自组网设计专门的路由协议和技术。
2.1 Ad hoc网络介绍
与其他传统通信网络相比，Ad hoc网络具有以下显著的特点：
①自组织和无中心：Ad hoc网络可以随时随地忽略硬件基础网络设施的支持，快速构建起一个移动通信网络，Ad hoc网络采用无中心结构，所有节点的地位是相等的。
②动态变化的网络拓扑结构：在Ad Hoc网络中移动主机可以以任意速度和任意的模式在网络中移动，加上各种各样因素的影响，移动节点间网络拓扑也可能随时发生变化。
③安全性差： Ad hoc网络使用无线信道进行数据传输通信，若没有适当的加密或编码，网络容易受到自动入侵、被动窃听、拒绝服务、伪造等网络攻击。
④有限的带宽：无线网络的传输速度大约在11-54Mbps范围内，这样的传输速度无法与有线网络提供的Mbps、Gbps等级的速率相比。
⑤有限的处理能力：移动终端能量有限、CPU性能较低、内存较小，对于复杂运算或是其他方面的处理能力相对比较弱。
⑥多跳性：当一个节点要和其通信范围外的其它节点通信时，需要通过中间节点进行转发，即存在多跳性。
2.2 Ad hoc应用领域
随着移动通信和通信终端技术的不断发展，以及Ad hoc网络自身所特有的一些优点，如自动组网、多跳转发、快速搭建、成本低廉等，使得Ad hoc网络不但在军
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事领域上应用广泛，而且在与人们生活息息相关的相关领域也占有一席之地。Ad hoc网络应用主要包括以下几个方面：军事应用、临时场合、紧急和突发场合、野外偏远地区、传感器网络、个人通信、组建家庭无线网络、移动医疗监护系统、与蜂窝移动通信系统相结合来扩大蜂窝网络的覆盖范围等。
2.3 Ad hoc路由协议
Ad hoc网络路由协议主要有两大类：一种是表驱动路由协议，一种是按需路由协议。
表驱动路由协议也叫先验式路由协议，每个节点都要维护一张包含到达其他节点路由信息路由表。当网络拓扑发生变化时，节点会向网络中发送更新信息，收到更新信息的节点将更新自身的路由表，使得更新信息一致、准备、及时，路由表能正确反映当前网络拓扑结构。表驱动路由包括无线路由（Wireless Routing Protocol, 即WRP）、目标序列距离向量协议（Destination Sequenced Distance Vector , 即DSDV）、优化链路状态路由协议（Optimized Link State Routing Protocol, OLPSR）、FSR状态路由协议（Fisheye State Routing, FSR）等
按需路由协议也称反应式路由协议，需要发送数据时才会查找路由。节点平时无需维护路由信息，只有需向目标节点发送报文时，源节点才会在网络中发起路由查找过程，找到相应的路由。与表驱动协议相比，按需路由协议开销比较小，但传输时延比较大，两者比较如下表1-1所示。常用的按需路由协议有自组织按需距离向量协议（Ad Hoc On-demand Distance Vector routing，AODV）、动态源路由协议（Dynamic Source Routing Protocol，DSRP）、信号稳定路由协议（Signal Stability Routing, SSR）、时间序列路由协议（Temporally-Ordered Routing Algorithm，TORA）等。通过表1-1表驱动路由和按需路由性能表和表1-2按需路由协议性能表对比各种按需路由协议间的基本性能：
表1-1 表驱动路由和按需路由性能表
路由协议类别 路由协议 路由获取时延 控制开销 能耗 带宽开销
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表驱动 DSDV/CGSR/WRP 低 高 高 高 按需 AODV/DSR/TORA 高 低 低 低 桂林理工大学本科毕业设计·论文
表1-2 按需路由协议性能表
路由协议 整体复杂性 开销 拓扑结构 多路径支持 组播能力 更新信息 路由环路 AODV 中等 低 平面 否 有 不需要周期 无 DSR 中等 中等 平面 是 无 不需要周期 无 TORA 高 中等 平面 是 无 不需要周期 无 总的来说，表驱动路由的时延比较小，但是花费较大的网络开销，难以适应网络拓扑频繁变化的特性，按需路由正好相反，占用网络资源少，能适应网络拓扑动态变化的要求，但时延比较大。
在Ad hoc网络中，由于网络拓扑结构频繁变化，决定了Ad hoc网络中的路由问题比固定网络要复杂很多，因此Ad hoc网络对路由协议有很严格的要求。这些要求主要有以下几点：
①收敛迅速:自组网络拓扑结构是动态的，所以路由协议必须具备有对拓扑变化能快速反应的能力，在计算路由时能迅速收敛。
②提供无环路路由：在自组网中，由于拓扑结构动态变化会导致大量已有路由信息在短时间内作废，导致产生路由环路。
③避免无穷的计算：自组网络中链路失效的情况时有发生，为了网络性能更好，网络中使用的路由协议必须具备有避免无穷的计算的能力。
④支持单向信道：自组网络中有可能会出现单向信道，这就要求在其网络中运行的路由协议必须具备有支持单向信道的能力。
⑤简单实用：路由协议简单有助于提高可靠性，能减少各种开销。
2.4 AODV路由协议
自组织按需距离向量协议（AODV），是应用最广泛的按需路由协议之一，是一个比较成熟的协议，实质上是DSR和DSDV的综合，它借用了DSR中路由发现和路由维护的方法，以及DSDV的逐跳路由、顺序编号和路由维护阶段的周期更新机制，以DSDV为基础，结合DSR中的按需路由思想加以改进而来的。AODV协议可以实现在移动终端间动态的、自发的路由，使得移动终端可以快速获得通向所需目的的路由，
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