（计算机科学与技术专业论文）基于地理位置的移动ad+hoc网络路由协议研究.pdf

基于地理位置的移动a dh o c 网络路由协议研究 摘要 近年来，随着便携式计算机和掌上型电脑的日益普及，以及无线通 信技术的迅速发展，对“无论何时，无论何地”的个人通信提出了迫切 的需求。新的网络环境和新的应用需求引起了对可及时应用的无线网络 a dh o c 网络协议的设计和研究。 a dh o c 网络是一种工作在无固定结构环境下的自组织的无线移动网 络。它具有一些突出的特点：节点移动性，无线传播条件，带宽有限、容 量可变的链路，能量有限，多跳通信，安全性问题。这些特点形成了a dh o c 网络中的难点问题，主要包括路由协议、服务质量、m a c 协议、能量消费、 节点移动性管理、安全性等问题。其中良好的路由协议是建立a dh o c 网 络的首要问题，同时也是主要的研究热点。 现存的a dh o c 网络路由协议和静态网络的路由协议很相似，它们都 是基于网络拓扑结构设计的。然而在拓扑结构随机高速变化的移动a dh o c 网络中，基于拓扑结构设计的路由协议并不能达到很好的路由性能。而 基于地理位置的路由协议是一种新的a dh o c 网络路由协议设计机制，它 的设计思想是利用移动节点的地理位置信息来决定路由。 一般而言，基于地理位置的移动a dh o c 网络路由协议具有以下优良 的性能：高效的带宽利用率和功率节省；控制信息仅仅携带移动节点的 位置信息和标记；由于两个移动节点之间的距离是可计算的，所以可估计 出移动节点的传输功率；另外，在任何新发现的路径中，中间节点没必要 接收和转发路由包。它天然就是环路自由的，因为每个数据消息都向远 离源节点方向传播。它是健壮的，因为数据消息可以跟随可能独立的路 径达到意向的目的节点。它是适合移动网络的，因为地理信息的发布频率 是根据节点的移动速率。 基于地理位置的移动a dh o c 网络路由协议主要由两部分组成，一个 是位置管理系统，另一个就是包转发算法。位置管理系统的目的是为了 使一个节点知道另一个节点的当前位置信息，现有的基于地理位置的a d h o c 网络路由协议一般使用分布式位置管理系统。而包转发算法的作用是 为转发数据包选择下一跳节点，常用的包转发算法是贪婪包转发算法和 方向受限的转发算法。 目前分布式位置管理系统太过复杂，而贪婪算法和方向受限的包转 发算法都可能出现转发失败的情形。针对这些不足，本论文在现有基于 地理位置的移动a dh o c 网络路由协议的研究基础上，采用了集中式的位 置管理系统并提出了一种新的包转发算法一通用加权贪婪算法。集中式 的位置管理系统使得节点的定位服务大大简单化。同时通用加权贪婪算 法结合贪婪和方向受限包转发算法，在算法中考虑了两方面因素使它更 具有通用性。 最后对通用加权算法进行了计算机模拟仿真，确定了在不同网络拓 扑环境下路由性能达到最优时的参数范围并证实了算法的有效性。 关键词a dh o c 网络基于地理位置路由协议位置管理系统包转发算法 通用加权贪婪算法 g e o g r a p h i c a ll o c a t i o nb a s e dm o b i l ea dh o c r o u t i n gp r o t o c o l sr e s e a r c h a b s t r a c t am o b i l ea dh o cn e t w o r ki sf o r m e db yac o i l e c t i o no fm o b i l en o d e s a n di td o e sn o tr e i yo nf i x e db a s e ds t a t i o n so raw i r e db a c k b o n e i n 疗a s t n j c t u 聆i tc o m e st o b e m gs o l e l yb yi n t e r a c t i o n s锄0 i 培 m e i r c o n s t h e n tw i r e l e s sm o b i l en o d e s t h ea dh o cn e t 、o r ko f f e r su n i q u e b e n e f i t sa n dv e r s a t i l 时f o rc e r t a i ne n v i r o n m e n t sa n dc e r t a i na p p l i c a t i o n b u tn u m e r o u sc h a j l e n g e sm u s tb eo v e r c o m et or e a i i z et 1 1 ep r a c t i c a l b e n e f i t so fa dh o cn e t w o r k t h e s ei n c l u d ee f 凳c t i v er o u t i n g ，m e d i u ma c c e s s ， q o si s s u e s ，m o b i l i t ym a l l a g e m e n t ，p o w e rm a n a g e m e n ta n ds e c u r i 移e t c a m o n gt 1 1 0 s ec h a l l e n g e sa b o v e ，r o u t i n gs c h e m e sa r et h em o s t l yf o c u s e da r e a i n a d h o c n e t w o r k t h ee x i s t i n gr o u t i n gp r o t o c o l sf o ra dh o cn e t w o r km o s t l ya r eb a s e do n t h en e t w o r kt o p o l o g y h o w e v e r ，i nt h er a n d o m l yc h a n 西n gt o p o i o g yo f m o b i i ea dh o cn e m o r k ，t h e s em u t i n gp r o t o c o l sd on o th a v eag o o d p e r f o n n a l l c e b u tt 1 1 eg e o g r a p h i c a ll o c a t i o nb a s e dr o u t i n gp r o t o c o l s 盯ea n e wr o u t i n gd e s i g ns t r a t e g yf o rm o b i l ea dh o cn e t w o r k t h e yt a k eu s eo f t h eg e o 鲈a p h i c a ll o c a t i o ni n f b n n a t i o no fm o b i l en o d e st oc h o o s er o u t e i ng e n e r a l ，g e o g r 印h i c a l l o c a t i o nb a s e dr o u t i n gp r o t o c o l sf o ra dh o c n e t w o r kc a na c h i e v et h ef o l l o w i n gd e s i r a b l ep r o p e n i e s ：b a n d w i d t he 伍c i e n t a n dp o w e rs a v i n g ， c o n t r 0 1 m e s s a g ei s 1 e s sa n dc a r r i e s o n l y 1 0 c a t i o n i n f o m a t i o na 1 1 di d e n t i f i e ro fm o b i l en o d e s t h et r a n s m i t t i n gp o w e ro f m o b i l en o d e sc a 工lb ee s t i m a t e ds i n c et 1 1 ed i s t a n c eb e t w e e na n yt w om o b i l e n o d e si sk n o w n a d d i t i o n a l l y ，i na n yn e wr o u t ed i s c o v e r y ，t h ei n t e n n e d i a t e m o b i l en o d e sn e e dn o tr e c e i v ea 1 1 df o r w a r dr o u t i n gp a c k e t s ni si n h e r e n t l y l o o p - 矗e e ，s i n c ee a c hd a t am e s s a g ep r o p a g a t e sa w a yf r o mi t s s o u r c e ni s r o b u s t ，m e a n i n gt 1 1 a tt h ed a t am e s s a g ec a l lr e a c hi t si n t e n d e dd e s t i n a t i o nb y f o l l o w i n gp o s s i b l yi n d 印e n d e n tr o u t e s i ti s 咖t i v et 0m o b i l 峨s i n c em e 缸q u e n c yw i mw h i c hm e1 0 c a t i o ni n f b m a t i o ni sd i s s e m i n a t e dd e p e n d so n t h em o b i l i t yr a t e t h eg e o 铲印h i c a ll o c a t i o nb a s e dm o b i l ea dh o cr o u t i n gp r o t o c o i sa r e m a i n l yc o m p o s e do f t w op a r t s 0 n ei st h ei o c a t i o nm a l l a g e m e n ts y s t e ma n d t h eo m e ri st h ep a c k e tf o r w a r d i n ga l g o r i t h t h ep u 巾o s eo fl o c a t j o n m a n a g e m e n ts y s t e m i st om a k eo n em o b i l en o d el m o wm ei o c a t i o n i n f o m l a t i o no fa n o t h e r a n dt h ec u r r e n tu s e dl o c a t i o nm a i l a g e m e n ts y s t e m s a r ed i s 仃i b u t i n gs y s t e m t h ef u n c t i o no fp a c k e tf b 州a r d i n ga l g o r i t h mi st o c h o o s en e x th o pf o rf o r w a r d i n gp a c k e t s ，a n dt h eu s u a lu s e da l g o r 劬吼sa r e g r e e d ya l g o r i t h mo rr e s t r i c t e dd i r e c t i o n a ln o o d i n ga l g o r i m m t h ed i s t r i b u t m gl o c a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mi st o oc o r n p l e x i t ya n d t b eg r e e d ya n dr e s t r i c t e dd i r e c t i o n a lf l o o d i n gp a c k e tf o 删a r d i n ga l g o r i t h m s a r ea 1 1p o s s i b l eh a v ef o n v a r d i n gf a i l u r e a i ma tm e s es h o n a g e s ，t h i sp a p e r a d o p t sm ec e n t r a l i z e di o c a t i o nm a l l a g e m e n ts y s t e ma n dp r e s e n t san e w p a c k e tf o r w a r d i l l ga l g o r i t h mc a l l e du n i v e r s a lw e i g h t e dg r e e d ya l g o r i m m t h ec e n t r a l i z e dl o c a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mm a k e sm el o c a t i o ns e r v i c e g r e a t l ys n n p l e 。c o m b i n e dw i t hg r e e d ya n dd i s t f i c t e dd h i e c t i o n a ln o o d i n g a l g o r i t l l m s ，t h eu n i v e r s a lw e i g h t e dg r e e d ya l g o r i m mt d k e st w of a c t o r si n t o a c c o u n t ，w h i c ha f f b c tt h 弓r o u t i n gp e r f o 瑚a n c e ，a n dm a k e i tm o r eu n i v e r s a l f i n a l l y w es i m u l a t et h eu n i v e r s a lw e i g h t e dg r e e d ya l g o r i t l l l l l w j d e t e m l i n et l l es c o p eo fa l g o r i 吐l mp a m m e t e r si nd i 矗b r e n tn e t w o r kt o p o l o g y e n v i r o r l m e n t sa n d 曼p p r o v et h ev a l i d i 够o f t h e a 1 9 0 r i t h m 。 k e yw o r d sa dh o c g e o g r 印h i c a i l o c a t i o nb a s e d r o u t i n gp m t o c o l 1 0 c a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m p a c k e tf o r w a r d i n ga l g o r i t h m u n i v e r s a l w e i g h t e dg r e e d ya l g o r i t l l m 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：燃日期：五五! i ：j ! 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期i l 百j 论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学 校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段 保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 卜 日期：应：i ：! ! 日期：一玲岳j 过一 北京邮电大学硕l 研究生毕业论义某于地删位置的移动a dh o c 刚络路由协议研究 a d h o c g s m c d m a u m t s w l a n w i m a x m a n e t m a c d s r a o d v t o r a d s d v u w g a l o h a d a r p a i e e e 会 l b s s i e t f c s m a 融p o s p f g p s q o s c p u c s m a c a 检测 术语和缩略语 a d h o c 网络 g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o i n m u l l i c a 廿o n s全球移动通信系统 c o d ed i v i s i o nm u l t i 口l ea c c e s s 码分多址 u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m 通用无线通信系统 w i r e l e s s 乙蚣i无线局域网 w j r l d w i d ei n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v ea c c e s s m o b i l ea dh o cn e t 、o r k s移动a dh o c 网络 m e d i u ma c c e s sc o n 仃0 1 媒体接入控制 d y n 锄i cs o u r c er o u t i n g 动态源路由 a dh o c0 n d e m a n dd i s t a n c ev e c t o rr o u t i n g按需距离适量路由 t c m p o r a l i y o r d e r e dr o m i n g a l g o r i t h m 临时按需路由算法 d e s t i n a t i o n s e q u e n c e dd i s t a n c ev e c t o r目的序号距离矢量 u 血v e r s a lw i i g h t e dg r e e d y 通用加权贪婪 最早最基本的无线数据通信协议 d e f e n s ea d v a l l c e dr e s e a r c hp r o j e c ta g e n c y 国防部高级研究计划署 i n s t i t u t eo fe l e c t r i c a la n de l e c t r o n i c se g i n c e r 美国电气及电子工程师协 i n d e p e n d e n tb a s i cs e r v i c es e t独立基本服务集 i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e i n t e i _ n e t 工程任务组 c a r r i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s s 载波检测多址访问 r o u t i n gi n f o h n a t i o np r o t o c o l路出信息协议 o p e ns h o r t e s tp a t l lf i r s t开放式最短路径优先协议 g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m 全球定位系统 q u a l i t yo fs e r v i c e 服务质量 c e n t r a lp r o c e s su n i t 中央处理器 c a 州e rs e n s e m u l t i p l e a c c e s s c o l l i s i o n d e t e c t i o n 载波检测多址访问冲突 h i p e r l a n 2h i g hp e r f o m a n c el o c a la r e an e t w o r k d c fd i s 砸b u t e dc o o r d i n a t i o nf u n c t j o n r t s c t s r c q u e s tt os e n d c l e a rt 0s e n d 3 高性能无线局域网 分布式协同功能 请求发送，确认发送 北京邮电火学埘：k 研究生毕业论文娃于地_ f ! l ! 位置的移动a dh o c 网络路由协议研究 e t s i m a c a b e b m a c a w m i l d 法 d b t m a i c 口 o l s r z r p e u r o p e a l lt e l e c o m m u i l i c a t i o ns t a n d a r d si n s t i t u t e 欧洲电信标准协会 m u l t i p l ea c c e s sc o l l i s i o na v o i d 8 n c e避免冲突的多路访问 b i n a 叫e x p o n e n t i a lb a c k - o f r二进制指数退避算法 m a c af o rw i r e l e s sl a n 无线局域网m a c a m u l t i p l i c a l i v ei n - c r e a s el i n e a rd e c r e a s e乘法增加线性减少退避算 d u a lb u s yt o n e l u l t i p l ea c c e s s i n t e m e tc o n t r o lm e s s a g ep r o t o c 0 1 o p t i m i z e dl i n ks t a t er o u t i n g z o n er o u t i n gp r o t o c 0 1 双忙音多址信道接入 i n t c m c t 控制消息协议 最佳链路状态路由 区域路由协议 t b r p f t o p o i o g yd i s s e m i n a t i o nb a s e do nr e v e r s e p a t hf o n a r d i n g 基于拓扑分发 的反向路径转发 w r p g s r f s r c g s r d a g u d p a b r s s r i a r p i e r p l a r d r e a m g l s g p s r m s g p r r n g g g l a b a r 由 g r a w i r e l e s sr o u t i n gp r o t o c o l 无线路由协议 g l o b a ls t 8 t er o u t i n g 全局状态路由 f i s h e y es t a t er o u t i n g鱼眼状态路由 c l u s t e rh e a dg a t e w a ys w i t c hr o u t i n g “群首“网关交换路由 d i r e c t e da c y c l i cg r a p h 有向无回路图 u s e rd a t a g r 鲫p r o t o c o l 用户数据报协议 a s s o c i a t i o nb a s e dr o u t i n g 基于关联性的路由 s i g n a ls t a b i l i t yr o u t i n g基于信号稳定度的路由 i d t r a z o n er o u t i n gp r o t o c 0 1 区内路由协议 i n t e 肿n er o u t i n gp r o t o c 0 1 区间路由协议 l o c a t i o na i d e dr o u t i n g d i s t a n c er o u t i n ge f f e c ta 1 9 0 r i t h m so fm o b i l i t y g r i dl o c a t i o ns e r v i c e g r e e d yp e r i m e t e rs t a t e l e s sr o u t i n g m u l t i s e l e c t i o ng r e e d yp o s i t i o n i n g r e l a t i v en e i g h b o r h o o dg r a p h g a b r i e lg r a p h l o c a t i o na r e ab a s e da dh o cr o u t i n g r o u t i 门g 基于位置区域的a dh o c 路 g e o g r a p h i c a lr o u t i n ga l g o r i t h m地理路由算法 4 北京b 大学顿一 ：研究生毕业论文 璀十地理位置的移动a dh d c 网络路由协议研究 1 1 引言 第一章绪论 随着便携式计算机和掌上型电脑的日益普遍，无线通信技术的迅速发展驱使了 网络协议的发展。通信技术的进步使得各种无线传输网络甚为流行，出现了g s m ， c d m a ，u m t s 1 】，w l a n 【2 】和w i m 似 3 】等设备和服务：而应用也对“无论何时， 无论何地”的个人通信提出了迫切的需求，新的网络环境和新的应用需求引起了对 可及时应用的无线网络一a dh o c 网络协议的设计和研究。 a dh o c ( 4 【5 网络是一种无中心的网络。它指的是一种工作在无固定结构环境 下的自组织的无线移动网络，即m n e t ( m o b i l e a d h o c n e 铆o r k ) 。a d h o c 网络是 自组织的，因为它儿乎不需要手工配置和维护使网络内的节点工作在一起。一个a d h o c 网络完全可以有能力不用在路出层配置而自发地形成网络的结构，而且路由层 可以根据节点的移动处理频繁的网络拓扑结构的重配置。a d h o c 网络是移动的，即 网络中的所有节点都可以完全自出的在空间中移动，在任何时刻，一个连接模式的 建立只依赖于各个节点的位置和它们收发器的覆盖范围。只要节点可以提供不同的 网络接口，a dh o c 网络就可以成为一个多种网络并存的异种网络。 相对于有线网络，甚至是有中心的移动网络，a dh o c 嘲络具有一些突出的特 点 6 ；节点常常在网络中任意地移动，自由加入和退出网络，无线传播条件也随时 间和空间不断改变，使网络拓扑结构频繁变化；带宽有限、容量可变的链路，多接 入、多径衰减、噪声和信号干扰等因素将显著降低无线通信的吞吐壁；移动节点常 常依靠电池来提供能量，能量有限；多跳通信，无线节点的发射功率有限，常常需 要其它的中间节点来中继信息；有限的网络安全，与有线网络相比，a d h o c 网络存 在更加严重的安全性问题，在设计网络时，需要仔细考虑窃听、欺骗和拒绝服务攻 击等。 传统网络中对连接性和业务传输的基本需求，在a dh o c 网络中也同样需要得 到满足，因此形成了a dh o c 网络中的问题，主要包括路由协议、服务质量、m a c 协议、能量消费、节点移动性管理、安全性等问题。 其中良好的路由协议是建立a dh o c 网络的首要问题，同时也是a dh o c 网络 主要的研究热点和难点。传统的距离向量和链路状态路由协议并不适用于拓扑结构 高度动态变化的a d h o c 网络。理想的a d h o c 网络的路由协议应该具有以下性能【6 】： 北京邮电火学磁l ：j 卅究生毕业论义基于地理位置的移动a dh o c 劂络路由协议研究 分布式运行、无环路、按需运行、考虑安全性、高效地利用电池能量、支持单向链 路、维护多条路由。目前研究最为深入的有d s r ( d y n a m i cs o u r c er o u t i n g ) 【7 】， a o d v ( a dh o c0 n - d e m a l l dd i s t a l l c ev e c t o rr o u t i n g ) 8 ，t o r a ( t e n l p o r a l l yo r d e r e d r o u t i n g a l g o r i t h m ) 【9 ，d s d v ( d e s t i n a i i o ns e q u e n c e d d i s t a n c e v e c t o r ) 【1 0 。 但是所有路由协议至今还没有一个能完全符合m a n e t 的要求。 1 2 论文的主要内容 第二章主要介绍了a d h o c 网络的发展，a dh o c 网络的特点、应用以及目前国 际上a dh o c 网络的研究热点问题。 第三章首先介绍了a dh o c 网络路由协议的要求和目前a dh o c 网络中路由协 议的分类。a dh o c 网络路由协议分为基于拓扑结构的和基于地理位置的两大类。然 后根据分类具体介绍了些比较典型的路由协议并分别对两类具体协议进行了比较 分析。重点介绍了基于地理位置的移动a dh o c 网络路由协议，这是一种新的a dh o c 网络路由协议机制。分析了当前基于地理位置的移动a dh o c 路由协议的研究情况， 比较了各种路由协议的优缺点。通过对现有路由协议的分析为我们的研究找到了切 入点。 在第四章中，首先指出了设计基于地理位置的路由协议需要考虑的因素和这类 路由协议的优点。基于这些因素我们提出了基于地理位置路由中的一种新的包转发 算法通用加权贪婪包转发算法( u i l i v e r s a lw e i g h t e dg f e e d y u w g ) ，它的主要思想 如下：通用加权贪婪算法考虑了两个方面的因素，不但考虑了下一跳节点同目的节 点的距离，还考虑了转发路径的方向。通过对这两种因素的定量加权从而选择数据 包的下一跳节点。最后通过对u w g 算法迸行计算机模拟仿真，确定了算法在不同 网络拓扑环境下性能最优情况时的加权因子，并同其他a dh o c 路由协议进行了性 能比较分析。 第五章是整篇论文的总结并指出了下一步工作的重点。 北京| | 1 | j l 粗火学坝叶究生毕业论文是十地理位置的移动a dh o c 网络路由协议研究 第二章移动a dh o c 网络 a dh o c 网络是一种工作在无固定结构环境下自组织的无线移动网络。新的网络 环境和新的应用需求使a dh o c 网络协议的设计和研究成为了热点。本章比较详细 的介绍了a d h o c 网络的发展，a d h o c 网络的特点、应用，以及目前国际上a d h o c 的研究热点问题。 2 1 移动a dh o c 网络的介绍 21 1 移动a dh o c 网络的出现 随着便携式计算机和掌上型电脑的日益普遍，无线通信技术的迅速发展驱使了 网络协议的发展。通信技术的进步使得各种无线传输网络甚为流行，出现了g s m ， c d m a ，u m t s ，w l a n 和w i m a x 等设备和服务；而应用也对“无论何时，无论 何地”的个人通信提出了迫切的需求。 在因特网中支持用户的移动性形成了一个研究热点，而无线移动因特网技术的 首要任务是保证移动用户的可靠接入，提供类似于传统静态主机的因特网业务质量。 新的网络环境和新的应用需求弓l 起了对可及时应用的无线网络一a dh o c 网络协议 的设计和研究。a dh o c 网络可应用在有线或无线坏境下的固定通信结构不存在或被 破坏的情况下。 a d h o c 网络的起源可以追溯到1 9 6 8 年的a l o h a 1 1 网络和1 9 7 3 年d a r p a ( 美 国国防部高级研究计划署) 开始研究的分组无线电网络 1 2 】。i e e e 在开发 i e e e 8 0 2 1 l f l 3 标准时，将分组无线电网络改称为a dh o c 网络。a dh o c 来源于拉 丁语，字面上的意思是“为特定目的或场合的”或“仅为这种情况的”。当时分组无 线电网络已经用于大规模的军事和救援行动中，采用新的名字，i e e e 希望a dh o c 网络成为为特定目的而临时组建并短期存在的网络。需要指出的是，i e e e 8 0 2 11 标 准定义的a dh o c 网络为仅由那些通过无线媒质能够互相进行直接通信的站点组成 的网络，即独立的基本服务集( i b s s ) 。1 b s s 没有接入点，为单跳a dh o c 网络，但 是目前研究的a dh o c 网络通常是多跳的。19 9 7 年i e t f 成立了移动a dh o c 网络 m a n e t ( m o b i 】ea dh o cn e t 、v o r k ) 工作组，专门负责具有数百个节点的移动a dh o c 北京邮电火学顺：l ：刊究生毕业论文摭于地理位置的移动a dh o c 网络路由协议研究 网络的路由算法的研究和开发，并制定相应的标准。m a n e t 工作组的工作成绩斐 然，己经制定了十几个i n t e m e t 草案标准。 2 1 ，2 移动a dh o c 网络的定义 无线网络可根据其结构分为有中心网络( i n f r a s t r u c t u r en e t 、v o r k ) 和无中心网络 ( i n 厅a s t 九1 c t u r e l e s s e t 、 ，o r l ( ) 。在有中心网络中，移动用户通过固定的基站进行通信， 如商用移动通信系统。 a dh o c 网络是一种无中心的网络。它指的是一种工作在无固定结构环境下的 自组织的无线移动网络，即m a n e t 。 4 a n e t 是自组织的，因为它几乎不需要手 工配置和维护使网络内的节点工作在一起，一个m a n e t 完全可以有能力不用在路 由层配置而自发地形成网络的结构，而且路由层可以根据节点的移动处理频繁的网 络拓扑结构的重配置。m a n e t 网络是移动的，即网络中的所有节点都可以完全自 由的在空间中移动，在任何时刻，一个连接模式的建立只依赖于各个节点的位置和 它们收发器的覆盖范围。只要节点可以提供不同的网络接口，m a l 叮e t 就可以成为 一个多种网络并存的异种网络。 如图2 1 所示，在a dh o c 网络中，既不需要一个固定的网络结构，也没有专 用的固定的基站或路由器作为网络的管理中心。网络中的每个节点都相当于一个移 动的路由器，这些节点作为同等实体相互连接，实现数据包的转发，它们都参与路 由的发现和维护过程，从而构成了一个a dh o c 网络。与有中心网络相比，a dh o c 网络更坚固、更耐用，而且不需要提供固定的骨干设旌，用户就可以布置和操作分 组无线网。因此，a dh o c 网络主要应用在军事上，以及一些紧急情况，如受灾地区 的通信、边远地区和勘探等场合的通信。 图2 一l 一个 dh o c 网络实例 在a dh o c 网络中，每个移动节点都有自己的无线收发器，使之可以在一定范 北京删b 大学硕士研究生毕业论义雉十地理位置的移动a dh o c 网络路由协议研究 围内与其它节点通信，一个节点也可同时配备几个收发装置，使得它可以连接在固 定网络上，成为与固定网络联系的一个接口。除非采用了间接通信机制，否则一个 节点是无法与在其通信范围之外的其它节点通信的。节点间的通信可以通过一个节 点链，链上的相邻节点是直接通信的，沿着这条链路数据包就可以以“多跳”的方 式传输。因此所有节点都必须有能够路由和转发数据包的能力。a d h o c 网络可以不 需在路由层手工配置而是自发的建立连接。而且，a d h o c 网络的路由层具备当节 点移动导致拓扑结构变化时重新配置路由的能力。 2 1 3 移动 dh o c 网络的特点 相对于有线网络，甚至是有中心的移动网络，移动a dh o c 网络具有一些突出 的特点；节点常常在网络中任意地移动，自由加入和退出网络，无线传播条件也随 时间和空间不断改变，使网络拓扑结构频繁变化；带宽有限、容量可变的链路，多 接入、多径衰减、噪声和信号干扰等因素将显著降低无线通信的吞吐量；移动节点 常常依靠电池来提供能量，能量有限；多跳通信，无线节点的发射功率有限，常常 需要其它地中间节点来中继信息；有限地网络安全，与有线网络相比，移动a dh o c 网络存在更加严重地安全性问题，在设计网络时。需要仔细考虑窃听、欺骗和拒绝 服务攻击等。总的来说可以归纳为以下几个特点： ( 1 ) 无线信道带来的特点： 网络带宽较窄。目前无线网络的传输带宽只有几十k b i “s 几m b 州s ，如何提 高信道利用率是无线网络中需要考虑的一个重要问题； 信道传输质量较差。与有线信道相比，无线信道的误码率远远大于有线信道 的误码率，高误码率的信道将会引起数据的重传，从而进一步降低无线信道 的利用率； 节点的通信距离受限。网络中所有的节点共享传输信道。这有点类似以太网， 但与以太网不同的是，无线网络中，由于发射功率等原因，一个节点发出的 信号，可能网络中其它的节点并不一定都能收到，这样在使用c s m a f 载波检 测多址访问) 协议时就会出现“隐终端”和“暴露终端”等问题： ( 2 ) 网络的拓扑结构变化频繁。在a dh o c 网络中，所有的节点都参与数据的转发路 由的维护，但与传统的固定网不同的是，作为路由器的每个节点都是移动的，因此 其拓扑结构的变化速度将会远远大于固定网的拓扑变化速度。而且在固定网中，拓 扑结构的变化通常是出于链路拥塞或失效等原因引起的；同时考虑到无线信道的带 宽等问题，传统的路由协议，如r j p f l 4 ( 路由信息协议) 、o s p f 【1 5 】( 开放式最短路 9 北京帅电大学坝二l 聊究生毕业论文基于地理位冒的移动a dh o c 劂络路由协议研究 径优先协议) 等在无线互联网中将不再适用。 ( 3 ) m a n e t 的一些节点可能工作在有限的能量供给下。如果一个节点是由电池来 供电的话，它就不能参与网络的所有通信工作，否则会很快被迫停止操作。 ( 4 ) 保密性问题。无线链路容易被窃听或被干扰导致服务拒绝。 2 2 移动a dh o c 网络研究中的难点问题 与传统的有线和蜂窝网络相比，a dh o c 网络没有基础设施，每个节点都可能 随时进入和离开网络，整个网络分布式进行。然而，传统网络中对连接性和业务传 输的基本需求，在a dh o c 网络中也同样需要得到满足。以上介绍的关于a dh o c 网 络的特点决定了网络研究中的主要难点问题为路由协议、服务质量、m a c 协议、 能量消费、节点移动性管理、安全性等问题。下面将分别介绍这些难点问题。 2 2 1 踌由协议开发 良好的路由协议是建立a dh o c 网络的首要问题，同时也是主要的研究热点和 难点。传统的距离向量和链路状态路由协议并不适用于拓扑结构高度动态变化的a d h o c 网络。理想的a dh o c 网络的路由协议应该具有以下性能：分布式运行、无环 路、按需运行、考虑安全性、高效地利用电池能量、支持单向链路、维护多条路由。 在移动a dh o c 网络中，由于节点移动的随机性使得网络的拓扑结构变化频繁 且没有预先可知性。所以a dh o c 网络的路由问题是极具挑战性的工作。我们可以 将a dh o c 网络的路由设计分成两种机制：一种是基于拓扑结构的，另一种是基于 地理位置的。 基于拓扑结构的路由设计机制根据网络中存在的链路信息进行数据包转发。它 又可以进一步分为表驱动路由，按需路由和混合式路由三大类 16 【1 7 。在表驱动 路由协议( 或先验式路由协议) 中，每个节点试图维护到所有己知目的节点的路由表， 节点之间周期性和在网络拓扑发生变化时交换路由信息，减少了获得路由的延迟， 使源节点能够立即判断目的节点的可达性，但是消费了较多的网络资源，此外它完 全浪费了一些资源来建立和重建那些根本没有被使用的路由。在按需路由协议( 或反 应式路由协议) 中，节点不需要花费资源来维护无用的路由，但路由发现过程费用比 较昂贵而且不可预测，路由延迟与表驱动路由协议中恒定的查表时间相比更加多变。 混合式路由将本地的表驱动路由和全局的按需路由结合起来已达到更高的效率和可 测量行。但即使结合了两种策略仍然需要维护正在使用的网络路径的信息，在一段 o 北京邮电大学f 0 ： ：l 研究生毕业论文 糕于地理位霄的移动a dh o c 网络路由协议研究 可承受的时间内限制了网络拓扑的变化。 目前研究的最为深入的表驱动路由协议为d s d v ，按需路由协议为d s r 、 a o d v 、t o r a 。其中d s r 路出协议己经在装有王e e e 8 0 2 1w 如e l a n 卡的笔记本 电脑组成的a dh o c 网络中实现。 基于地理位置的路由协议通过使用另外的信息排除了基于拓扑结构路由协议 的限制。在基于地理位置的路由协议中，a dh o c 网络中的每个移动节点必须知道自 己的地理位置信息。通常节点通过