AdHoc网络在嵌入式linux平台上的设计与实现

华侨大学研究生学位论文开题报告学生姓名 王磊指导教师 谢维波（副教授）学 院 计算机科学与技术年 级 2007级 学科专业 计算机应用技术研究方向嵌入式技术学位级别 硕士开题日期2009年5月31日

二oo九年一月制表拟撰写学位论文的题目AdHoc网络在嵌入式linux平台上的设计与实现支持学位论文研究的科研项目厦门市科技计划资助项目（项目编号：3502Z20083047）学位论文1.不保密（2）导师2.保密（ ） 密级：（）、机密（）、秘密（）开题报告内容：(博士不少于5000字，硕士不少于3000字)一、选题的来源、意义以及国内外的研究动态1、 课题背景AdHoc网络最早起源于20世纪70年代美国国防部高级研究署(DARPA)资助的分组无线网络(PRNET,艮卩PacketRadioNetwork项目)。PRNET让报文交换技术在不受固定或有线的基础设施限制的环境下运行，其最初的动机之一是满足战场生存的军事需求。在战场环境下，通信设备不可能依赖己经铺设的通信基础设施，一方面受条件限制，这些设施无法装备；另一方面，这些设施随时可能遭受破坏。 PRNET强调的是在一个广阔的区域实现多跳的无线通信。1994年DARPA(DefenseAdvaneedResearchProjectAgency )启动了对能够满足军事应用需要、可快速展开、高抗毁性的移动信息系统的研究。 IEEE802.11标准委员会采用“AdHoc”一词来描述这种特殊的自组织、对等式、多跳无线移动通信网络。随着一些技术的公开，MANET网络(MobileAdHocNetwork) 开始成为通信和网络领域一个研究的热点课题。AdHoc网络是一种特殊的对等式网络，它使用无线通信技术，网络中的节点互相作为其邻居(在直接通信范围内的节点)的路由器，通过节点转发，实现节点之间的通信。它又被称为多跳网络(multi-hopnetwork)或自组织网络(self-organizednetwork)。AdHoc网络具有无中心、自组织、可快速展开、节点可移动和多跳等特点。这些特点使得它在战场、救灾等特殊场合的应用日渐受到人们的重视。无线自组网研究的一个重要方面就是无线自组网的路由。由于无线自组网的拓扑结构动态变化，如何在移动中保持通信成为一个重要的研究方向。 现阶段已经提出许多的路由算法，如AODV、TORA、DSR、DSDV和ABR等。由于路由技术提出的难题较多，一个路由协议很难满足所有对路由的要求。因此，网络的路由协议要综合考虑用户业务需求、网络能力、具体环境等多方面的因素来进行选择和设计。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机为基础，软硬件可裁剪，适用于系统对功能、可靠性、成本、功耗严格要求的专用计算机系统。高实时性是嵌入式系统的基本要求，其次，还要求代码尽可能小，运行速度尽可能快，可靠性尽可能高。嵌入式Linux(EmbededLinux)是指对Linux经过小型化裁剪后，能够固化在容量只有几十万字节或几十亿字节的存储器芯片或单片机中，应用于特定嵌入式场合的专用 Linux操作系统。嵌入式Linux的开发和研究是目前操作系统领域的一个热点。与其他的嵌入式操作系统相比， Linux具有一些独特的优势。其安全性好、稳定性高、网络功能强大、源代码开放、免费。无线自组网和嵌入式系统相结合是必然的。在嵌入式系统下实现无线自组网才有实际应用意义。2、 国内外研究动态目前Adhoc网络除了用于军事作战环境下以及抢险救灾中外，已经开始应用于商业活动，具有协同工作关系的人员可以通过具备无线收发能力的手持式设备来交换数据信息和进行通话。许多公司，如NOKIA和NEC公司都推出了各自开发的无线路由器设备。 Adhoc网络目前已经得到国际上的普遍重视，其发展势头呈现出勃勃生机。90年代以来，移动AdHoc网络的研究在世界范围内方兴未艾， 已经从无线通信领域中的一个小分支逐渐扩大到相对较独立的领域。目前，无论在国际上，还是在区域上（欧洲和亚洲等地区），周期性的AdHoc网络学术会议日益增多。总结国内外研究现状， AdHoc网络成果主要在以下几个方面：提出新的路由协议；提出基于AdHoc网络的媒体接入控制（MAC）协议；AdHoc网络与蜂窝网的互连互通；基于AdHoc网络的多播/组播协议、TCP协议、地址分配、功率（节能）控制、安全性问题、分布式算法、 QoS等方面；在实验和应用网络的构建上，最近比较值得注意的是，一些学者正在研究用蓝牙节点组建AdHoc网络。国内在该研究领域起步较晚，国内学者所发表的AdHoc网络的研究成果较少。从2001年起，开始有少量成果发表，主要成果基本上集中在路由协议的一些改进，少量成果涉及MAC协议的研究。国外的研究有美国加州大学的“无线自适应移动实验室” 及康奈尔大学ZygmuntJ.Hass教授所领导的“无线网络实验室”等；国内研究有清华大学等。国家将AdHoc网络技术明确地列入2006年制定的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》。表明国内对AdHoc的研究正在进入一个快速发展的时期。AdHoc路由协议的研究：AdHoc路由算法经过人们多年努力，已经日趋成熟，标准化工作正在进行中，并陆续公布了相关的RFC文档。但目前的AdHoc路由算法仍有如下问题亟需解决：①多播问题（Multicast）;②能量感知路由法（Power-awareRouting）；③位置辅助路由法（location-aid Routing）:④QoS保证问题。还有许多人对混合路由法（HybridRouting）感兴趣，即把Table-driven和On-demand算法结合。这种在两种算法之间自适应的调整的算法引起了广泛的关注。主动网应用于 AdHoc网络是一个新的发展方向，在基于主动同的AdHoc网络上可以实现“混合路由策略”。除此之外，对MAC子层的研究和安全性、服务发掘、因特网协议的可操作性也是需要考虑的。目前，嵌入式Linux系统开发正在蓬勃兴起，并且已经开辟了很大的市场，除了一些传统的Linux公司，像RedHat、VALinux等正在从事嵌入式Linux的研究之外，一批新公司（如Lineo、TimeSys等）和一些传统的大公司（如IBM、SGI、Motorola、Intel等）以及一些开发专有嵌入式操作系统的公司（如 Lynx）也正在进行嵌入式Linux的研究和开发。但就目前的技术面言，嵌入式Linux的研究成果与市场的真正需求还有一段差距。国外的开发如火如荼，国内的开发也不甘示弱。“863计划”重点支持项目中就有使用Linux作为嵌入式系统开发的方向。除此之外，中科红旗、中软等公司也同样将嵌入式系统的开发作为自己的主要发展方向之一。3、课题研究的意义本课题的重点就是研究分析AODV协议的工作机制和原理，针对ARMS3C2410嵌入式平台构建专有的嵌入式Linux系统，然后在嵌入式linux系统上实现AODV路由协议，并采用IEEE802.11链路层协议，搭建一个真正可移动的 AdHoc网络并测试其功能和性能。通过这些工作，为以后AdHoc网络的真正应用打下基础。AODV（AdHocOn-demandDistaneeVector）需求驱动距离矢量路由算法路由协议是IETF组织提出的一个RFC标准，它具有协议简单，性能优异等特点，特别适用于中小规模的AdHoc网络。AODV实际上是DSR和DSDV的综合，以DSDV为基础，采用DSR中的按需路由思想进行改进。它采用了DSR中路由发现和路由维护的基础原理，结合了DSDV的逐跳（hop-by-hop）路由，顺序编号和路由维护阶段的周期更新机制。目前，针对网络协议的研究多是在模拟的环境中进行的，如使用 OPNET、NS-2和Glomosim等模拟器。但因物理层和协议的某些不恰当、不精确的模型不能正确和真实地反映节点的移动性，因此在实的环境中实现和评估路由协议是十分必要的。AdHoc网络的应用特点就在于其移动性，所以主要应用在移动设备和手持设备（PDA）等嵌入式系统上，而且嵌入式linux系统是嵌入操作系统发展的大方向之一。因此在基于ARM的嵌入式linux系统下实现AdHoc无线网络具有十分重要的意义。二、 研究的主要内容和方案。1、 研究方案采用交叉编译的嵌入式开发方式，主机操作系统 RHEL5。目标平台：致远MagicARM2410实验开发箱。开发工具：ADS开发环境，Jtag仿真器、arm-linux-gcc3.3.2无线网卡：实现AdHoc网络的链路层协议（主要有蓝牙和IEEE802.11协议），由于目前802.11系列的无线产品十分丰富，价格也比较便宜，并且在Linux平台上也有很多的使用802.11协议的网卡的驱动，所以我们选择了基于802.11b/g标准的无线网卡ATHEROSZD1211作为我们试验网中的网络接口卡。目标系统采用的linux内核：linux-2.6.28目标系统的引导程序：采用三星公司的VIVI，进行修改并编译移植。2、 主要研究内容1） 分析研究AODV路由协议。2） 针对ARMS3C2410实验板构建嵌入式Linux系统。a） 构建交叉编译工具链b） 决定系统组件c） 配置及建立内核（内核裁减、编译与移植）d） 建立根文件系统（利用BusyBox工具）e） 设置引导软件与配置3） 在嵌入式linux系统上实现AODV协议。4） 移植无线网卡及相关驱动程序到目标平台。5） 搭建嵌入式平台的AdHoc网络并测试其功能和性能。6）在上面的系统平台下，开发一个 VOIP应用程序，实现平台间的语音通信，以验证AdHoc无线网络的性能。三、 课题研究特色和创新之处1、 针对特定平台（S3C2410）的从零完全订制自己的嵌入式linux系统。包括bootloard的订制与移植。2、 嵌入式Linux内核采用较新的2.6.28版本的内核。目前大多嵌入式linux系统都是用的2.4版本的内核。与Linux2.4内核相比，Linux2.6内核在性能、模块支持、可用性、可测量性等方面有大幅度的提高。 Linux2.6内核取代2.4内核是大势所趋。3、基于嵌入式Linux协议栈，在嵌入式环境下实现AdHoc网络。四、课题研究目标和进度安排课题的最终研究目标是在致远2410平台上构建嵌入式linux系统并实现AODV路由协议，进而搭建一个有5个节点的AdHoc无线网络，实现平台间的通信，并进行测试。然后在此基础上开发一个VOIP无线语音通信系统。课题的进度安排如下：2009.5以前调研，查询相关资料2009.5-2008.6建立嵌入式linux交叉开发环境2009.7-2009.8移植引导程序VIVI到开发板2009.8-009.9构建linux系统（内核移植与根文件系统）2009.10-2009.12AODV路由协议在嵌入式arm-linux上的实现2009.1-2009.2移植网卡驱动并构建AdHoc网络2010.3-2010.5论文初稿2010.6论文终稿及答辩准备五、主要参考文献：王学龙•嵌入式Linux系统设计与应用.北京：清华大学出版社，20邹思轶.Linux嵌入式设计与应用.北京：清华人学出版社，2002.KarimYagbmour著,O'ReillyTaiwan公司译.构建嵌入式LINUX系统.北京：中国电力出版社,2007陈铁军，仇洪冰.基于S3C2410的嵌入式Linux的移植方法.桂林电子工业学院学报.2006.8⑸杨水清张剑等.ARM嵌入式Linux系统开发技术详解.电子工业出版社，2008.11郑少仁王海涛等.AdHoc网络技术.人民邮电出版社.2005冯世奎.Linux嵌入式系统根文件系统的选择与制作.成都信息工程学院学报.2006.8IETF.MobileAd-hocNetworks(manet)./html.charters/manet-charter.htmlCharlesE.Perkins,ElizabethM.Belding-Royer, S.Das.AdHocOnDemandDistaneeVector(AODV)Routing./rfc/rfc3561.txt,July2003EnneyaN,E1KoutbiM,BerqiaA.EnhancingAODVperformanee basedonstatisticalmobility quantification. IEEEInformation and CommunicationTechnologies,2006,2:2455-2460.D.A.Maltzetal.TheEffectso