智能物联网通信技术实验教程 课件 第3章 网络层实验

第3章网络层实验CATALOGUE实验内容DSDV路由实验AODV路由实验LEACH路由实验第3章网络层实验3.1DSDV路由实验-实验内容在Ubuntu系统中运行DSDV协议并分析输出信息

1、基本特性先应式路由：在实际需要之前，已预先建立好路径，也称表驱动路由。主要优势在于当需要时，通过查表找下一跳邻居，路径可立即使用。表驱动路由：每个节点都维持一个到所有目的节点的路由表，表中包含目的节点、下一跳节点、距离（跳数）以及序列号等信息。2、路由表更新机制序列号机制：DSDV协议创新之处在于为每一条路由设置一个序列号。序列号大的路由为优选路由，序列号相同时，跳数少的路由为优选路由。正常情况下，节点广播的序列号是单调递增的偶数。当节点发现到某目的节点的路由中断后，会广播一个路由信息，将该路由的序列号增加为奇数（通常是原序列号加1），并把跳数设置为无穷大，以通知其他节点该路由已不可用。3.1DSDV路由实验-实验原理

3、路由选择过程当节点收到来自邻居的路由信息时，会根据自己的路由表进行判断。如果收到的路由信息的序列号大于自己路由表中相应条目的序列号，或者序列号相同但跳数更少，则更新自己的路由表。4、优点与缺点（1）优点：保持了距离矢量路由协议的简单性。通过序列号机制有效避免了路由环路和计数到无穷的问题。

对网络拓扑变化反应迅速，通过立即路由更新实现。（2）缺点：即使没有网络拓扑变化时，也存在控制流量开销。可能会维持一些从来不使用的路由，导致路由表规模较大。路由表中的过时信息可能导致路由错误。3.1DSDV路由实验-实验原理编译DSDV程序打开dsdv.c文件，输入geditmake，输入g++-std=c++0x-pthreaddsdv.cpprip.cppsocket.cpp-odsdv保存并退出。在终端中输入make进行编译；新建两个终端窗口，分别输入./dsdv3031a.dat和./dsdv3032b.dat（观察运行结果，保留结果）。新建第三个窗口，输入./dsdv3033c.dat查看窗口1和窗口2的变化；保留三个窗口的结果，并在实验报告中讨论该变化。a、b初始无法通信，因未通过第三方更新；运行c后，a、b路由表更新，可经c通信；DSDV依赖周期广播路由信息，实现路径优化。在socket.cpp文件中，添加代码用于接收数据并打印端口号；若接收失败，则返回-1；重复步骤，分析终端输出运行结果。终端编译运行结果分析修改socket接收加入新节点观察3.1DSDV路由实验-实验步骤3.1DSDV路由实验-实验结果记录实验步骤结果将上述实验步骤结果记录在实验报告中，并且给出该结果的由来（阅读代码）。3.2AODV路由实验-实验内容在Ubuntu系统中编译部署AODV协议在多个虚拟机之间验证AODV协议工作情况3.2AODV路由实验-实验原理1、协议概述AODV是一种按需平面距离向量路由协议，它能够在无线自组织网络中实现单播和多播路由。该协议属于源驱动路由协议，也是反应式路由协议的一种，即当源节点需要向目的节点发送数据时，它才会在网络中发起路由查找过程。2、主要特点

按需路由：AODV协议在需要通信时才建立路由，这有助于减少网络中不必要的流量，提高网络效率。

自适应性：AODV能够适应网络拓扑的动态变化。当网络拓扑发生变化时，如链路断开，AODV会重新计算路由，以保证数据的可靠传输。

支持多跳路由：AODV能够在多跳情况下建立路由，允许数据包通过多个中间节点从源节点传输到目的节点。使用序列号防止路由环路：AODV通过序列号来检测和避免路由环路的发生，确保路由的正确性和稳定性。3.2AODV路由实验-实验原理3、工作原理AODV协议的工作过程主要包括路由发现、路由回复和路由维护三个阶段。路由发现：当源节点需要发送到目的节点的数据时，它会广播一个RREQ（RouteRequest）消息。RREQ消息中包含源节点和目的节点的地址、序列号以及跳数等信息。中间节点收到RREQ后，会检查自己的路由表，如果存在到目的节点的路由，则直接回复RREP（RouteReply）消息；否则，继续广播RREQ消息。当RREQ消息到达目的节点或知道目的节点路由的中间节点时，会回复RREP消息给源节点。路由回复：RREP消息沿着RREQ消息的反向路径返回给源节点。RREP消息中包含到达目的节点的路径信息，源节点收到RREP后，就可以沿着该路径发送数据。路由维护：在数据传输过程中，如果链路断开或路由错误，AODV会通过发送ERROR报文来通知相关节点删除相应的路由记录或重新发起路由查找过程。编译部署修改AODV源码以适应Ubuntu24.04，编译后生成kaodv.ko和aodvd，安装后自动加载kaodv.ko，支持高版本内核的路由操作。路由验证AODV协议在无线自组织网络等场景表现优异；实验通过三个虚拟机验证其路由功能，模拟超出通信范围后仍能建立间接路由。3.2AODV路由实验-实验步骤1.按上述步骤完成实验内容，搭建有3跳路由的截图。2.在有多跳路由通信时，通过iptables断开多跳路由中的某一节点，观察协议是否能寻找最佳路由。3.2AODV路由实验-实验结果3.3LEACH路由实验-实验内容仿真无线传感器网络LEACH协议3.2LEACH路由实验-实验原理1、协议概述LEACH(lowenergyadaptiveclusteringhierarchy)算法是一种自适应分簇拓扑算法，它的执行过程是周期性的，每轮循环分为簇的建立阶段和稳定的数据通信阶段。在建立阶段，相邻节点动态地形成簇，随机产生簇头；在数据通信阶段，簇内节点把数据发送给簇头，簇头进行数据融合并把结果发送给汇聚节点。由于族头需要完成数据融合、与汇聚节点通信等工作，所以能量消耗大。LEACH算法能够保证各节点等概率地担任簇头，使得网络中的节点相对均衡地消耗能量。LEACH算法选举簇头的过程如下：节点产生一个0~1之间的随机数，如果这个数小于阀值T(n)，则发布自己是簇头的公告消息。在每轮循环中，如果节点已经当选过簇头，则把T(n)设置为0，这样该节点不会再次当选为簇头。对于未当选过簇头的节点，则将以T(n)的概率当选；随着当选过簇头的节点数目增加，剩余节点当选簇头的阀值T(n)随之增大，节点产生小于T(n)的随机数的概率随之增大，所以节点当选簇头的概率增大。3.3LEACH路由实验-实验原理2、主要代码介绍1）Affichage.py:负责绘制传感器网络的图形，根据节点的类型（普通节点、簇头或已死亡节点）用不同的颜色表示，并在图中标记接收器（Sink）。2）election.py:实现了簇头的选举算法，根据节点的剩余能量和LEACH协议中的概率模型来决定哪些节点成为簇头。3）find.py:包含用于确定节点之间通信的函数，如找到发送方和接收方节点，以及计算发送和接收过程中的能量消耗。4）init.py:负责初始化整个模拟，包括传感器节点的创建、模型参数的设置，以及将节点状态重置为初始状态。5）join.py:汇总其他模块，控制整个LEACH协议的模拟过程。包括簇头选举、节点与簇头的连接，以及在不同回合中记录网络的状态。配置仿真参数节点数量、簇头节点比例、节点最大能