Ad Hoc网络中按需多径路由协议的研究与改进
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摘 要
不同于蜂窝移动通信网和无线局域网，Ad Hoc 网络是一种无需基础设施支持
的，由一组无线移动节点构成的网络。在此类网络中的节点具有双重功能：既具
有移动通信终端的功能，又具有路由器的功能。由于 Ad Hoc 网络具有上述特点，
其被广泛应用于野战通信、紧急救助、临时会议、智能交通等多个领域，是目前
国内外进行关于无线网络的研究热点。
路由问题一直是无线移动自组网研究的关键问题。目前，大多数路由协议是
单一路径的，这其中按需路由协议 AODV(Ad Hoc On-Demand Distance Vector)的
应用最为广泛。AODV 协议被广泛应用的原因是其路由算法比较简单，在路由建
立时只需考虑最小跳数作为选路标准。但随着多媒体信息业务等应用场合的出现，
AODV 协议由于进行数据传输时，只支持尽力业务，所以不能较好的满足路由服
务质量(QoS)。
针对以上问题，本文在 AODV 协议单径路由以及多路径路由 MPAODV 的讨
论的基础上提出了一种新的能够满足 QoS 约束的 QoS-AOMDV 路由协议。该协
议主要考虑带宽和时延的约束来选择 QoS 路由。当路径满足网络中的 QoS 需求
时，才用该路径进行数据分发。为了验证改进后的多径路由协议的可行性，我们
采用免费且开源的网络仿真软件 NS2 对QoS-AOMDV 路由协议和 MPAODV 路由
协议进行仿真，结果表明通过仿真表明改进后的 QoS-AOMDV 在节点移动速度较
高时数据包投递率、端到端平均时延、归一化路由开销等方面都能得到令人满意
的结果。
最后，对本论文所做工作进行总结，列举尚未解决的问题以及下一步的工作
方向。
关键词： QoS-AOMDV 路由协议 MPAODV 路由协议 QoS NS2
ABSTRACT
Apart from cellular networks and wireless local area networks, Ad hoc network is
orgnazied by without the infrastructure, In it each mobile station takes two role: a
commucation terminal and a router node. Base on its characteristics, Ad hoc network
has been broadly used in many aeras: military area, civil area and emergency rescue,
temporay meeting, intelligent transport and so on. Nowdays, Ad Hoc netwok is a hot
and key topic.
Routing protocol is a primary part while doing research in wireless mobile Ad hoc
networks. At present, single path routing protocol is rather common,moreover ，
AODV(Ad Hoc On Demand Distance Vector) routing protocol has been widely used
owing to its good performance. The reason is that the hopcount is the only factor to
choose the path during the request of the routing.Althouth the method is simple, the
network performance can not be optimized as we need. Furthermore, it can not satisfy
the QoS requirement.
The thesis proposes a kind of protocol called QoS-AOMDV to support QoS,
based on the MPAODV. The new protocol adds two parameters bandwidth and time
delay while choosing the best path in order to meet the requirement of the QoS. To
prove the feasibility of the new routing protocol we use the free and open source
network simulmion software NS2. The simulation results indicate that the modified
one has the better performance than MPAODV.
Finally, we get some conclusions and point out the exiting problems as well as
what will do in the future.
Key words：QoS-AOMDV protocol, MPAODV protocol, QoS, NS-2
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论 .....................................................................................................................1
§1.1 论文的研究背景和意义 ...................................................................................... 1
§1.2 主要工作及创新 ................................................................................................... 2
§1.3 结构框架 ............................................................................................................... 2
第二章 AD HOC 网络路由协议分析和 NS2 网络仿真 ............................................... 4
§2.1 ADHOC 网络概述 ................................................................................................. 4
§ 2.1.1 概念及发展背景 ...........................................................................................4
§ 2.1.2 网络特点 .......................................................................................................5
§ 2.1.3 体系结构 .......................................................................................................6
§2.2 ADHOC 网络路由协议 ......................................................................................... 6
§ 2.2.1 表驱动路由协议 ...........................................................................................8
§ 2.2.2 按需路由协议 ...............................................................................................9
§ 2.2.3 混合式路由协议 .........................................................................................11
§2.3 NS2 与网络仿真 ................................................................................................. 11
§ 2.3.1 NS2 仿真软件介绍 ..................................................................................... 12
§ 2.3.2 无线网络的 NS2 模拟 ............................................................................... 12
§ 2.3.3 NS2 仿真流程 ............................................................................................. 13
§2.3 本章小结 ............................................................................................................ 13
第三章 一种改进的多径路由协议 MPAODV .............................................................15
§3.1 多径路由协议概述 ............................................................................................ 15
§3.1.1 多径路由的分类 ..........................................................................................15
§3.1.2 多径路由的优点 ...........................................................................................17
§3.2 多径路由协议 MPAODV ................................................................................... 17
§3.2.1 多路径的相关性分析 ...................................................................................17
§3.2.2 路由发现 .......................................................................................................19
§3.2.3 路由维护 .......................................................................................................21
§3.3 仿真实验 ............................................................................................................. 22
§3.3.1 仿真环境及参数 ..........................................................................................22
§3.3.2 性能指标 ......................................................................................................22
§3.3.3 仿真结果及分析 ..........................................................................................23
§3.4 本章小结 ............................................................................................................ 25
第四章 基于 QOS 的多径路由协议 QOS-AOMDV ................................................... 26
§4.1 多径路由的 QOS 简介 ........................................................................................26
§4.1.1 QoS 定义 ...................................................................................................... 26
§4.1.2 QoS 参数 ...................................................................................................... 27
§4.2 多径 QOS路由协议概述 ................................................................................... 27
§4.2.1 QoS 路由 ...................................................................................................... 27
§4.2.2 多径 QoS 路由设计难点及策略 ................................................................ 28
§4.3 QOS多径路由协议 QOS-AOMDV ....................................................................29
§4.3.1 问题引入 ......................................................................................................29
§4.3.2 QoS-AOMDV 关键问题及算法思想 .......................................................... 29
§4.3.3 QoS-AOMDV 数据结构 .............................................................................. 31
§4.3.4 QoS-AOMDV 协议实现过程 ...................................................................... 32
§4.4 仿真实验 ............................................................................................................ 35
§4.4.1 仿真环境参数 ..............................................................................................35
§4.4.2 仿真结果分析 ..............................................................................................35
§4.5 本章小结 ............................................................................................................ 37
第五章 总结展望 ...........................................................................................................38
参考文献 .........................................................................................................................39
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................43
致谢 .................................................................................................................................44
第一章 绪论
1
第一章 绪论
§1.1 论文的研究背景和意义
虽然常用无线移动通信网络以两种方式蜂窝移动通信网络或无线局域网出
现，但是这两类网络都属于需要有基础网络设施支持的，并且还需要基站或者 AP
等接入节点等类似的中心控制设备。随着各类计算机技术的不断发展和进步，当
面临一些特殊或紧急复杂的环境对网络要求较高时，我们需要一种可以快速响应
网络变化、较少依赖现有网络环境的基础上进行快速部署的网络[1]，在这一需求
的推动下，Ad Hoc 网络应运而生。
Ad Hoc 是一种新兴网络技术，最初的目的是由于军事需求，近两年来，随着
各类技术的迅猛发展，网络中的主机节点性能在能耗、网络存储能力、计算性能
等诸多方面能力的不断提升，Ad Hoc 网络在民事和商业中的应用需求和应用场合
也日益增多，具有广泛的研究与发展前景。Ad Hoc 网络已经从无线通信中的一个
小部分逐渐发展成为相对独立的大领域。路由协议作为一个重要的影响网络性能
的因素，是 Ad Hoc 网络的研究重点。目前大多数的路由协议都是单径路由协议[2-4]
如目的序列距离矢量路由协议(DSDV,Destination Sequenced Distance Vector
Routing)、动态源路路由协议(DSR,Dynamic Source Routing)、Ad Hoc 按需驱动矢
量路由协议(AODV,Ad Hoc On Demand Vector Routing)、临时序列路由算法
(TORA,Temporally Ordered Routing Algorithm)等。这些算法可能导致网络中过多
的使用某个节点，而使得其能量消耗完毕产生断路，影响网络性能，并没有考虑
业务的 QoS。
近年来，无线 Ad Hoc 网络中的 QoS 研究[5]越来越受到广泛关注。为满足网
络中的 QoS 要求，重点就是在源节点和目的节点之间能找到一条满足 QoS 约束
的路径，通过该路径中对必要资源如带宽、时延等的限制，使其满足网络中端到
端的服务质量要求，QoS 多径路由的目的就是增强链路的稳定性，减少网络中拓
扑结构变化的频率，提高服务质量。
鉴于 Ad Hoc 网络中 QoS 保障仍然是一个研究难点问题，国内外不少研究机
构致力于对这项工作的研究。对于满足 QoS 要求的路由协议[6-8]的解决思路主要
有两种：
(1)改进传统尽力而为的路由协议，加强其对 QoS 参数约束的保障。
(2)根据 QoS 约束条件重新研究和设计对应的 QoS 路由协议。
摘要：
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摘要不同于蜂窝移动通信网和无线局域网，AdHoc网络是一种无需基础设施支持的，由一组无线移动节点构成的网络。在此类网络中的节点具有双重功能：既具有移动通信终端的功能，又具有路由器的功能。由于AdHoc网络具有上述特点，其被广泛应用于野战通信、紧急救助、临时会议、智能交通等多个领域，是目前国内外进行关于无线网络的研究热点。路由问题一直是无线移动自组网研究的关键问题。目前，大多数路由协议是单一路径的，这其中按需路由协议AODV(AdHocOn-DemandDistanceVector)的应用最为广泛。AODV协议被广泛应用的原因是其路由算法比较简单，在路由建立时只需考虑最小跳数作为选路标准。但随着...
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