基于adhoc网络路由协议的性能分析--学位论文.doc

计算机信息工程学院毕业设计说明书基于Ad hoc网络路由协议的性能分析摘要Ad hoc，也就是无线自组织网络（Wireless Ad Hoc Network)，这种传输模式的最大特点就是网络中的结点进行网络信息的通信与存取时是相互对等的，也就是不需要经过无线基地台的中转来完成通信。在Ad hoc中，路由协议基本被分成两大类：先验式和反应式。先验式网络协议中每个移动结点会周期性地发送一些路由信息，与此同时各个移动结点会按照收集到的路由信息去改变本身已存储的路由表。这类协议主要有DSDV、WRP协议。反应式协议主要指的是无线移动结点只有在需要传送数据包却无法发现到达目的结点的可用路径时才会启动路由发现程序来寻找可用路径的一类协议。主要有DSR、AODV协议。本文首先介绍了课题的背景和现状，研究的目的与意义，明确了课题中要解决的问题和课题研究中所采用的实验方法。其次，简述了Ad hoc网络的基本概念、结构特点、各个协议的工作机制，同时介绍了实验环境与仿真软件的安装与应用。本文最后重点比较与分析了各个协议的性能。基于上述理论研究，本课题使用NS2网络仿真软件，使用TCL语言编写网络拓扑脚本，进行仿真获得数据结果，以此研究各个协议的性能。并将所得到的数据应用绘图工具进行绘制，进行比较与研究，最终得出结论。关键词：Ad hoc；网络协议；性能分析；仿真器Performance Analysis based on Ad Hoc network routing protoclAbstractAd hoc, both wireless ad hoc networks (Wireless Ad Hoc Network), the most important feature of this transport mode is that all nodes on other ways to communicate with the wireless network access without going through a wireless base station.Proactive to each type of wireless network protocols node fixed time interval will be sent information on some paths , each wireless node on the path to change their table based on the information collected , Such protocols are DSDV, WRP .Reaction agreement mainly refers to the wireless nodes send packets only when needed but can not find the path to the destination, will begin operation , Such as DSR, AODV protocols.This paper introduces the background and significance of the subject , the subject in a clear problem to be solved .Secondly , introduces the basic concepts of Ad hoc networks , structural features, the working mechanism of the various agreements , but describes the installation and application of the experimental environment and simulation software.Finally, the focus of analysis and comparison of the performance of each protocol.Based on the above theory , the subject using NS2 network simulation software , using the TCL scripting language network topology , the simulation results obtained data , in order to study the performance of each protocol.And the resulting data applications drawing tools to draw , compare and research.Key words: Ad hoc;network protocol;performance analysis;simulator第一章 绪论11.1 课题研究背景与现状11.1.1 课题研究背景11.1.2 课题研究现状11.2 课题研究目的与意义21.3 课题研究方法31.4 论文的组织结构31.5本章小结3第二章 Ad hoc网络概述52.1 Ad hoc网络形成与发展52.2 Ad hoc网络概念及特点52.2.1 Ad hoc网络概念52.2.2 Ad hoc网络特点62.3 Ad hoc网络路由协议以及分类62.3.1 DSDV路由协议72.3.2 DSR路由协议82.3.3 AODV路由协议82.4 本章小结9第三章 实验平台搭建103.1 cygwin实验环境103.2 NS2仿真软件113.2.1 NS2仿真软件简介113.2.2 NS2的安装123.2.3 NS2的仿真过程133.3 本章小结14第四章 实验设计与实现154.1 实验设计与性能评价标准154.1.1 实验设计154.1.2性能分析评价标准164.2关键代码编写164.2.1 tcl模拟网络脚本164.2.2 trace文件184.2.3 awk分析程序脚本194.3 仿真程序运行与分析214.4本章小结21第五章 路由协议性能分析235.1不同情况下的路由协议性能比较235.1.1 最大连接数235.1.2数据流速度255.1.3结点个数285.1.4结点移动速度315.1.5结点停留时间335.2路由协议性能分析365.3本章小结37第六章 总结396.1 论文的回顾396.2论文的展望39致谢40参考文献41附录42前言Ad hoc网络（Wireless Ad Hoc Network）也就是无线自组织网，这种网络技术最早是源于军事需要才出现的。随着现代社会的科技不断发展，移动数码设备的制造技术不断进步，手机、笔记本电脑、pad等等越来越普及，人们开始注意到无线自组织网络的对等式、无中心、自组织、无需硬件通信设施、结点自由移动性等等特点与优点，越来越多的人认识到无线自组织网对于下一代网络（NGN）的发展具有非常深远的应用前景。在军事上，不需要提前搭建好的通信设施即可使用的Ad hoc网络十分适用于现代与未来战场，并且由于结点的移动性也让该网络有一定的抗毁性，所以这种网络技术已经受到各国政府的重视。在民用方面，无线自组织网的这些特性也让他可以在救灾急救、偏远山区通信等领域大展拳脚。此外，Ad hoc网络与现有的IP网络、互联网等的互补互利等应用潜力也开始受到人们的关注。目前Ad hoc网络的研发工作还主要处于仿真与实验的阶段，国内外都有大量的学者与科研机构从事相关的工作。主要的研究方向有：提出新的路由协议，不过近期大多数相关的研究都是对于已有路由协议的改进；基于Ad hoc的MAC协议研究，主要方向是解决暴露结点和隐藏结点的问题（王云峰，移动自组网基于动态簇的MAC协议与QoS路由，计算机工程与应用，2004/35）；此外还有一些关于组播多播协议，TCP协议的研究，但国内对此的研究总体而言还是很少的，仅仅是起步阶段而已。本毕业设计课题的研究内容主要就是基于Ad hoc网络路由协议的性能分析与比较。主要依靠NS2仿真软件编写模拟网络拓扑脚本，对无线自组织网在采用不同的路由协议的情况下的通信情况进行仿真、采集数据，然后对得到的数据进行比较与分析，最终总结得出相关路由协议性能分析的结论。45第一章 绪论1.1 课题研究背景与现状1.1.1 课题研究背景随着现代社会科技的程度越来越高以及价格的不断下降，移动式的数码设备也越来越普遍，手机，手提电脑，Pad，相机，甚至是汽车，都是属于这类可以移动的无线设备装置【1】。这些移动设备的无线通信方式可主要分为两种：一种是必须经过中心基地台，有中央结点进行控制的传输方式（Infrastructure）。另一种通信方式就是本文所研究的无线自组织网络（Wireless Ad Hoc Network），这类传输模式的最大特点就是无线移动结点不需要通过无线基地台来完成通信，网络中的无线移动结点在进行网络信息的通信与存取时是相互对等的。Ad hoc网络的前身是分组无线网（Packet Radio Network）【2】。目前学术界认为开始这类网络的研究最早是由于军事方面通信的需求。1972年，为了适应现代战场的形势，美国政府就已开始研究分组无线网技术，研究目的是探索如何将这项网络技术应用在现代战场上的网络通信当中。在美国政府的资助下，相关机构在1993年开始了高残存性自适应网络（SURvivable Adaptive Network）项目【3】的研究。开始这个项目的目的是研究如何将分组无线网的实际成果加以扩展，以便支持更大规模的网络，此外还要开发能够适用于战场快速变化环境中的自适应网络协议。在分组无线网现有成果的研究基础上开始全面开发能够应对军事应用需要、可快速展开、高抗毁性的移动信息系统，有关项目的研发一直持续至今并且越来越受到重视。在无线自组织网络中要传送数据包时，如何去决定和选择最迅速、最有效的发送路径，是一个非常重要的研究方向，本毕业设计课题主要研究目的就是进行不同的路由协议的性能分析与比较。1.1.2 课题研究现状 从上世纪末开始，关于无线自组织网络技术的研究在世界上开始被广泛关注，已经发展成为了一个比较独立的无线通信技术研究领域【8】。概括当前国内外关于Ad hoc网络的研究现状，取得进展的方面主要是以下几个： （1）提出新的路由协议。研究得到的新协议主要以广播或组播的方式来建立网络路由，减少网络中的广播风暴【6】是协议研究的核心问题。当前，获得广泛认可的代表性成果有DSDV、WRP、AODV、DSR协议等，但这些都是本世纪初的研究成果。就目前而言，对于新型路由协议的研究与开发依旧是对于Ad hoc网络的研究成果最主要的部分。（2）无线自组织网络与移动蜂窝通信网的互连互补。目前有研究提出了一种iCAR（internet Cellular and Ad hoc Realy）系统【5】。这个系统可以弥补移动蜂窝通信网的小区内的信号盲区，并且这项研究可以为完成补盲后的改善系统进行性能评价。不过不足之处在于，该系统只能应用于第二代移动通信系统，尚不能应用到基于IP方式的分组网络，而2G已经快被当前通信领域所淘汰。 （3）研究应用于无线自组织网络的媒体接入控制协议。关于MAC协议的研究，主要是解决暴露终端和隐藏终端的问题，这其中产生较大影响的有MACA协议，以及一些由此改进的MAC协议。1.2 课题研究目的与意义因为无线自组织网络的结构和功能的特殊性，属于这种网络技术的应用领域与一般的移动通信网络有很明显的区别。首先Ad hoc网络比较适用于不可以或者不方便预先建设好网络通信设备的情形【1】。在本章的第一节中已经阐述了关于Adhoc网络的研究是因战场通信的应用而兴起的，所以，在军事方面的应用例如战场通信等，依旧是无线自组织网络的主要应用方向。而在民用方面无线自组织网络应用场合主要有：军事应用、家庭联网、紧急应用、传感器网络；个人域网络、其他商业应用。军事方面的应用依旧是无线自组织网络最重要和最有潜力的应用领域。因为该技术具备独特的无需预先建设通信网络设备、具有一定的抗毁能力、具备快速展开能力等特点，而要进行现代化及未来战场通讯正是迫切需要这样的技术。传感器网络将是Ad hoc网络技术的另外一个极具潜力的应用方向。在许多实际情况下，传感器网络能使用的都是无线通信技术。由于考虑到结点能源、结点体积等等技术因素，传感器网络中的结点的发射功率会受到严格限制【14】。将Ad hoc网络技术来应用到传感器网络是比较好好的解决办法【15】。传感器网络中的Ad hoc网络将由各个结点的传感器组成，以便能够更好地实现控制中心之间和与传感器结点之间的数据传输，事实上，这个优点将使无线自组织网络在很多领域的应用都具有非常广阔的前景。在已建成的通信网络设备被大量甚至被全部破坏以至于没有办法继续进行通信时，比如遇到巨大的自然或人为灾害时，这种情况下就需要无线自组织网络这种不需要依靠任何已建成的网络通信又可以迅速投入使用的网络技术【7】。个人局域网也是无线自组织网络的一个主要应用领域，除了可以用于实现手机、笔记本电脑、pad等个人数码设备之间的通信，蓝牙中的超网技术也是一个很好的例子【10】。事实上在现实生活的应用中，无线自组织网络可以单独作为一个完整网络来进行内部通信，还可以以一个子网的形式来通过各种接入方式并入已建成的通信网络之中【9】，与无线自组网络以外的主机进行通信，这也是一个重要的应用方向。 本毕业设计研究的就是目前无线自组织网中主流技术所采用的各个路由协议的性能分析、比较与总结，主要是DSDV，DSR，AODV三种路由协议，在不同的移动无线网络情况下的性能表现，为了使Ad hoc网络表现更出色，研究在不同的情况下应该采用哪一种路由协议最为合适。1.3 课题研究方法本课题将在cygwin环境(模拟unix环境)中使用NS2仿真软件，进行Ad hoc网络拓扑仿真实验，在实验中，首先使用tcl语言编写网络拓扑结构，然后使用NS2仿真软件运行仿真脚本，会产生trace文件，trace文件是NS2软件用来记录网络中结点通信和传输数据等过程的文件。接下来使用awk语言编写AWK分析程序，用来分析仿真软件产生的trace文件，以便将大量的数据转化为方便记录与观察的结果，并使用绘图工具将这些分析结果汇总制图，以便更方便地观察各个路由协议的性能并进行比较与分析。本课题主要研究了DSDV，DSR，AODV三种路由协议的性能比较、分析与总结。采取控制变量法，研究了在最大连接数、数据流速度、结点数目、结点移动速度、结点停留时间五个不同的变量，在一定范围内不断改变的情况下三种路由协议的性能表现。通过不断改变tcl网络拓扑脚本中的相关的网络结点参数定义，即所谓的业务量模型，来改变相应的变量设置。在实验中，编写的awk程序主要研究路由协议性能的指标有发送数据包数、丢包率、平均端到端延时、第一个数据包到达时间四个指标。通过研究这四个指标来分析各个路由协议的性能，与这些路由协议采取的策略相互印证，以此确定各个路由协议的优缺点和适用领域，达到本课题研究的目的。1.4 论文的组织结构本论文分为六个章节，按照以下方式安排：第一章：介绍了Ad hoc网络研究的背景、现状、目的及意义，并概述了本毕业设计对无线自组网的研究方法。第二章：介绍了无线自组织网络的相关知识背景，包括无线自组织网络的形成与发展、概念与特点，并且具体介绍了Ad hoc网络路由协议的类型与特点。第三章：介绍了课题研究所需要的实验环境与仿真软件的介绍与安装使用方法。第四章：介绍了课题研究所需脚本中关键代码以及仿真程序的运行与数据分析过程。第五章：介绍了对Ad hoc网络中所使用的各个路由协议在不同情况下的性能分析与比较，并给出了结果评价总结。第六章：结论，对整个说明书的工作进行回顾和总结，并对Ad hoc网络的研究作出了展望。1.5本章小结本章首先介绍了本毕业设计的课题研究背景与现状，明确了无线自组织网络的产生与应用背景以及目前国内外关于Ad hoc网络的最新研究进展。然后介绍了本课题的研究目的及意义，概述了一些Ad hoc网络的应用方向与发展前景，以此解释为何要对Ad hoc网络路由协议的性能进行研究、比较与分析。本章还明确了在本课题的研究过程中所需要采用的实验环境cygwin和仿真软件NS2、控制变量法的研究方法等等。言简意赅地阐述了在实验中应该按照建立网络拓扑结构运行仿真程序使用分析程序分析结果绘制图表的步骤来研究Ad hoc网络中各个路由协议的性能这几个步骤来完成实验。最后对本论文的组织结构进行了详细的介绍，以便读者更好地阅读和把握本论文。第二章 Ad hoc网络概述2.1 Ad hoc网络形成与发展目前主流学术界认为，无需基础设施的网络通信技术【7】最早出现在上世纪70年代初，在开发完成报文交换技术之后不久，美国政府出资使得相关机构投入到了一项新的研究当中分组无线网络【3】，也就是将报文交换技术应用在没有预先建设好的基础设施的环境之中。现在可以认为进行这个项目的目的主要就是满足战场上的通信的需求。在现代战场中，无法像平时那样依靠预先建设好的网络通信设施进行通信，首先，战场上预先铺设的网络通信设施几乎不会存在，其次，即使有也会随时受到毁灭性的破坏【3】。所以，能自组织、无中心是这种网络技术和其他一般性的通信网络技术的重要区别之一。在这种网络中，每个结点都保持动态且可以任意分布【2】，结点之间的通信通过无线的方法来实现。分组无线网络的研究项目事实上也就是开启了移动自组网（Mobile Ad Hoc Network，简称MANET或Ad Hoc网络）【5】的研发。此外，美国政府还在这个时期开始了其他一些相关项目的研究。然而，此类研究项目在当时是严格保密的，所以从上世纪70年代一直到90年代初这段时间里，很难通过当时公开的学术资料中得到真正有用的相关信息。美国政府在1993年启动高残存性自适应网络项目的研究。开始这个项目的目的是研究如何将分组无线网的实际成果加以扩展，以便支持规模更大的网络【5】。此后美国又开展了一些其他项目，在现有的研究成果上开始全面开发能够满足现代化战场需要的网络通信系统，这类研发一直持续至今。因为自组网的各种特性与优势，使它可以地应用于现代化战场、紧急情况应对与抢险救灾、传感器网络、家庭网络、个人网络等众多领域，具有很高的应用潜力。到目前为止，无线自组织网络技术的发展还没有达到实际应用这一步，主要的研发仍处在仿真和实验阶段【10】。2.2 Ad hoc网络概念及特点2.2.1 Ad hoc网络概念Ad hoc网络中，如果两个移动结点在各自的通信能力范围之内，那么这两个结点就能够实现直接通信【6】。不过因为移动结点的通信覆盖范围有限制，如果两个互相超出通信覆盖范围的结点仍需要进行数据传输，则需要依靠这两个结点之间的其他结点进行转发来完成通信。所以在无线自组织网络中，每个结点作为主机的同时也是一个路由器，承担着路由器所应该进行的工作。与此同时，无线自组织网络也可以被当成是计算机网络和无线通信技术【4】的交叉融合下的新型技术产物。网络中的移动结点一般是笔记本电脑、手机、pad等移动终端设备，无线自组织网络不同于普通的移动IP网络：在移动IP网络中，主机需要通过预先架设好的网络通信设施才能完成与保持通信正常进行，而基站和基站之间采用的均为有线网络，整个IP网络中使用的路由协议与一般的互联网相同【4】。而Ad hoc网络不需要这些设施的支持。此外，与移动IP网络不同，无线自组网络中结点的随机移动可能会导致整个网络的拓扑结构发生彻底的改变。2.2.2 Ad hoc网络特点由于组建方式与工作模式和传统的网络有很大的差别，所以无线自组织网络具有很多该网络技术独有的特点：自组织与独立性：和一般的通信网络相比，无线自组织网络最显著的特征就是不需要预先建设的网络通信设备的支持，也能够随时随地、迅速组织起一个可移动的通信网络。无线自组织网络的建立完全不依赖于已预先建设好的通信设备，所以说具有一定的独立性。Ad hoc网络具备的这种特点决定了它很适合偏远地区、抢险救灾通信等领域的应用【12】。无中心特性：在Ad hoc网络中并没有任何结点或者说主机来作为中心去控制其他结点，网络中的所有结点都是通过分布式的协议来实现相互连接【3】。一旦Ad hoc网络中某个或部分结点出现问题不能进行通信，依旧能确保其余的移动结点继续正常工作。结点能源限制：由于组成Ad hoc网络的结点大都是一些移动设备，如笔记本电脑、手机、pad等。考虑到结点不可能始终处于静止状态而是不断移动的，而结点的能源就主要来自于电池一类的设备，所以无线自组织网络具备能源有限的特点。无线通信带宽限制：由于Ad hoc网络并不依靠有线基础设施进行通信，所以，结点间的数据传输全部通过无线的形式来实现【13】，因为无线通信信道自身的物理条件限制，这种信道能够提供的网络带宽与有线通信信道相比肯定低得多。生存周期短：无线自组织网络一般被研究应用于临时或紧急的通信场合，与配备有完善的基础设施的有线网络相比，Ad hoc网络的生存周期总体来说都比较短。易受攻击性：一般而言，移动网络都会比固定网络更易受到物理安全攻击，同样的，Ad hoc网络也存在易于遭受窃听和拒绝服务等等攻击的问题【5】。为了解决这个问题，目前已有不断开发出的新型安全技术被广泛应用于无线自组织网络的通信中，以此来来减少对网络安全的威胁【5】，不过，与此同时无线自组织网络随机分布的特性让这种网络技术相对于集中式的传统网络来说也算是拥有了相当的抗毁性。2.3 Ad hoc网络路由协议以及分类在无线自组织网络中，结点的随机移动会导致网络拓扑结构的变化甚至是彻底更新。如何为网络中的数据传送迅速准确地发现到达目的地的路径，是无线自组织网络的研究与应用化里十分关键的一个问题。通过上面章节的介绍我们了解到，无线自组织网络是一个多跳的网络，移动结点一方面承担主机的工作，另一方面承担路由器的职责，比如进行分组转发和路由维护等工作。所以说，在采取路由策略方面Ad hoc网络与一般的移动通信网络有明显的不同，为了解决此类的问题需要开发与采用相应的适用于无线自组织网的路由协议。在无线自组织网络中，路由协议可以分成以下两大类：先验式（Proactive Routing Protocl）路由协议【1】：这一类路由协议也被称为基于路由表驱动（Table Driven）的路由协议。路由表在每次路由信息有改变时都会被更新，并且利用已存储在每个结点的路由表中的信息来判断和决定新的路径。网络中的每个无线结点间隔固定的一段时间就会发送相关的路由信息，每个无线结点会根据受到的路由信息来修改存储在本结点的路由表。当无线自组织网中的拓扑结构发生改变使得原本的可用路径失效，或者建立了新的传输路径，网络的结点都会收到关于路由改变的信息，这种更新是不间断的，就能使得网络中所有的结点都能找到可用的路径来进行通信。采用先验式路由协议，源结点在传送数据包时已经得知到达目的结点的完整路径，从而不会有延迟存在。采用这类协议的缺点是网络中的结点必须去不停断地广播路由信息，这样就非常浪费无线网络的频宽与无线结点的能源，同时容易造成广播风暴、信息泛洪等。如果增加广播之间的间隔时间，以此来减少对频宽和结点能源的浪费，那又会导致结点存储的路由表无法即时回馈网络的拓扑结构的变化，目的序列距离矢量路由协议Destination-Sequenced Distance-Vector Protocol（DSDV）就属于这一类路由协议。反应式（Reactive Routing Protocol）路由协议【1】：这一类路由协议也被称为按需驱动（On-Demand Driven）的路由协议，因为它只有在有需要时才会主动发现路径，而不是被动或持续不断地持续着，包括了路由发现和路由维护两个过程。采用这种协议时，无线结点只有在需要传送数据包却发现不了到达目的结点的可用路径时，才会开始协议的运作。当一个无线结点想要传送数据给另外一个无线结点时，来源端结点会去调用一个路径发现程序（Route-discovery Process）【1】，并将此路径保存在结点的缓存器中，直到过期或是发生路径无效等状况。和先验式路由协议比较起来，反应式路由协议在每个结点所需要的数据量都比较小【2】，且不需要保存整个网络环境的路由信息，因此反应式协议的主要优点就是占用频宽较少，但其缺点是未必每一个无线结点都要发送数据包，所以平均端到端延时会较长。动态源路由协议Dynamic Source Routing（DSR）和按需距离矢量路由协议Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing（AODV）等就属于这一类路由协议。2.3.1 DSDV路由协议目的序列距离矢量路由协议（DSDV）是传统的距离向量算法的改进版本【6】。在DSDV中，每个移动结点都需要维护（存储并持续更新）一个路由表，路由表会将目的结点地址、跳数、下一跳结点和目的地序号等等存储在表项之中，目的地序号也被称为循序号码，每笔通信记录都包含着目的地序号，记录目的地序号主要是用来判别当前的路径是否已过期，以此来避免路由环路情况的发生。网络中结点会不断地与相邻结点交换路由表等信息，当路由表发生改变，例如当网络拓扑结构有很大的变化时，相应的路由信息也会被广播并更新。所以路由表的更新具备由事件引发和由时间引发两种特性。DSDV提供两种主动式的无线环境更新信息策略：如果网络拓扑变化较快，就将完整的路径表信息传送给邻居，称为全部更新（Full dump）；还有一个方式被称为部分更新（Incremental update），更新消息只是从上次交换至今所更改的部分信息发送出去，所以通常被应用于网络拓扑结构变化不明显的情况。在DSDV路由协议中，结点在收到目的结点的序列号后会与路由表中已有的序列号进行比较，然后选择序列号最高的路由，更新该节点的路由表。如果两个目的结点序列号相同，那么将比较其他特性来选择最优的路由（比如系统开销最少等）【6】。2.3.2 DSR路由协议动态源路由协议（DSR），设计时利用源路由的思想【8】，网络中的每个结点都会维护一个路径缓存器来记录它所存储的源路由【1】，当该节点发现新的路由时就会更新自己的路径缓存，因此是一种基于源路由的按需路由协议。因为DSR中的结点只在需要寻找路径时，才会尝试去动态寻找路径，所以大大减少了协议开销以及路由发现的耗费。DSR路由协议包含两个主要部分：路由发现和路由维护。网络中某个结点想要传送数据包给另外一个结点时，首先会检查自己的路径缓存中是否有能够达到目的结点的可用路径。如果发现路径存在且没有过期，那么就直接采用这条路径。如果未发现，则向其他结点广播该路由请求。这个路由请求包含了源结点和目的结点地址的唯一标识符，收到广播的结点将这些信息对照自己的路径缓存，如果有就把路径回馈给源结点，如果没有就记录该目的地地址然后继续向其他结点转发此路由请求，这就是路由发现的过程。由于每一个跳跃（Hop）都会被路径记录所存储，所以在完成路由发现这个过程之后，目的结点可能会发现很多条从源结点到达目的结点的路径，目的结点会根据其他特性选择最佳路径，并将此信息发送回源结点。在DSR协议中，由于是采用洪泛方式进行广播路由请求【3】，所以相邻结点之间的进行请求路由消息时可能会遇到重复广播和传播冲突等等问题。2.3.3 AODV路由协议按需距离矢量路由协议（AODV）是DSDV路由协议和DSR路由协议的结合与改进【9】，既有DSDV中的周期广播、序列号、逐跳路由等，又有DSR按需进行路由维护和路由发现的功能。路由发现过程与DSR中的发现过程基本相同，源结点为了向目的结点发送数据包，将首先检查自己的路由表中是否有可用路径。如没有，则向邻居结点广播路由请求。邻居结点收到请求后会检查路由请求中的目的地址是否是自己，如果不是则修改路由表信息，然后继续向周围结点广播该请求，直到出现一个结点发现目的结点地址已存储在自己的路由表中或者目的结点就是自己本身。在AODV协议中，路由请求分组中的序列号被用来防止循环路由的发生，此外，每一个请求都会被分配有一个ID，这是用来避免重复的请求分组信息拥堵在网络当中。当一个结点收到路由请求分组时，它首先会判断之前是否收到过，若是之前收到过就将其抛弃。在转发路由请求分组时，该结点会将上一次请求的ID存储在路由表中，依靠这些信息构建一条由目的结点到达源结点的反向路由。在AODV中，当源结点移动时就会重新启动路由发现过程，如果中间结点移动，该结点的邻居结点就会发现与其相关的路径失效，然后将相关失效信息向路径中的上游节点反馈直至源结点收到该信息，源结点将据此判断是否要再一次发起路由发现过程。2.4 本章小结本章主要是对Ad hoc网络的概述介绍。首先介绍了Ad hoc网络的形成与发展。知道了Ad hoc网络是上世纪70年代由美国开始研究以应对军事需要的产物。随着现代科技的发展，由于Ad hoc网络的优点，相关的研究越来越受到人们的重视，而关于Ad hoc网络的研发目前主要处在仿真和实验的阶段。本章然后介绍了Ad hoc网络的概念与特点。Ad hoc网络是对等式的不需要预先架设好通信设备的通信网络，采用分组交换机制，每个结点既是主机也是路由器，具备结点移动性、无中心、自组织、独立组网等等特点。本章还重点介绍了Ad hoc网络的路由协议。首先介绍了Ad hoc网络路由协议的分类，可以分成两大类：先验式和反应式。先验式网络协议也称为表驱动协议，每个移动结点会周期性发送一些路由信息，其他移动结点就根据收到的路由信息去修改本结点存储的路由表，这一类主要有DSDV协议。反应式网络协议也被称按需驱动协议，移动结点只有在需要传送数据包却发现不了到达目的地的路径时，协议才会开始工作。这一类主要有DSR,AODV协议。DSDV协议是传统距离向量算法的改进，网络每个结点都维护（存储与更新）一个路由表，具备由事件引发和由时间引发两种特性，并提供两种更新信息策略。DSR协议主要包含了路由发现和路由维护两个部分，基于源路由的思想，只有在有需要传送封包时才会去发现路径，所以系统开销较少。AODV协议是DSDV和DSR的结合，既有DSDV中的周期广播、序列号、逐跳路由等，又有DSR按需进行路由维护和路由发现的功能。第三章 实验平台搭建3.1 cygwin实验环境由于本课题需要研究Ad hoc网络的运行状态，因此需要进行仿真实验。在仿真实验中，本课题实验采用的是NS2仿真软件，而这个软件不能直接安装在windows中，而需要安装在unix环境之中，所以选择了预先安装cygwin软件。Cygwin是一个类unix模拟环境，能够在多个版本的window平台上运行，是一个许多软件的集合【4】。Cygwin主要借助重新编译的方法，将POSIX系统中使用的软件移植到Windows平台上。这种移植工作在大多数windows平台上都表现较好，对目前较新的windows操作系统的支持则相对要差一些。Cygwin现在由Red Hat等负责维护，软件中包含了一套gun开发工具集（比如gcc、gdb）【4】，此外还有部分unix系统中的常用程序。利用cygwin中的gun工具集来进行在windows平台上的嵌入式系统开发，或者需要学习unix/Linux操作环境以及从事某些特殊的开发工作来说都非常有用。随着软件功能的进步与完善，正有越来越多的人开始应用cygwin到他们的开发工作中。Cygwin的安装比较简单，比较好的方法是采用网络安装的方式【1】。第一步是到cygwin软件的官网（ 64.exe”这个下载文件。打开软件后按照提示选择“Install from Internet”和存放目录，然后是下载资源镜点网站以及需要安装的工具集和软件包，如图所示。图3-1 工具集和软件包选择界面在这个步骤需要选择的工具集将会在本文3.2.2节NS2软件的安装中详细介绍。接下来就只需等待下载好各个安装包并且程序自动安装完成了。安装cygwin环境的最后一步就是要修改windows系统中的环境变量设置，将软件安装路径添加到PATH变量中之后，安装过程顺利结束。可以通过很方法查看软件是否安装成功，比如输入gcc version的指令查看gcc是否安装成功以及所安装的版本，如图所示。图3-2 输入gcc v指令后所得界面3.2 NS2仿真软件3.2.1 NS2仿真软件简介NS2软件全称是Network Simulator version 2，是一种针对网络技术的免费的、源代码公开的软件模拟平台，一个面对对象的网络仿真器。从本质上讲NS2就是一个离散事件模拟器【3】，利用NS2完成的所有仿真实验都是由离散事件驱动的。NS2软件经过不断发展，几乎已经涉及到了网络技术的方方面面，它所能提供的实验模块非常丰富，这让使用者利用NS2来研究开发网络技术时会很方便，NS2软件已经成为了当前学术界普遍认可和实际应用的一种网络模拟软件。此外，在网络技术教学中，NS2也被广泛使用。现在，无论在学术界还是教育界【13】,都有很多人在学习和使用着NS2仿真软件。NS2采用C+和Otcl两种语言进行开发，使用了分裂对象模型的开发机制【3】。NS2包含了仿真事件调度器，网络构建模型库和网络组件对象库等组件。NS2分离了数据通道和控制通道以此来提高效率【8】，使用C+写出并编译数据通道和事件调度器上的基本网络组件对象，这样可以有效减少分组和事件的处理时间， Otcl解释器则可以通过映射读取这些对象。此外NS2软件也能被简单地当做Otcl的脚本解释器，研发人员只需要使用易于掌握的Otcl语言来编写网络拓扑代码【3】，设定相应的结点、路由算法等等细节，就可以使用NS2进行网络仿真实验，NS2软件在仿真过程中会设立一个trace文件，该文件中会详细记录网络通信中发生的事件及其细节，以便研究者进行网络技术研发。事实上，使用NS2并不需要对其内部机理有太多的了解，但是对于NS2的学习和掌握仍需要使用者花费很多精力，以便更好地使用NS2进行网络仿真实验。3.2.2 NS2的安装因为NS2只能安装在unix环境当中，所以在完成本课题研究时选择预先安装了cygwin环境。在本文3.1节中提到，cygwin安装过程中会提示选择需要安装的工具集和软件包，为了安装和使用NS2，我们需要安装基础的工具集和软件包如下：gcc4,gcc4-g+,gawk,tar,gnuplot,gzip,make,patch,perl,w32api,XFree86-bas