基于DSR AODV改进模型的Ad Hoc路由拥塞控制及能量均衡研究

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3.0 牛悦 2024-11-19 5 4 3.02MB 53 页 15积分

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摘要

移动 Ad hoc 网络是由一组无线移动节点(带有多个终端的路由器、移动通讯

设备等)，在没有固定可靠的基站和没有有线骨干网组成的一个多跳的、临时性的

自治系统。在军事、法律执行、灾害营救方面具有广泛的应用前景。近年来 Ad hoc

网络日益成为一个非常活跃的研究领域。

路由协议是无线移动自组网的重要组成部分。目前，大多数路由协议是单一

路径的，但在现代信息时代不仅要求数据通信量大，而且还要安全可靠。单一路

径的路由很难满足现代通信的要求。鉴于此，本文提出了改进的

CE-DSR/CE-AODV 多径路由协议，较好的解决了拥塞控制和能量均衡的问题。

CE-DSR/CE-AODV 多径路由协议通过对数据缓冲队列中数据等级的划分和对节

点的能量状态划分，在路由发现时形成路径负载相对较轻，节点状态相对较好的

一些路径。从而减轻了整个网络的拥塞状况，提高了网络生存时间，使得网络的

整体性能得到了提高。此外，改进的路由协议还在一定程度上支持 QoS 服务。

目前的多路径路由算法，通常采用冗余路径方式，和单路径一样只使用最优

路径来传输报文，只用主路径失败时才使用备用路由路径，而对分配流量的问题

没有深入研究。文章对Ad hoc网中的改进路由协议结合多径自适应分配流量策略进

行了研究。多路径路由中分配流量是其一个重要组成部分，对多路径路由的性能

起着关键作用。通过对多路径路由中分配流量分析研究，把改进的路由协议进行

适当的修改，使其适应移动自组网络(Ad hoc网络)。改进的协议模型和自适应分配

流量二者的有机结合有着巨大优势。因为Ad hoc网络网络有动态拓扑、资源有限等

许多特殊性，对网络的丢包、时延、抖动等QoS参数要求较高。所以二者的结合必

然会带来诸如实时性、可靠性等方面的问题，解决这些问题的关键在于为Ad hoc

网络提供一定的QoS保障。

为验证提出的算法，我们分析了 NS-2 仿真模拟系统中网络层路由算法的实

现，并用改进算法替代了原有的 DSR/SMR 算法。并对这两个算法的拥塞情况、

网络生存时间和网络吞吐量等分别进行了对比。仿真模拟结果表明提出的算法对

增加 Ad hoc 网络生存时间、提高网络吞吐量和降低平均时延等有明显的效果，具

有很好的应用潜力。

关键词：Ad hoc 网络 DSR 路由协议 AODV 路由协议拥塞控制能

量均衡 NS-2

ABSTRACT

Mobile Ad hoc network is a temporary autonomous system, which made from a

group of wireless mobile nodes (routers with multiple terminals, mobile

communication equipment, etc.) and without reliable base stations and without a fixed

wired backbone network composed of multi-hops. There has a pan-application

prospect, Such as, in military, law enforcement, disaster rescue. In recently, Ad hoc

networks has been a hot research field.

Routing protocol play an important part in wireless mobile ad hoc networks.

Currently, most routing protocols are single-path, yet information age requires not only

large amount of data traffic, but also safe and reliable in the modern. Single-path

routing is difficult to meet the requirements of modern communication. In view of this,

this paper proposes an improved CE-DSR/CE-AODV multi-path routing protocol, a

better solution to the congestion control and energy balance. CE-DSR/CE-AODV

multi-path routing protocols to pass through the data in the data buffer queue level of

division and the division of energy state node in the route discovery path formed when

the load is relatively light, the node status of a number of relatively good path. Thus

reducing the overall network congestion conditions, to improve the network lifetime,

making the network's overall performance has been enhanced. In addition, improved

routing protocols are also in some support for QoS services.

In currently, multi-path routing algorithm, usually redundant path mode of

operation and use only a single path as the optimal path to transmit packets only when

the primary path fails to use a backup routing path, while the distribution of traffic

in-depth study of the issue is not . The article on the Ad hoc network routing protocols

with more improvements in the allocation of traffic without leave to adapt strategies

were studied. Multi-path routing in the distribution of flow is an important component

of its on the performance of multi-path routing plays a key role. Through the allocation

of multi-path routing traffic analysis and study, to improve the routing protocols

appropriate modifications to adapt it to mobile ad hoc networks (Ad hoc network).

Combined improved protocol model with adaptive distribution of an organic have

enormous advantage. Because Ad hoc network of networks dynamic topology, limited

resources and many other peculiarities of the network packet loss, delay, jitter and

other QoS parameters demanding. Therefore, combination of the two will inevitably

bring, such as real-time, reliability issues, to solve these problems lies in the Ad hoc

network provides a certain degree of QoS guarantee.

To verify the proposed algorithm, we analyzed the NS-2 simulation system, the

realization of network layer routing algorithm, and use improved algorithm replaces

the original DSR/SMR algorithm. Compared congestion of these two algorithms,

network lifetime and network throughput respectively. Simulation results show that the

proposed algorithm for increasing the survival time of Ad hoc networks to improve

network throughput and reduce the average delay so apparent results, with good

potential for application.

Key Word ：Ad hoc Network, DSR protocol, AODV protocol,

congestion control, energy balance, NS-2

摘要

ABSTRACT

第一章绪论.............................................................................................................1

§1.1 研究背景................................................................................................... 1

§1.2 论文主要工作........................................................................................... 3

§1.3 论文组织结构........................................................................................... 3

第二章 Ad hoc 网络路由协议介绍 ........................................................................ 4

§2.1 Ad hoc 网络的体系结构 ............................................................................4

§2.1.1 Ad hoc 网络的拓扑结构 ................................................................. 4

§2.1.2 Ad hoc 网络的协议栈 ..................................................................... 5

§2.2 路由协议解决的主要问题....................................................................... 7

§2.3 Ad hoc 网络路由协议的分类 ....................................................................7

§2.3.1 表驱动路由协议和按需路由协议.................................................8

§2.3.2 平面式路由协议和分簇式路由协议.............................................9

§2.3.3 混合式路由协议...........................................................................10

§2.3.4 各种路由协议之间的性能比较...................................................11

§2.4 本章小结................................................................................................. 13

第三章 Ad hoc 网络中多径路由协议的研究与改进 .......................................... 14

§3.1 Ad hoc 网络路由机制 ..............................................................................14

§3.1.1 DSR 路由协议 ...............................................................................16

§3.1.2 AODV 路由协议 ........................................................................... 16

§3.2 多径路由介绍......................................................................................... 17

§3.2.1 多径路由的优点...........................................................................17

§3.2.2 Ad hoc 网络中多径路由的组成 ................................................... 18

§3.3 改进多径路由 CE-DSR .......................................................................... 20

§3.3.1 传统 DSR 协议分析 .....................................................................20

§3.3.2 DSR 协议改进 ...............................................................................21

§3.4 本章小结................................................................................................. 25

第四章多径自适应分配流量策略的拥塞控制研究...........................................26

§4.1 可靠性多径模型建立.............................................................................. 26

§4.2 最大可靠性多径路由选择..................................................................... 27

§4.2.1 建立虚拟多径模型.......................................................................27

§4.2.2 多径路由的查找...........................................................................29

§4.2.3 多径路由路径发现.......................................................................29

§4.3 多径模型建立及确定路径权重............................................................. 30

§4.4 自适应动态分配流量路由算法............................................................. 32

§4.4.1 计算分配流量比例.......................................................................32

§4.4.2 路由路径的选择...........................................................................33

§4.5 本章小结................................................................................................. 35

第五章 NS-2 网络仿真及结果分析..................................................................... 36

§5.1 NS-2 仿真软件介绍.................................................................................36

§5.2 改进协议 CE-DSR 仿真结果与分析 ..................................................... 37

§5.2.1 仿真环境配置...............................................................................37

§5.2.2 仿真结果与分析...........................................................................37

§5.3 改进模型结合多径自适应分配流量策略仿真结果与分析................. 40

§5.3.1 仿真环境与评价标准...................................................................40

§5.3.3 结果比较与分析...........................................................................41

§5.4 本章小结................................................................................................. 44

第六章总结展望...................................................................................................45

参考文献.................................................................................................................46

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果.....................................49

致谢.........................................................................................................................50

第一章绪论

§1.1 研究背景

随着经济的发展、社会的进步，人们在生产、生活中对信息技术依赖越来越

紧密，同时对无线移动通信的服务质量要求也越高。个人消费电子及无线通信工

具如无线局域网、无线个域网、无线调制解调器等发展，人们对高速率、高可靠

性、低价格、低时延等通信的要求增加，刺激了移动计算的迅速发展。

移动通信终端间的通信主要有两种实现方式。一、让现有的基站蜂窝移动通

信系统承载数据业务同时承载语音业务。该方法存在缺点是，1）在发生越区切换

时会带来难以忍受的数据包丢失和传输时延；2）蜂窝网系统必须由固定网络设施

支持，如基站等不可移动的设备。二、移动设备节点组成 Ad hoc 网络。

Ad hoc 的英文原意是“特定的，特别的”。Ad hoc 网络是建立在特定场合的

无线网络，网络中节点是由主机(Host) 和路由器(Router)组成，这些节点集路由功

能和数据处理于一体且可以任意移动位置，因此实现节点功能复杂、网络拓扑不

可预测。节点以一种孤立(Standalone)或者接入到网络的工作方式。它区别于现有

无线网络的最显著特点是多跳、自治。多跳是指 Ad hoc 网络的通信距离要远大于

有效无线连接距离，即需要转发和路由。自治是指 Ad hoc 网络中无中心管理节点，

如：无基站，所有节点都处于对等的地位。所有管理功能如资源分配，路由管理

等等由所有节点协调分担。

移动Ad hoc网络(MANET)是随着无线通信技术的迅猛发展而出现的一种新型

移动无线通信网。近年来已经成为国际上前沿和热点的研究领域。Ad hoc网络是由

一组自主的无线节点或终端相互合作而形成，独立于固定的基础设施的一种自创

造、自组织和自管理的网络。它具有分布式的体系结构，其组网简单、灵活，支

持随时随地通信。它可以独立运行，也可以通过网关连接到现有的传统网络上。

节点的高度移动性、潜在的大量节点及有限的资源，使设计高效灵活的动态路由

协议成为Ad hoc网络面临的一个重要问题。由于Ad hoc网络有足够的灵活性、健壮

性以及投资少等优点，不仅广泛用于军事领域，而且在民用领域(自然灾害应急处

理、紧急通信、移动会议等)也有着广泛的应用前景。

Ad hoc 网络由于其移动性和灵活性给人们的生活带来了极大的方便，因此日

益广泛地进入我们的日常生活。

不同于传统的有线网络，Ad hoc网络由任意移动的通信设备组成。和传统网络

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摘要移动Adhoc网络是由一组无线移动节点(带有多个终端的路由器、移动通讯设备等)，在没有固定可靠的基站和没有有线骨干网组成的一个多跳的、临时性的自治系统。在军事、法律执行、灾害营救方面具有广泛的应用前景。近年来Adhoc网络日益成为一个非常活跃的研究领域。路由协议是无线移动自组网的重要组成部分。目前，大多数路由协议是单一路径的，但在现代信息时代不仅要求数据通信量大，而且还要安全可靠。单一路径的路由很难满足现代通信的要求。鉴于此，本文提出了改进的CE-DSR/CE-AODV多径路由协议，较好的解决了拥塞控制和能量均衡的问题。CE-DSR/CE-AODV多径路由协议通过对数据缓冲队列中数据等级的...

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