1、本科毕业论文基于 NS2 的无线自组网路由协议的研究与仿真毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的
2、印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 湖 南 城 市 学 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明
3、的法律结果由本人承担。本科毕业设计（论文）作者签名：二 一 年 五 月 二 十 日 目 录摘 要 .I关键词 .IAbstract .IIKey words.II1 绪论 .11.1 课题研究的背景 .11.2 国内外研究现状 .11.3 本课题研的研究内容和方法 .22 无线自组网 .22.1 无线自组网的产生和发展 .22.2 无线自组网的特征 .32.3 无线自组网应用领域 .32.4 无线自组网体系结构 .43 网络模拟器 NS2.53.1 NS2 简介 .53.2 NS2 组成部分 .73.3 NS2 模拟基本流程 .84 无线自组网路由协议 .94.1 无线自组网与传统移动通信网络
4、的区别 .94.2 无线自组网路由协议分类 .94.3 几种典型的无线自组网路由协议 .104.3.1 目的序列距离矢量路由协议 DSDV.104.3.2 按需平面距离矢量路由协议 AODV .104.3.3 动态源路由协议 DSR.114.3.4 临时排序路由算法 TORA.114.4 路由协议性能评标准 .125 无线自组网路由协议的仿真 .125.1 移动节点 .125.1.1 移动节点的结构 .135.1.2 移动节点的创建 .135.1.3 移动节点的运动 .145.2 无线自组网路由模拟的实现 .155.2.1 无线自组网路由协议场景的构建 .155.2.2 TCP 代理的创建和设
5、置 .155.2.3 仿真参数的设置 .155.3 仿真结果分析 .165.3.1 动画演示工具 nam.165.3.2 无线 Trace 文件格式 .175.3.3 数据分析工具 gawk .185.3.4 绘图工具 gnuplot.185.3.5 仿真结果分析 .19结论 .23参考文献 .25致谢 .271基于 NS2 的无线自组网路由协议的研究与仿真李聪颖（湖南城市学院计算机科学系 2010 届信息管理与信息系统专业，益阳，413000）摘 要：无线自组网是一个多跳、临时、可自由移动的无中心网络。它不需要现有信息基础网络设施的支持，可以在任何时候、任何地点快速构建。其自身的特殊性决定了
6、路由协议的特殊性和重要性，因此，需要为无线自组网设计专门的路由协议和各种算法。本文研究了无线自组网的体系结构和分层情况，然后分析其路由协议。通过比较，选取常用的表驱动路由协议 DSDV（Destination-Sequenced Distance-Vector）和按需驱动路由协议 AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector Routing)、DSR(Dynamic Source Routing)作为研究对象，利用网络模拟器 NS2 进行仿真，并选取时延、丢包率、吞吐量等参数对仿真结果进行分析和性能评价。 仿真结果表明：当节点和数据流量不大时，DSR 路由协议的综
7、合性能最好；而 DSDV路由协议适合重负荷的情况；在拓扑变化频繁时，可采用按需路由协议减少路由维护的信道资源开销，但不能满足实时业务的要求。关键词：无线自组网；路由协议；仿真；NS2；性能分析2Research and Simulation of the Ad Hoc Routing Protocol Based on NS2LI Cong-ying(2010 Year Student of the Information Management and Information System Dept. Hunan City University, Yiyang, Hunan, 413000,
8、China)Abstract: Ad Hoc is a multi-hop, temporary, free mobile network with no center.It doesnt need existed infrastructure to support and it is constructed rapidly at anytime and anyplace.The particularity of Ad Hoc determines the specificity and importance of Routing Protocol. So we should design p
9、rofessional routing protocols and algorithms for Ad Hoc. This article researches the architecture and stratification of Ad Hoc , and then analyzes the routing protocol. By comparison, select the commonly used table-driven routing protocol DSDV and on-demand driven routing protocol AODV and DSR for t
10、he study, use the network simulator NS2 to simulate. The delay, loss rate and throughput are selected as parameters to analyze the routing protocols and we evaluate their performance. The results show that when nodes and data trafiics are not large, the overall performance of DSR is the best; and DS
11、DV is suitable for the case with heavy load. When the topology changes frequently, we can reduce resources cost for route maintenance with on-demand routing protocol which cannot content the requirements of real-time businesses. Key words: Ad Hoc; routing protocol; simulate; NS2; performance analysi
12、s31 绪论1.1 课题研究的背景随着信息技术的不断发展，人们对移动通信的需求越来越强。近年来，移动通信技术得到了飞速发展和普及。蜂窝移动通信系统、无线局域网(Wireless Local AreaNetwork,WLAN)、蓝牙技术(Bluetooth) 、家庭无线网(Home RF)等移动通信新技术也纷纷涌现。这些技术的出现，极大地方便了人们的生活，同时也推动了无线通信技术的发展。无线自组网（Ad Hoc）作为移动计算机网络的一种特殊形式，不依赖于固定网络设施，网络组织灵活，节点不会因为移动到基站发射距离之外而要越区切换，加上其具有生存性极强、创建与移动极为方便的特点，弥补了蜂窝系统与有线
13、网络的不足，在许多特殊情况下有着不可替代的作用，广泛应用于国防战备、灾难援助、法律执行等无法得到有线网络支持或某些只是临时需要通信但建立有线通信网络代价太大的环境 1。其应用范围可以覆盖工业、商业、医疗、家庭、办公环境、军事等各种场合。随着无线自组网络研究的发展和相关产品的成熟，无线自组网必将越来越受到人们的重视，应用领域也越来越广泛，因而具有广泛的研究价值与发展前景，给民用产品的开发也带来了巨大的经济和社会效益。无线自组网的路由协议作为影响网络性能的一个重要因素，是确保无线自组网正确运行的关键。对该领域进行深入而广泛的研究将为无线自组网的应用提供重要科学依据。1.2 国内外研究现状由于无线自
14、组网络的特殊性，传统固定网络和移动通信网中使用的各种路由协议（如 RIP、OSPF 等）无法直接被使用，因此，需要为无线自组网设计专门的路由协议和算法，还要对无线自组网的应用、组网、管理等进行专门的研究。 许多国家的无线通信技术研究人员在这方面展开了大量的研究工作。目前已有很多研究机构加入到了无线自组网技术的研究中，如美国加州大学克鲁兹分校 JJ.Garcia-Luna_aceves 教授领导的“计算机通信研究小组 ”；美国国家标准4和技术研究所“无线通信技术小组” ；IETF 也专门成立了 MANET 工作组，负责无线自组网的路由协议标准化工作 1-2。自 20 世纪 90 年代以来，国内的
15、一些大学和研究所也开始关注无线自组网技术，并对它进行了一些研究，如解放军理工大学、清华大学等。国家将无线自组网技术明确地列入在 2006 年制定的国家中长期科学的技术发展规划纲要中。1.3 本课题研的研究内容和方法作为一种特殊无线移动网络，路由协议是其重要的组成部分，也是研究的热点问题。本课题主要是对无线自组网单播路由协议进行深入的研究与学习，然后利用 NS2 构建模拟平台，在此平台下实现以下几种典型的路由协议 DSDV、DSR和 AODV 的仿真。目前对各路由协议基于 UDP 连接的仿真比较成熟，而基于TCP 连接的仿真相对较少，因此本课题的路由仿真的数据流为 tcp 流，然后根据仿真的结果
16、分析和比较各协议在随节点不断增加和节点移动速度不断增加两种情况下的性能。具体研究过程可分为以下几个部分：（1）了解无线自组网，包括其产生、发展以及其特点和应用领域。（2）对无线自组网路由协议特别是几种典型的路由协议进行学习和研究。（3）认识和熟悉 NS2 网络模拟器，熟悉 Tcl/OTcl 编程语言。（4）在已构建的仿真平台上实现路由协议 DSDV、DSR、AODV 基于TCP 连接的仿真。（5）根据仿真结果对这三种协议在随节点增加和移动速率增加的情况下的性能进行分析和评价。2 无线自组网2.1 无线自组网的产生和发展“Ad Hoc”一词来源于拉丁语，意思是“专用的、特定的” 。无线自组网通常
17、也可称为“无固定设施网”或“自组织网” 。由于组网快速、灵活、使用方便，目前无线自组网已经得到了国际学术界和工业界的广泛关注，其应用也越5来越广泛，已经成为移动通信技术向前发展的一个重要方向，将在未来的通信技术中占据重要地位。无线自组网的前身是分组无线网(Packet Radio Network,PRNET)，对分组无线网的研究源于军事通信的需要。早在 1972 年，美国的 DARPA 就启动了分组无线网项目 PRNET，研究战场环境下利用分组无线网进行数据通信。在此之后，DARPA 于 1983 年启动了高残存性自适应网(Survivable Adaptive Network,SURAN)项
18、目，研究如何将 PRNET 的研究成果加以扩展，以支持更大规模的网络，1994 年，DARPA 又启动了全球移动信息系统(Global MobileInformation Systems,GloMo) 项目，旨在对能够满足军事应用需要的、高抗毁性的移动信息系统进行全面深入的研究。1991 年成立的 IEEE 802.11 标准委员会采用了“Ad Hoc”一词来描述这种特殊的自组织对等式多跳移动网络，无线自组网就此诞生。IETF 专门成立了(Mobile Ad Hoc Network,MANET) 小组来研究无线自组网的相关问题 2。2.2 无线自组网的特征无线自组网由一组带有无线通信收发装置的
19、移动终端节点组成，网络中每个终端可以自由移动且地位相等，是一个多跳、临时、无中心网络，因此它具有以下主要特征：（1）自组织：即网络的布设无需依赖于任何预先架设的网络设施。节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。（2）动态拓扑：即网络中的节点可以任意移动，并且可以随时关闭电台。发送装置的天线类型多种多样，发送功率的变化，无线信道间的相互干扰，地形和天气等综合因素的影响，造成网络的拓扑结构变化难测。（3）多跳路由：由于节点发射功率的限制，节点的覆盖范围是有限的。当要与其覆盖范围之外的节点进行通信时，需要中间节点的转发，即要经过多跳才能到达目的节点。（4）无中心且所有节点地位平等：节点可以随时加入或离开网络，任意节点故障不会影响整个网络运行，是一个无中心结构的对等式网络，抗毁性强。（5）灵活性好：无线自组网中的工作站可以随时加入或离开，这对于一些根据需求而需要随时组建网络的应用非常适合。
