湖南大学硕士论文排版样稿（2013标版准）(3)

工程硕士学位论文

附表索引

表2.1 路由协议性能比较（按路由建立时间分类） ...............................................8 表2.2 路由协议性能比较（按逻辑组织机构分类） ............................................. 11 表2.3 典型Ad hoc路由协议实现机制比较 ........................................................... 17

VII

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第1章 绪 论

随着通信技术和计算机技术的不断发展，计算机网络正快速进入到商业、工业、教育和科研等领域，进入到人们的日常生活中，深深影响和改变着我们的生活和工作方式。移动通信网（如GSM和CDMA等）在我们周围广泛存在，它们需要有有线网络或存在固定基站，对于原来没有有线网络的区域或者有线网络已经被破坏的区域，例如在荒芜人间的沙漠中，浩瀚无边的大海上，以及被火灾或其它灾难所毁坏的城市，战场等特殊场所，以前的移动通信网络就不能满足要求。在某些特殊情况下，需要快速、临时地建立一个新的移动通信网络，来实现信息的传输。为了满足这种需求，一种新的移动通信网（移动ad hoc网络）应运而生。移动ad hoc网络(MANET)是一个复杂的分布式系统，它由很多自由移动的无线节点，动态地自组织成一个任意网络拓扑结构系统。它使各设备之间不需要固定基础设施就可以进行相互通信，并且能很好地连接到Internet等网络。在战争和日常生活上美好的应用前景渐渐成为人们的研究中心之一，也使ad hoc网络逐渐成为下一代网络的重要分支。

1.1 课题的研究背景及意义

1.1.1 移动Ad hoc网络概述

Ad hoc[1-5]来源于拉丁语，是“专门地，特别地，随机地，随时地为即将发生的特定事件或情况”的意思。这里的Ad hoc网络是指一种特定的、多跳、自组织、无中心的无线网络。目前国内很多专家将Ad hoc网络称为“自组网”，或者“多跳网络”等等。

移动ad hoc网络是由许多动态节点（带有无线收发装置）自组织成一个临时性的多跳的无中心的分布式系统。在任意时刻，每个节点可以向不同方向以不同速度移动，在网络中每个节点可以完全自由的运动，因此无法预测网络的拓扑结构发生怎样变化。移动ad hoc网络是一个多跳(Multi-hop)的无线移动网络[6-9]，当网络中两个移动节点在彼此的数据传输范围内时，可以直接进行无线通信；而当两个移动节点不在彼此的数据传输范围内时，两个移动节点必须经过其它中间移动节点转发进行无线通信。这里，我们描述了一个简单的由三个移动节点组成的ad hoc网络，如图1-1。在该网络中，移动节点A和C都不在彼此的数据传输范围内，但是它们都在移动节点B的数据传输范围内，因此如果移动节点A要向移动节点C进行数据通信，必须通过移动节点B进行数据转发。这是移动ad hoc

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基于位置预测的Ad hoc网络路由协议研究

网络的一个基本特征——多跳性，也是路由设计的一个难点。

A B C

图1.1 简单的移动Ad hoc网络示例

在ad hoc网络中，移动节点既作为主机，又具有路由器的功能。一方面，移动节点作为主机运行相关的协同应用程序；另一方面，移动节点作为路由器运行相关的路由协议，实现路由发现、路由维护等路由操作，如果接收到的数据不是给自己的数据分组即进行数据转发。

1.1.2 Ad Hoc网络中路由协议问题

当前Internet网络中主要使用的路由协议[10] [11]是基于距离矢量的路由协议和基于链路状态的路由协议。这两类路由协议都是针对有线或固定网络而设计，由于Ad Hoc网络的动态拓扑结构、数据转发的多跳性等特点，使得实用于Internet网络的路由协议并不适合Ad Hoc网络。目前Ad Hoc路由协议基于不同的出发点和机制，尚无比较完善的性能都比较优越的路由协议。各种路由协议都存在或多或少的问题，主要表现在以下几个方面：

（1）动态的网络拓扑结构

Ad hoc网络中，移动节点可以以任意速度和方向移动、电源用尽/关机或损毁、同时节点发送功率的变化、无线信道之间相互干扰、地理环境等因素的影响，网络拓扑结构随时都会发生变化，若在Ad hoc网络中直接运行Internet网络的路由协议，一旦拓扑结构变化，Internet网络的路由协议需要花费很长的时间和很大的代价才能完成收敛。

（2）有限的无线传输带宽、链路容量动态变化

无线信道通信环境比较恶劣，信号的干扰、衰落、噪声等因素的影响以及信道的共享与竞争，使无线链路的状态随时间的变化而变化，另外，由于移动节点在网络中以任意的方式移动，Ad Hoc网络的拓扑结构变化频繁，为了能够最快、最精确地反映网络拓扑结构的变化，因此，与固定网络相比，需要在节点间不断地交互控制报文。由于无线传输信道带宽有限，路由协议只有尽量减少节点间信息交互，才能减少路由协议开销，提高信道效率。

（3）移动终端能力的有限性

Ad hoc网络中终端节点内存小、CPU处理能力低、所带电源和发射功率十分

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有限。网络中节点既要作为主机又要作为路由器，节点能量一旦耗尽将会改变网络拓扑结构，从而改变网络寿命及性能。要求路由协议算法相当简单有效，最大限度节省能源，或在路由选择时尽可能选择能量较高的节点，而Internet网络的路由协议则没有上述的限制。

（4）单向无线信道的存在

Internet网络的路由协议通常认为物理层的通信信道是双向的，但在Ad hoc网络中由于发射功率或地理环境等相互影响可能存在单向信道，它为Internet网络的路由协议带来了严重的影响。

（5）安全性差

移动Ad hoc网络是一种无线方式的无中心的分布式结构，开放的链路非常容易受到攻击，没有固定的网络基础设施对用户进行鉴权和认证，容易被入侵、窃听、网络攻击和拒绝服务等。

（6）不能提供可靠的QoS保证。

只有提高网络的整体性能才能提供端到端的可靠QoS保证。目前尚无比较完善的性能都比较优越的路由协议，还需要进一步的完善。虽然已出现部分QoS路由协议，但大多处于研究阶段，很难真正提供可靠的QoS保证，总的来说，Ad Hoc网络的QoS路由技术还需要进一步提高，发展空间很大。

要想设计一个整体性能高，在所有情况下都合适的Ad Hoc网络路由协议非常困难，也可以说是基本不可能的。

1.1.3 论文研究的意义

在移动ad hoc网络中，移动节点通过多跳无线链路实现相互间的通信，开发一种能有效地找到节点间路由的动态路由协议就成为移动ad hoc网络设计的关键，是实现快速适应快速变化的网络拓扑结构，保证网络良好的鲁棒性和路由查找的有效性，减少路由开销，降低电能损耗的保障。所以设计一个好的路由协议算法具有重要的研究价值和现实意义：

（1）通过自适应的节点定位算法，计算节点位置，为定向洪泛提供基础。 （2）通过定向洪泛，减少网络路由开销。

（3）通过自适应的节点定位算法获得节点位置，提出基于位置预测的LAODV路由协议，并详细阐述其设计过程和仿真实验，为Ad hoc网络路由查找提供一种更优化的协议，解决核心技术难点，具有现实意义。

总之，本课题针对移动ad hoc网络的特点，探讨ad hoc网络路由协议，特别是AODV路由协议和基于位置的路由协议，提出基于位置预测的LAODV路由协议，对于降低路由开销，提高包转发率，降低平均时延有很重要的意义。

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