湖南大学硕士论文排版样稿（2013标版准）(4)

基于位置预测的Ad hoc网络路由协议研究

1.2 Ad Hoc网络路由协议的研究现状

由于移动Ad Hoc网络具有动态的网络拓扑结构，所以路由问题显得尤为重要，路由协议的好坏直接影响到整个网络的整体性能。对移动Ad Hoc路由协议的研究已经成为无线通信的热点之一，对路由算法的研究也越来越深入，已经从不同的角度提出了多种针对Ad Hoc网络的路由协议[12]，每种路由协议都有着自己的特点，他适用于不同的应用环境。目前大致可以将它们分为主动路由协议、被动路由协议，混合路由协议及全球定位系统GPS辅助的路由协议。

主动路由协议又叫表驱动路由协议，目前主要有

DSDV[13]

(Destination-Sequenced Distance-Vector)、WRP[14] [15] (Wireless Routing Protocol)和CGSR(Cluster Head-Gateway Switch Routing)等，该类协议每个移动节点需要维护一张包含到达其它所有节点的路由信息的路由表，随着网络拓扑结构的变化随时更新路由表，它准确地反映网络的拓扑结构。每当源节点发送报文，通过路由表即可获得到达目的节点的路由。因此这种路由协议延时较小，但维护路由开销较大。

被动路由协议又叫按需路由协议，目前主要有DSR[17] (Dynamic Source Routing)、AODV[16] (Ad hoc On demand Distance Vector) 和TORA[18]

[19]

(Temporally-Ordered Routing Algorithm)等，该类协议中每个移动节点不需要随时维护更新路由信息，当源节点需要发送数据时才起动路由查找过程。与主动路由协议相比，按需路由协议的开销较小，但是报文传送的延时较大。

混合式路由协议[20] [21]，是结合了主动路由协议和被动路由协议的优缺点，即在小范围内使用主动路由协议，维护准确的路由信息，可以减少路由控制消息传播产生的延时。当目标节点较远时，通过被动路由协议查找发现路由，这样既可以减少路由协议的开销，也减少了报文传送时延。但是要实施混合式路由也面临着很多困难，如局部范围的确定和维护，主动和按需路由协议的合理选择等。目前该类协议主要有ABR(Associativity-Based Routing) 、CGSR ( Clustered Gateway Switch Routing，簇头网关交换路由)等。

GPS辅助的路由协议。随着GPS定位技术的发展，在移动节点中实现低成本的GPS接收机成为可能，节点就知道自己的地理位置，许多研究者通过GPS定位提出了利用位置信息的路由协议，这类协议具有更好的可扩展性及对网络变化更好的适应性。目前已提出的基于节点位置的路由协议主要有LAR(Location Aided Routing)、GLS(Grid Location Service)、DREAM(Distance Routing Effect Algorithm For Mobility)、GPSR(Greedy Perimeter Stateless Routing)等。

这些Ad Hoc路由协议基于不同的出发点和机制，针对每一种路由协议的特点，研究者们从不同的角度(如带宽、能量、链路稳定度、QOS等)做了相应的一

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些优化研究，但到目前为止尚无比较完善的性能都比较优越的路由协议。

1.3 研究内容

本文首先研究Ad Hoc网络路由协议存在的问题，然后对Ad Hoc网络路由协议[22] [23]进行分类讨论研究，再对典型的路由协议进行详细分析，得出各路由协议优缺点。为了更好地进行分析验证，仔细研究OMNeT++仿真软件（仿真原理和仿真过程），并用OMNeT++对AODV ，DSDV ，DSR和TORA四种典型的路由协议进行仿真分析。通过研究分析基于位置预测的路由协议，提出自适应的节点定位算法，通过节点定位，提出基于位置预测的LAODV路由协议，对该路由协议进行详细描述，并对其进行仿真实验。

1.4 论文结构

本文从Ad Hoc网络路由协议存在的问题入手，比较、分析已出现的路由协议，并对典型的路由协议进行仿真分析，针对其特点，提出自适应的节点定位算法，然后通过节点定位信息，提出基于位置预测的LAODV路由协议，并对其进行详细描述和仿真实验。文章内容的组织和安排如下：

第一章为绪论，分析Ad Hoc网络路由协议的问题及研究现状，并阐述了论文的选题背景与意义，研究的主要内容及其组织结构。

第二章对Ad Hoc网络路由协议有关概念进行了阐述，对Ad Hoc网络路由协议按照不同的分类方法进行性能研究，最后重点研究几种常见的典型的路由协议。

第三章介绍OMNeT++仿真的原理，详细分析OMNeT++仿真过程，并用OMNeT++对AODV ，DSDV ，DSR和TORA四种典型的路由协议在不同负载下的性能进行仿真分析。

第四章研究分析基于位置预测的路由协议，提出自适应的节点定位算法，通过节点定位，提出基于位置预测的LAODV路由协议，对该路由协议进行详细描述，并对其进行仿真实验。

第五章总结所做的工作，指出存在的问题和下一步工作。

1.5 本章小结

本章为绪论，分析Ad Hoc网络路由协议的问题及研究现状，并阐述了论文的选题背景与意义，研究的主要内容及其组织结构。

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第2章 Ad Hoc网络路由协议

Ad Hoc网络自身的特殊性决定了路由协议的特殊性和重要性。本章首先分析设计理想Ad Hoc路由协议应具备的特点，然后根据不同分类方法详细研究分析Ad Hoc路由协议的性能和优缺点，最后详细研究几种经典的Ad Hoc路由算法。

2.1 Ad Hoc路由协议概述

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，必须设计新的适用于Ad Hoc网络特点的路由协议。理想的Ad Hoc网络路由协议需要具有以下几个特点：

分布式路由算法。Ad Hoc网络是一种无线方式的无中心的分布式结构网络，为了保证网络良好的鲁棒性和路由查找的有效性，必须采用分布式的路由算法。

具有自适应性，能适应快速变化的网络拓扑结构。Ad Hoc网络中移动节点可以以不同速度和方向任意移动，网络拓扑结构不断发生变化，因此，路由协议必须能够适应这种快速变化的网络拓扑结构，并为源节点找到最佳传输路径，提高路由协议可靠性。

具有良好的可伸缩性。路由协议不能随着网络规模的不断扩大，网络整体性能急剧下降，对于网络规模的大小应该是相对透明。

较少的路由开销，保证路由的有效性。Ad Hoc网络的资源非常有限，大量的路由控制报文不仅会造成网络局部拥塞，同时还占用了宝贵的无线带宽，降低无线网络带宽利用率。此外，移动节点不断发送路由控制报文还会降低电源的利用率，使得节点电能很容易耗尽，严重影响Ad Hoc网络拓扑结构的稳定性。

较低的电能损耗。电池供电的移动终端要求路由协议算法相当简单有效，最大限度节省能源，以降低宝贵的电源损耗，提高电源利用率，从而延长网络生存时间。

目前常见Ad Hoc路由协议主要有DSDV、WRP、DSR、AODV、CGSR、ABR等几种[22]，其中，DSDV 、WRP为表驱动路由协议，DSR、AODV为按需驱动路由协议，CGSR为分级路由协议，ABR是一种基于联合度量的路由协议。

2.2 Ad Hoc路由协议分类性能研究

目前Ad Hoc路由协议基于不同的出发点和机制，出现了较多路由协议，为了方便进一步的分析研究，我们对Ad Hoc路由协议进行分类，并对它们的性能

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进行比较分析。本文根据不同的分类原则将Ad Hoc网络路由协议从以下四个方面进行分类研究，并对不同类型Ad Hoc路由协议的性能进行分析。

按路由协议建立时间，可分为主动路由协议、被动路由协议和混合路由协议。 按路由算法类型，可分为基于距离矢量的路由协议，基于链路状态的路由协议，基于反向链路的路由协议和基于源路由的路由协议，以及混和路由协议。

按网络的拓扑结构，可分为平面结构路由协议和分级结构路由协议。 按协议的功能，可分为支持单向链路功能，支持多播与组播功能，具有QoS保证，以及具有安全机制等不同路由协议。

下面分别对四种不同分类的Ad Hoc网络路由协议的整体性能进行详细地比较分析。

2.2.1 按路由建立时间分类

通常将Ad Hoc网络路由协议分为主动路由协议、被动路由协议和混合路由协议[22]。主动路由协议又称为表驱动路由协议和先应式路由协议，路由协议通过定期交换路由信息来维持和更新关于网络拓扑结构和各个节点路由信息的路由表，移动节点之间通过周期性地互相发送“问候报文”参与路由信息交换。它的优点是通过移动节点不断维护路由表及时了解网络拓扑结构的变化情况和其它节点位置信息，在源节点需要发送数据时直接根据路由表中的信息进行数据传输，不需另外的路由查找与建立等待时间，常见的主动路由协议有DSDV，WRP等。

由于Ad Hoc网络具有动态的网络拓扑结构、有限的带宽资源等特点，每一个移动节点都维护一张全网路由信息表不但带来大量的路由开销，同时随着拓扑结构的变化路由表中的大量路由信息没用，特别是路由协议的可扩展性，导致维护的不可能，这是主动路由协议的最大缺点。随着网络规模扩大，节点移动迅加快速，这种缺点就越为明显，资源的浪费就越严重。被动路由协议就是针对这种情况提出的，被动路由协议只有在数据发送时才进行路由的查找与建立，大大的节省了维护路由表带来的路由开销。

被动路由协议是Ad Hoc网络特有的路由协议类型，它可以降低主动路由协议中某些不必要的路由维护开销，提高网络的数据交换量和带宽利用率。被动路由协议主要由路由查找与建立和路由维护两个过程构成，如图2-1所示。当源节点需要获取到达目的节点的路由时，路由查找机制被激活。节点采用洪泛的方式向相邻节点发送路由请求报文，中间节点根据协议的具体机制进行部分或全部转发，直到目的节点收到该请求报文。然后，目的节点根据请求报文的信息激活建立机制，选择一条合适的路径反向转发路由应答报文，当源节点收到完整的应答报文后，整个路由建立完毕。由于拓扑结构的不断变化，一旦路径上的某个链路发生中断时，系统启动路由维护机制。

被动路由协议是目前Ad Hoc网络中研究最广、种类最多的一类路由协议，常见的被动路由协议有DSR、AODV、TORA、ABR等。

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图2.1 按需驱动路由的路由建立示意图

混合路由协议是对主动路由协议和被动路由协议的综合。将若干较小的区域组成一个较大的网络，在区域内使用表驱动路由机制，区域之间采用按需的路由机制。这种设置使路由表范围较小，节点不需要维护较大的路由表，从而避免维护更新路由表，产生过大的路由开销，另一方面，由于只在区域间进行按需驱动路由，路由查找时延要比完全按需驱动路由小的多。混合路由协议实现了按需驱动路由协议和表驱动路由协议的互补，具有相对偏低的带宽损耗和路由查找与建立延迟，随着网络规模的扩大，网络整体性能越来越明显，可扩展性较好。

典型的混和路由协议有ZRP ( Zone Routing Protocol )，它以R为半径将网络划分为若干个重叠的区域，在区域内采用主动路由协议，在区域之间采用被动路由协议进行路由查找[24]。半径R的大小是影响协议性能一个重要参数，R的大小可根据网络的具体参数(节点的密度、运动速度等)来确定。其它常见混合路由协议还有ZHLS ( Zone Based Hierarchical Link State Routing)、CBRP(Cluster Based Routing Protocol)等。

混合路由协议通常采用分级或分区结构，分级结构中需要引入簇的概念，因此增加了簇的管理与维护，在获得可扩展性的同时也引入了路由算法的复杂度和管理开销，这是混合路由的不足之处。

三类路由协议的主要机制和基本性能的比较如表2.1所示。

表2.1 路由协议性能比较（按路由建立时间分类）

路由开销 路由建立时延 可扩展性 拓扑变化适应性 算法复杂度 路由结构 路由表维护

主动路由协议 大 小 弱 弱 低 平面 全网路由表

被动路由协议 小 大 一般 强 低 平面 无路由表

混合路由协议 一般 一般 强 一般 高 分级 局部路由表

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