移动自组织网络解析

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摘要：近年来，移动自组织网络（MANET）发展迅速，在很多领域都得到了广泛研究与应用。文章以MANET为研究对象，介绍了MANET的主要关键技术，主要介绍了MANET的AODV路由协议，分析了路由协议的相关性能指标的计算方法，最后介绍了基于Linux的MANET路由协议的实现方法。

关键词：移动自组织网络；实现方法；可行性

移动自组织网（MobileAdhocNetwork，MANET）[1]是由一组相互协作的自主无线节点或终端组成的自动创建、自动组织和自我管理的网络。它不需要固定基础设施，使用分布式管理。MANET没有基站，这与传统的蜂窝网络不同。MANET中所有节点以分布方式运行，具备路由器功能、负责发现和维护相关的路由，并将数据包转发到相邻节点。该网络可独立运行，可通过网关接入有线骨干网。目前，移动自组织网络可用于军事应用、应急救援、传感器网络等场景，其思路也可应用于4G网络。随着移动自组织网络的发展，它的研究方向越来越明确。通过分析现有的研究成果，本文可以总结出以下几个值得关注的领域：（1）拓扑演进及拓扑控制技术研究。（2）路由协议研究。（3）链路利用率研究。（4）低功耗节能技术研究等[2]。本文主要研究了MANET中的自适应距离向量路由（AdhocOn-DemandDistanceVectorRouting，AODV）路由协议，分析了相关性能指标的计算方法，给出了已有文献中关于MANET路由协议的设计与实现。

1MANET的AODV路由协议

AODV是一种应用于自适应网络路由的路由协议，它可以实现单播路由与多播路由。AODV是AdHoc网络中根据需要生成路由模式的一种常见协议[3]。定义该协议为：当一个节点需要向网络中的其他节点传输信息时，没有路由到达目标节点的话，那么必先以组播的形式发出RREQ（routingrequest）消息。RREQ消息记录初始节点和目标节点的网络层地址。相邻节点接收RREQ后，判断目标节点是否为自己。如果是，则将RREP（routingresponse）发送给发起节点；如果不是，它首先在路由表中查找是否有到达目标节点的路由，如果有，就将单播RREP转发到源节点，不然继续转发RREQ进行查找。在该路由协议中，除非需要建立连接，否则整个网络都是静态的。也就是说，网络节点在广播连接建立请求之前需要建立连接。剩余AODV节点转发请求消息，记录源节点，并临时路由回源节点。当接收连接请求的节点知道到达目的节点的路由时，路由信息根据之前记录的返回到源节点的临时路由信息发送回源节点。因此，源节点开始通过其他节点使用这种路由，并且跳数最短。当链路断开时，路由错误就被发送回源节点，然后源节点重新启动路由查找进程。随着研究的深入，MANET路由协议的研究也不断增多，因此，这样需要相关性能指标来评估各类协议的网络性能。

2性能指标的定义

考虑到在虚拟网络中，节点以稳定的速度移动，并随机分布，节点之间通过通信交换节点位置和速度等信息。路由表包含节点间传输路径和外围网络拓扑信息的相关数据。由网络节点活动产生大量数据，这样的数据存储结构影响着数据读取效率。所以，有必要设计一个合理的数据结构和存储模式，方便读取协议索引计算种使用的数据，从而计算性能指标[4]。本文主要选取网络吞吐量、平均端到端延迟、平均功耗、路由开销为典型的4个指标。吞吐量是指网络每次成功发送的比特数。它由终端用户应用层接收的数据流来描述，反映了网络的通信性能。其表达式为：g=n×z/t（1）式中：g代表网络的平均吞吐量，z表示数据包大小，n表示数据包个数，t表示网络运行时间。平均端到端时延包括所有可能时延，例如路由发现延迟，接口队列排队时延，MAC层传输延迟以及传输和接收延迟等。该索引影响源节点和目的节点的总通信时长，可以反映网络的连通性。式（2）给出了平均端到端时延的表达式：()/yyd=∑E−S∑p（2）式中：d为平均端到端时延，S表示数据包发送时间，E为接收到的数据包的时间，p表示数据包个数，y表示包类型。平均功耗是指每个节点通信所消耗的平均功率。由于节点能量有限，低功耗的路由协议是必须的。式（3）为平均功耗表达式：c=∑C/(∑p⋅z)（3）式中：C表示包传输功耗，c表示平均功耗。路由开销是转发的路由数据包数量和发送的路由数据包数量之和与目的地接收的路由数量之比。它是网络拓扑变化率的函数，可以用来衡量网络拥塞能力。式（4）给出路由开销表达式：1/ykopp==∑∑（4）式中：o为路由开销。

3基于Linux的MANET路由协议的实现方法

Linux路由架构是按照有线网络路由协议的工作模式来实现的，它是一种主动路由协议。该体系结构适用于DSDV和WRP等MANET主动路由协议。但对于按需路由协议，如DSR，AODV等不能采用这种方法来实现[5]。按需路由协议仅保留网络中某些节点的路由信息，根据Linux路由架构固有的处理机制，当内核路由表中查找不到可用路由时，数据包会被丢弃，使得用户空间种的路由守护进程无法发挥其作用。另一方面，用户空间维护存储最近使用过路由的路由列表。每个路由表条目都有一个计时器。当使用路由时，计时器将重置。如果在计时器指定的时间内没有使用路由，它将被删除。但是，用户空间无法获得内核中路由使用的信息，无法更新用户空间中的旧路由。SPDSR协议测试网络中需要有若干台安装ubuntu操作系统的PC机模拟网络节点，系统数据转发功能开启。每个网络节点配备一块无线网卡，假设其中任意两条链路均处在对方通信范围之外，不会发生串路现象。通过对该方法的测试平台搭建，可以实现对MANET中某种适合于Linux路由协议的测试。对比相关的仿真软件平台，这类相对实践的测试方法更具可靠性。

4结语

本文对移动自组织网作了简单概述，介绍了MANET的研究的主要技术问题，分析了其典型的路由协议，讨论了路由协议的相关性能指标，并介绍了基于Linux的MANET路由协议的实现方法。

作者:王涵 单位:宜春学院