摘要
随着科学技术的不断发展与进步，人们的生活水平在逐渐的提高，对生活质量也有了越来越高的要求，越来越多的家庭开始拥有私家车了。然后更多的汽车出现在了道路上，造成了道路上的严重拥堵，从而交通事故也有了逐渐增长的趋势。这些问题都给现代的交通系统提出严峻的挑战。现在交通系统需要解决的问题是怎样减少交通事故的发生，坚决这个问题的关键是怎样提高道路交通环境的质量。在我看来，如果能够实现车辆间的通信，使得车辆之间能够迅速、快捷的获得其他车辆的信息，从而让驾驶者能快速的做出正确的反应，那么就可以很大限度的降低交通事故的发生，从而能在一定的程度上缓解道路的拥堵。车载网的关键技术包括：车载自组网无线接入技术、GPS定位技术、自组网路由协议。
车载网分类可以分成：基于拓扑的路由协议，基于地理的路由协议，基于地图的路由协议。本文选用AODV路由协议与GPSR协议进行对比分析。其中重点分析了AOD 与GPSR这二种协议的原理。在网络迅速膨胀的今天，随着网络规模的不断增大，网络因素类型不断增多时，传统的以经验为主的网络设计方法已经不能够适应现在的需求，且用现实中真实存在的通信元素进行测试，会造成资源和时间的浪费，因此，利用网络仿真工具在模拟的环境中对其网络性能进行仿真显得非常重要。
在本文中，主要介绍了NS2的仿真平台及其体系框架结构。其中包括仿真工具NS2。模拟了车载网节点的移动。在测试场景中，对比了二种不同的协议下吞吐量、抖动率、延时、丢包率的比较。改进后的算法在接收包的成功率、发送包的延时、抖动率、吞吐量要优于GPSR协议。最后，得到的结论为：由于GPSR算法通过贪心算法，选取的是最远的节点作为转发中继，故延时相对于AODV算法比较而言，端到端延时更小。二种协议传送相同的数据包，由于GPSR协议延时小，故吞吐量较大，抖动比较小。仿真也表明，使用GPSR算法，丢包率也较低。
关键词：移动自组网，车载网，NS-2，无状态贪心算法
ABSTRACT
Vehicle ad hoc network routing protocol analysis and simulation
ABSTRACT
In recent years, our life is more better than before, and the design for life quality is more and more popular. One of the examples are that vehicular cars become very common in our life. More and more cars are on the road and thus cause big problems to traffic. How to reduce the traffic and accident happen are in hot research. The good design traffic are that cars could communicate with frequency and the traffic accident is small. And the driver could get enough information to deal with the incoming bad condition. With the propose the research is more and more serious if we not deal with the problems. Vehicular Ad Hoc Network contains many important technologies. such as how to access the medium which used in Vehicular Ad Hoc Network, Global Positioning System and the routing protocol which are used in Vehicular Ad Hoc Network.
AODV is widely used in Ad hoc mobile network, which is a widely used routing protocol, GPSR is another routing protocol which are used in Vehicular Ad Hoc Network。We chose the NS2 simulation to analysis which routing protocol is much better suitable for the mobile vehicle ad hoc network. We test a simulation, 20 percent of mobile nodes are moved with the speed of fifteen, twenty, twenty-five km/s, and so
on. And then we compare some very important parameters. Such as delay time, throughout, jitter and loss packet ratio.
Finally, we can get the conclusion that GPSR routing protocol is more suitable for Vehicular Ad Hoc Network .With the reason of GPSR chose the fastest nodes to act as forward nodes, which will cause small average time. At the traffic almost the same, so the throughout is much more bigger than the way of using the routing protocol using AODV.
Keywords：Ad hoc network, Vehicular Ad Hoc Network, NS – 2, GPSR
目录
第一章前言 (1)
1.1 研究背景与意义 (1)
1.2 国内外研究现状 (2)
1.3 主要研究工作 (2)
1.4 论文结构 (3)
第二章车载自组网现状 (4)
2.1车载自组网概述 (4)
2.1.1 车载自组网的特点 (4)
2.1.2 车载自组网的体系结构 (6)
2.2 车载自组网中的关键技术 (7)
2.2.1车载自组网无线接入技术 (7)
2.2.2 GPS定位技术 (7)
2.2.3 车载自组网路由协议 (8)
2．3 车载自组网路由协议的分类 (8)
2.3.1 基于拓扑的路由协议 (9)
2.3.2 基于地理位置路由协议 (10)
2.3.3 基于地图的路由协议 (12)
2.4 本章小结 (12)
第三章NS2模拟与仿真工具 (14)
3.1车载网算法的NS2仿真平台构建 (14)
3.2 网络仿真的方法和一般过程 (15)
3.3 NS2的节点模型 (15)
3.4 NS2移动节点的创建 (16)
3.5 NS2下无线传输的能量模型 (17)
3.6 NS2工具介绍 (18)
3.6.1 数据分析工具awk简介 (18)
3.6.2 动画演示的工具NAM (20)
3.7 添加GPSR路由算法在NS2下 (21)
3.8 本章小结 (21)
第四章基于车载网GPSR的改进算法 (23)
4.1 车载网GPSR算法的不足........................................................... 错误！未定义书签。
4.2 基于车载网GPSR的改进算法 (23)
4.3 添加改进代码在NS2下的修改 (23)
4.4 本章小结 (28)
第五章仿真实验及结果分析 (29)
5.1 仿真模拟实验 (29)
5.1.1 网络仿真场景拓扑设置 (29)
5.1.2 仿真参数比较 (33)
5.2 实验结果分析 (34)
5.2.1 端到端的延时 (35)
5.2.2 吞吐量的比较 (36)
5.2.3 抖动率的比较 (36)
5.2.4 丢包率的比较 (37)
5.3 GPSR算法与GPSR改进算法对比 (38)
5.3.1 接收成功率的对比 (38)
5.3.2端到端的延时对比 (38)
5.4 本章小结 (40)
第六章总结与展望 (41)
6.1 论文总结 (41)
6.2 下一步工作 (41)
致谢 (43)
参考文献 (44)
第一章前言
1.1 研究背景与意义
车辆自组织网络（Vehicular Ad Hoc Networks，VANET）[1]作为一种特殊的移动自组织网络，是道路上车辆间、车辆与固定接入点之间相互通信而组成的开放式移动网络。作为智能交通系统的重要组成部分，有着非常广阔的前景。车辆自组织网络的设计目标是建立一个车间通信平台，能够实现多车无线通信，通过自组织网络的应用可以提高交通安全性、道路通行效率和行车环境。
随着科学技术的不断发展与进步，人们的生活水平在逐渐的提高，对生活质量也有了越来越高的要求，越来越多的家庭开始拥有私家车了。然后更多的汽车出现在了道路上，造成了道路上的严重拥堵，从而交通事故也有了逐渐增长的趋势。这些问题都给现代的交通系统提出严峻的挑战。现在交通系统需要解决的问题是怎样减少交通事故的发生，坚决这个问题的关键是怎样提高道路交通环境的质量。在我看来，如果能够实现车辆间的通信，使得车辆之间能够迅速、快捷的获得其他车辆的信息，从而让驾驶者能快速的做出正确的反应，那么就可以很大限度的降低交通事故的发生，从而能在一定的程度上缓解道路的拥堵。但是传统的车载网络即使能够得到其他车辆的信息，但是却并不能是的车辆间直接的进行通信，他们需要一个中心的网络节点来发送消息，这样就会造成信息没有办法及时的让车辆获得，因此降低了通信系统的性能。
最近几年来，信息技术在不断的快速发展，我们能在越来越广泛的地方使用无线网络，应用范围很大。近年来，在对移动自组织网络上的研究越来越受到重视。无线网络拥有广阔的市场前景和较高的研究价值。在控制装置上面，它可以降低各系统的互连线束，从而降低了传感器及相应的配置，在各个子系统之间实现了资源共享，有利的提高了系统的协调性和可靠性。在应用方面，如果将移动自组织网络应用到车载系统，使得在网络中的车辆能进行相互的通信，这不但可以实现事故报告，交通状况信息查询，而且还能对驾驶者进行辅助驾驶，使得驾驶者在非可视范围内能得到其他车辆信息及路况信息，使驾驶者得到及时的消息，从而做出准确的判断，有利于车辆自身的安全驾驶，这样就会提高交通系统的性能，减少交通事故的发生。随着国家的富强和人民生活水平的不断提高使得车辆越来越多，交通安全在国民经济和国防建设中的起着越来越大的作用。移动自组织网络不但能解决车辆间的通信，还能对于交通安全及车辆的智能化、便利化也有着非常重要的作用，对于提升车辆的信息化、自动化程度，甚至是扩大到国防等应用的领域，都是具有着十分重大的意义的，所以已经引起了各国研究机构的很大兴趣。
1.2 国内外研究现状
随着现代人民生活水平的逐渐提高，私家车数量越来越多，交通越来越拥挤，这对于我国现有的交通系统来说，成为一个越来越严重的挑战。根据相关数据可以发现，我国现在的交通安全事故情况已经处于高发期，交通安全的形势非常严峻。现在，车辆通信的网络主要有GPRS网络和CDMA网络[2]，车辆间通过GPRS网或者CDMA网联系控制中心，向控制中心报告自己的车辆信息，而且可以通过互联网下载电视电影音乐等娱乐资料。但是，这种组网的方式却有两个很大的缺陷：车辆和车辆之间并不能通信，这就导致降低了各车辆之间的信息交流；而且由于这两个网络能够容纳的用户容量是有限的，所以肯定会影响车辆终端的发展。在这种背景的需求下，车辆自组织网络（Vehicular Ad Hoc Network，VANET）这一概念产生了。车辆自组织网络来自于自组织网络（Ad Hoc），是自组网络在交通领域的另外一种特殊的应用，是专门以车辆之间的通信为场景而建立的自组织网络，可以实现路边节点与车辆之间、车辆与车辆之间的相互通信。
VANET技术很创造性的把自组网技术成功的应用到了车载网络上，已经成为各个国家通信专家们研究的一个关注点，并且成为了各个国家研究机构的研究热点。从2000年起，欧洲科学家们已经分别开创了了Car－2－Car、FleetNet、WILLWARNE、ADASE、COMCAR、DRiVE、CHAUFFEUR 2等项目对车辆间的通信进行研究，而美国也成立了Vehicle Safety Consortium[3]，日本则成立了Advanced Safety Vehicle Program，而且通过了两个标准来用于研究车辆间的通信。IEEE也经过讨论制定了IEEE 802.11p（WAVE）[4]的相关标准，而且在5.9GHz频段上特意划分了用于车辆间相互通信的75MHz频带。另外，从2004年开始，MobiCom每年都会进行关于研究VANET的专题研究会。同样，国内的一些高校也对VANET的相关技术表现出了研究兴趣，武汉大学、东南大学、清华大学分别都在传输控制技术、VANET信道的建模和车辆与车辆间内联网的组网技术这些方面进行了研究，肖汉等人也在[5]中对此进行过研究。
最近几年来，各国的研究人员通过分析一些移动自组织网络，研究其中的传输控制协议的设计，发现了一些对VANET中传输控制协议的设计具有重要借鉴的思想以及方案，但仍然缺乏专门针对VANET网络这个相对来说还是很特殊的移动自组网来进行的一些专门的研究。
1.3 主要研究工作
本文对车载网的研究背景和国内外研究现状作了简单的介绍，并着重分析了车载网路由协议中的AODV，GPSR[6]协议。同时，对比分析了GPRS协议与AODV协议，并在NS-2上设置了场景，进行仿真比较。针对节点移动速度变化的特点，进行了高速度与低速度下，二种不同协议对比的延时、丢包率，还对比了吞吐量、抖动率。仿真结果表明，GPSR基于地理位置的路由协议由于是以最远距离的转发，其比AODV更适用于车
载网应用的这种环境，在相同的条件下，丢包更少，延时更短。AODV路由协议侧重于端到端的通信，在车载网应用车辆快速移动的过程中，表现的参数差于GPSR协议。
1.4 论文结构
第一章给出了课题研究的背景意义及研究现状。作为当今新兴技术之一，车载网络有着广阔的应用前景和重要的科学研究价值。路由协议作为车载网络核心技术之一，它的性能很大程度上决定了网络的整体性能。适时地开展这方面的研究工作，对我国社会各方面的发展具有举足轻重的作用。
第二章分析了车载自组网的现状，其中分析了车载网的特点，车载网的体系结构，车载自组网中的关键技术，其中包括：自组网无线接入技术，GPS定位技术，车载自组网路由协议。以及对车载网路由协议进行了分类，其中重点介绍了基于拓扑的AODV 协议与地理位置的GPSR路由协议。
第三章介绍了NS2模拟与仿真工具，网络仿真的方法和一般过程，NS2的节点模型，NS2移动节点的创建，NS2下无线传输能量模型，以及如何添加GPSR算法在NS2下。
第四章介绍了基于车载网GPSR的改进算法。针对车载网GPRS算法的不足，对算法进行了设计和改进，并添加然后在NS2下。
第五章进行模拟实验，对传统的Ad hoc路由协议AODV算法和GPSR的算法分别进行了仿真对比，并对仿真结果进行了详细的分析。针对GPSR算法的不足，提出了改进算法，并在NS2下进行了GPSR算法与GPSR改进算法对比。
最后总结与展望，首先对本文的主要工作进行总结，然后对本文工作需要改进之处和未来发展方向进行了阐述。
第二章车载自组网现状
车载自组网VANET是指道路上车辆与车辆间，车辆与路边的固定接入点之间通过相互通信共同组成的一种开放移动的Ad Hoc网络，它是一个结构开放的、自组织的车辆间通信网络，在智能交通系统ITS （Intelligent Transportation System）中起着很重要的作用。而且由于VANET在路况监测、交通管理、反映道路当前状态、交通安全、车辆跟踪的导航等方面都起着很重要的作用，所以近年来形成了无线自组网络新研究的热潮，比如阿尔及利亚科学与技术信息研究中心的车辆防碰撞系统奔驰公司的车辆免事故系统Thinking Partner、加州大学的城市交通监视系统MobEyes 、弗罗斯特堡州立大学的车辆防盗SVATS，等等。
2.1车载自组网概述
2.1.1 车载自组网的特点
移动自组网没有预先指定拓扑结构的无线网络,节点可以自由移动,网络中的拓扑结构随时间不断改变。网络中每一个节点既是一个终端系统，也可以充当路由器节点,节点与节点间分享着通信的资源,组成了多跳中继的网络结构来传送数据信息。车载自组网它是移动自组网所派生发展出的一个新的分支。移动自组网中车辆本身以及周围环境有以下四方面的特点:活动场景、移动模型、运动属性和节点特性。
图2-1 车载自组网体系结构
1、活动场景
车载自组网中，可以布置在一个实际的地图上。地图上有地图上有街道,有公路,有银行,高速公路,有行人，有十字路口,还有交通灯,这些都会使车辆的自由移动受到极大的限制。原来移动自组网的节点的运动模型对于车载自组网来说，其中的一些特点已经不再适合,这时候，创建一个新的移动节点模型是很有必要的。从另一个方面来讲,高大的建筑物会造成无线信号的阻挡最终会导致车载之间的连通中断。
2、移动模型
公路和街道这些都是固定的，所以车辆必须在这些先前指定的路径上运动。它的特点是车辆不可以像移动自组网中的节点一样能够自由移动，而是必须在指定的路径上进行有方向有目的的运行。例如在十字路交叉路口或交通道路收费站处，车辆拥塞可能大量存在，而在某些路段行人车辆稀少，车辆很可能少甚至网络不连通。在车辆密集的场合，无线接入的冲突增加，由此会带来一些冲突避免。而在车辆稀疏的声所, 网络可能频繁断裂,这样随机的连通性也会使一般的路由协议产生性能的降低，或者不适用。
3、运动属性
相对无线移动自组网而言，车辆移动的速度很快，因此两车的持续通信时间很短，路由维护将会变得非常困难。由于车辆的高速移动，会导致不断的变化拓扑结构,假设两辆车以20m/s的速度向相反的方向运动,并且无线通信的固定传输半径一直是200m，那么二辆车辆之间链路之间的最长持续的时间是5秒。超过5秒后，车辆之间的通信会断开。
4、节点特性
车辆都能装备一定的通信设备，能支持高速移动下的通信。比一些设备比如GPS 全球定位系统来获取节点自身当前的地理位置信息和运动速度、运动轨迹。由于汽车的能量不再受到像传统Ad hoc移动网络中的能量限制，因此，可以不像MANET中需要考虑车载网中能量的问题，相对于Ad hoc移动网络，车载网存储计算能量比较强大。
前三个特点，使得车载网与移动自组网有较大的差异，因此设计一种有效支持实时的车载路由协议是一个严峻的问题。第四个特性使得车载网带来了前所没有的机会，世界各地学者企业界越来越关注车载网，车载网络具有广阔的前景。
表2.1车载自组网与移动自组网的对比
2.1.2 车载自组网的体系结构
车载自组网的分层体系结构在图2.2所示。
图2-2 车载自组网的分层体系结构
在车载自组网中,可以采用OSI的七层协议模型来进行研究，车载自组网的分层体系结构在如图2-2所示。在该体系结构中，最重要的是物理层，MAC层和路由层：物理层负责详细的电磁波信号的接受与发送，编码与解码等。
MAC层主要负责媒体的功率控制、服务质量、公平接入等问题，主要用来解决检测是否有冲突的发生与碰撞，隐藏终端和暴露终端的问题。常见的应用广泛的路由协议，包括802.11，802.15.4，smac，tmac，zmac等。
路由层主要包括的内容：车载网中的节点是通过多跳来传输数据的，路径的查找、路径的选择是网络层需要解决的问题。
2.2 车载自组网中的关键技术
2.2.1 无线接入技术
车载自组网中集成了移动自组网的相关接入技术，例如802.11。IEEE 802.l1p。IEEE 802.11p (又称 WAVE，Wireless Access in the Vehicular Environment)无线局域网标准,用于智能交通系统(ITS，Intelligent Transportation Systems)。IEEE 802.l1p 是一个由IEEE 802.11标准扩充的通信协议,主要用于车载电子无线通信。它本质上是IEEE802.11的扩充延伸,符合智能交通系统的相关应用。应用层面包括高速车辆之间以及车辆与ITS路边基础设施(5.9千兆赫频段)之间的数据交换。IEEE 1609标准则基于IEEE802.1 Ip通信协议的上层应用标准。
2.2.2 GPS定位技术
目前定位系统主要有以下几种：
1、美国全球定位系统(GPS)
全球定位系统(Global Positioning System)是美国第二代卫星导航系统。它具有应用广、精度高、性能好的特点,是到目前为止最为优秀的定位导航系统。随着硬件、软件的不断改进与完善,全球定位系统的应用领域一直在不断地开拓,现在已应用到国民经济的各种部门,而且开始不断深入人们的生活之中。
2、俄罗斯“格洛纳斯”系统
有24颗卫星组成,精度在10米左右,军民两用,随着地面设备的不断发展,“格洛纳斯”系统预测将在2015年成功建成。到那时,它的导航和定位误差范围都将缩减为1米左右,而以前的误差是5米到6米，就精确度来说这个系统将会处于全球领先的地位。
3、欧洲的“伽利略”卫星系统
将有30颗轨道卫星组成“伽利略”卫星定位系统,每颗卫星的轨道高度约为2.4万公里,倾角为56度,分布在3个轨道面上,而且每个轨道面都会部署9颗工作星和另外1颗在轨备用星。从设计方向来看,GPS的定位精度低于“伽利略”。假如说GPS可以找到街道,那么“伽利略”就能够发现车库门。“伽利略”可以为地面的使用用户提供3种信号:加密且且需满足更多要求的信号、加密且要交费使用的信号、可以免费使用的信号。它们的精度依次降低,但最高精度要比GPS还要精确10倍,而且即便是免费使用的信号它的精度也可以达到6米。
4、中国的卫星导航系统“北斗”
“北斗”由30颗非静止轨道卫星组成和5颗静止轨道卫星组成。它定位精度在10米。预计大概在2020年左右。北斗卫星导航系统将会建成覆盖全球的导航系统。
全球定位系统(Global Positioning System)的定位技术。它具有应用广、精度高、性能好的特点。如今，全球定位系统硬、软件不断的完善,功能不断的改进，它的应用领域也在不断地增加,目前已应用到国民经济的各种部门,并开始不断的深入人们的日常生活。
2.2.3 车载自组网路由协议
路由协议是车载自组网中最关键的组成部分，在很大程序上决定车载网络的整体性能。各种Ad hoc网络中的路由协议可以被用于车载网络，例如aodv[8]，dsdv，dsr 协议等，但高速度变化的拓扑和通信范围使得传统Ad hoc网络中性能很差，无法满足车载自组网的需要。车辆密度分布不均，导致网络的拓扑和连通性不断变化，所以一个好的路由协议设计必备容错性、实时性等。
2.3 车载自组网路由协议的分类
路由协议是车载网中不可缺少的一个重要环节，其中节点高速的移动会导致网络拓扑的结构频繁变化，所以路由技术已经成为了车载自组网推广挑战之一。目前车载自组网中用的经典路由协议，可以分为三大类：基于拓扑路由协议（TBR）基于地理位置路由协议（PBR），基于地图路由协议（MBR）。
车载自组网的路由协议的分类如下：
图2-3 车载网路由协议的分类
2.3.1 基于拓扑的路由协议
先前的车载自组网的路由协议大部分都来自于传统的移动自组网，通过周期性的互动在节点之间传递信息，得到全网的范围或者局部范围内其它节点的路由。这类协议，按照路由发现的方式可以分为先应式和反应式路由协议。
表2.2 反应式路由协议与先验式路由协议的对比研究
其中AODV［8］是反应式路由协议的经典，本文重点介绍AODV路由协议。
AODV路由协议中是DSR和DSDV的综合。有三种类型的消息控制帧：路由请求RREQ(Route Request)、路由应答RREP（Route Reply）和路由错误RERR(Route Error)消息。
中间节点不需维护路由，采用逐跳路由转发分组，只有当源节点需要发送数据时才启动路由发现过程寻找路由。源节点广播RREQ消息到附近节点，附近节点再转发给它的邻居节点，知道到达目的节点。中间节点在转发请求消息的同时记录下转发给它的邻近节点，建立反向路由。如图2-4所示。
图2-4 建立反向路径示意图
假设A要向G发送数据，A会创建一个路由请求包RREQ广播给所有邻居节点，如上图所示。如果B接收到来自A的RREQ，会建立到A的逆向路由，此时B并没有到G 的路由，所以继续广播给它的邻近节点。所有节点均会转发RREQ，直到自身有道G的
有效路由。如图2-5所示。
图 2-5 F接收RREQ并创建逆向路由
RREQ到达F后，F发现到G的一条路由，且其序号不小于RREQ中的序列号，则构造一个路由响应包RREP并沿逆向路由发送给A。至此路由发现过程完成，A可沿着发现的该条路由发送数据。如图2-6所示。
图2-6 数据包发送过程
2.3.2 基于地理位置路由协议
基于地理位置路由协议使用邻居节点和目的地点位置的信息来进行路由选择，GPSR［12］是最经典的地理位置的路由协议，它是没有状态的，并且只用于维护邻居节点间的信息。下一跳节点的位置信息由邻居节点和目的节点的位置信息来决定。把目的节点的位置写进数据包的包头，并使用贪婪转发[9]来选择距离目的节点最靠近的邻居节点。但是如果邻居节点表之中没有比自己更为接近目的节点的邻居，那么贪心算法将失效，周边的转发模式将根据右手规则启东。如果找到比失效节点距离目的节点更
为近的节点时的时候，再切换回贪婪转发的模式。如图2-7所示。
图2-7 GPSR 工作流程
GPSR 有二种控制包类型：
1、hello 包是为了查询到邻居。
2、query 查询包INQ 。SINK 查询后，每个节点维护SINK 链表，为什么要SINK 发送查询包，是由于SINK 节点不发送查询包，仅只有HELLO 包，每个节点无法查找到转发数据包的路径。每个节点收到SINK 包后，每个节点计算出离SINK 节点的最短距离，从而以贪心算法来转发。所以查询包必不可少。SINK 节点只发HELLO 包，不能完成此功能。尽管SINK 节点发送的查询包，没有应答。但它让每个节点维护SINK 表，以贪心算法来转发数据包。GPSR 用的贪心转发路由，主要是一个对节点移动距离的预测，就是往最远处转发，最靠近终端的那个节点转发，贪心无状态路由协议的初衷就是要避免类似于DSR 的查询，以免带来延迟和性能开销。其还有一个重要的特点是右手定则。
RightHand Rule ：有多个邻居的时候，选择的。Intersect 指的是十字路口。如图2-8所示。
图2-8 GPSR 右手定则的例子
如上图，这两个圆弧的相交的两个点叫intersection ，这里x 想要发送包给D
，
但是x到D的直线距离比w和y还要小，所以如果纯贪心的话，他就停在这一步了，x 的通信范围和D构成了一个阴影，这个阴影里没有中继节点。所以说明必须要再想个办法了，然后用了个右手规则，就是从右边看，选的w，虽然我们看起来好像是左边，然后沿着右边一条条的上去，避过了这个void 区域，他写的是x-w-v-d。然后这个圈是右手规则。如下图2-9所示
图2-9 GPSR右手定则在三角形中的应用
就这个三角形，就跟走迷宫一样，沿着右边一直走，总能出迷宫，除非迷宫是个闭环，就是没出口。只要有出口的话，肯定在某个时段看到出口就出去了，不过如果那个出口也关了，那肯定又绕回起点了，就成环路了。
2.3.3 基于地图的路由协议
一直以来，基于地图的路由协议可以被认为是未来的发展方向，是各国政府、学者、工厂重点研究的课题之一。虽然没有一个协议明确提出是基于地图的，但是像GPCR、GSR这类协议都已经用上了地图，可以认为是基于地图路由协议的雏形。伴随地理信息系统(Geographic Information System, GIS)[10]技术的不断进步，车载导航系统能够传递的信息越来越多，诸如城市路径的详细信息，路径导航功能。
车载自组网地图的路由协议将车辆位置、行人信息在地图中定位，再结合电子导航地图提供的丰富实时的交通道路信息，再通过节点集、道路集、十字路口集作为计算最优转发路径的依据。由这些条件计算出来的路径将会更加可靠、更加实时、更加有效，更符合车载网络的环境。目前基于对地图的路由协议大多在理论分析研究阶段。刘建航, 孙江明, 毕经平等人在文献[11]中对此进行了研究。
2.4 本章小结
本章详细的介绍了车载网络，并简要的概括了车载自组网体系结构、应用场景和
网络相关的特点，并介绍了车载自组网中现在所使运用的一些关键技术。包括MAC层无线接入的方式、车载自组网路由协议和GPS定位技术的应用。其次简单介绍了几种经典的车载网络路由协议。其中重点介绍了基于拓扑的路由协议AODV，基于地理位置的路由协议GPSR。
第三章 NS2模拟与仿真工具
3.1车载网算法的NS2仿真平台构建
研究算法主要有理论研究、现场实测、计算机仿真三种方式。理论研究、现场实测、计算机仿真三种定义及应用场合如下例所示。
理论研究，即用统计理论或电磁场理论用来分析有关无线电波传播的特性，并且用各种类型的理论模型来描绘这个无线信道。正因为每一个理论模型的建立通常需要一些假设条件，所以模型对于信道特征的表达往往是相似的，但这个模型相对于无线信道其中的一些研究能够起到一定的指导作用。
通过现场实测，就是在各种不同的无线通信的不同传播环境之中，我们对电波传播进行实测实验。包括其中的参数包括信号的振幅、延时等等。我们利用现场实测的方式得到了数据后，对它来进行分析，然后我们可以得到一些有益的结果，来为描述信道的特性提供基础。正是由于无线信道的多样性和复杂性，所以这种方法一直都被大家当作研究无线信道特征的重要手段。
对于计算机仿真，单单是理论上面的研究不足以描述出多变的无线信道，而且无线信道多样性又会导致现场实测的时候既费力又费时，张建明，赵玉娟，江浩斌，贾雪丹，王良民等人在[12] 中对此进行过研究。如今计算机拥有了强大的计算能力，可以模拟各种情况下通信环境。所以，用计算机进行仿真已成为对无线信道进行研究的重要方法。
目前，可用于网络仿真的软件主要有NS2、GlomoSim、OPNET和Qualnet。其中，GlomoSim与NS2都属于免费的软件，代码公开。可以对于有线和无线网络上的组播协议、路由、TCP等都可以提供强大的支持，所以在科学研究中被广泛的采用。而Qualnet 和OPNET则属于商用的软件，更加适合开发一些切合实际的相关工程项目，所以需要付费使用。Qualnet内的一些模型甚至要求得到(美)军方提供相关的许可之后才可以使用。而NS2因自由的可扩展性所以很受科研人员的喜爱，同时目前国外较大部分的研究机构现在都采用NS2进行无线传感器的网络路由协议来进行仿真。所以本文的仿真工具采用NS2。
NS2采用分裂对象模型。NS构件库是用两种面向对象的编程语言编写的：C++和Otcl。Otcl是MIT开发的ObjectTcl，即Tcl的扩展是面向对象的，Tcl(Toolkit command language)是一种交互式的、灵活的脚本语言，而Otcl则在Tcl之中增加了面向对象的一些概念。NS2中的构件一般都作为一个C++类来实现，同一时间会有一个Otcl类与它对应，Otcl类中主要提供C++类中对象面向用户的接口，这种方式称为分裂的对象模型。这种模型兼顾了灵活性和仿真性能两个方面。在一方面，C++是一种高效编译执行的语言，它可以使仿真过程执行时获得较好性能。在另一方面上，Otcl它是解释
执行的。在用Otcl进行仿真的配置，可以在不用重新编译的情况时修改仿真过程和仿真参数，从而提高仿真的效率。
3.2 网络仿真的方法和一般过程
针对NS2 的主要运行步骤，可知进行一次仿真的大致流程如下：
（1）编写 OTCL脚本语言，配置网络的拓扑结构，了解链路基本的特性。
（2）建立协议代理服务，主要包括建立终端设备的协议绑定目的及建立网络通信业务量模型。
（3）配置业务量模型参数，以了解网络中业务量的分布。
（4）设置 Trace 对象，分析保存在 Trace 中模拟过程的数据。
（5）编写 OTCL脚本。
（6）借助 NS2 解释执行 OTCL 脚本。
（7）整个过程结束后，分析 Trace 文件，得到需要的数据。
（8）重新调整网络拓扑结构和业务量模型，重复以上的 7 个步骤。
3.3 NS2的节点模型
NS2节点的模型是由一系列网络组件所构成的，这些构件包括链路层（Link Layer，LL）、连接到LL上的ARP模块、接口队列（Interface Queue，Ifq）、MAC层、网络接口（Network Interface)。节点的模型对于分析数据包很重要。节点的模型如图3-1所示。
图3-1 NS2下的节点模型
(1)Link Layer。对于所发出的分组，路由agent会把分组传递给LL。然后LL把分组传递给下面的接口队列。
(2)ARP。地址解析模块从LL接收到请求。这时如果ARP此时已知道了目标节点物理地址（MAC）地址，它就把该地址分别写入分组的MAC头中。不然，它就广播出一个ARP的请求并且暂时缓存当前的分组。面对每个未知目的标物理地址来讲，都有一个可存放的分组的缓冲区。当传送给更多的相同目标节点分组传递到ARP的模块时，前面被缓存的分组就会丢失掉。一旦ARP知道了分组的下一跳节点的物理地址，此分组被放入接口队列中。在本论文中，为了提高吞吐量，减少丢失的数据包，对原来的ARP 功能进行了扩展。当有更多的传送到同一个目标节点的分组时传递到ARP模块时，形成的是一个队列；当收到ARP应答时，让缓存的数据包离开队列。
(3)Interface Queue。接口队列它是由PriQueue的优先队列实现的，PriQueue 的优先队列类是一种优先级的队列，会优先处理路由的协议分组。
(4)MAC层。MAC层实现了在IEEE802_11的一种MAC协议。在本论文中使用的MAC 的协议也为802_11。
(5)Network Interface。网络的接口是移动节点的访问信道的接口。
(6)Antenna。移动节点它使用单一增益全向天线。
(7)Radio Propagation Model （无线信号的传输模型）。靠这个模型来计算每个分组在达到节点时信号强度(功率)。在移动节点网络接口层有一种接收功率阀值，在接收分组的信号强度(功率)假如小于此设定的阀值时，这个分组会被标记为error而且被MAC层丢掉。
(8)Channel。在无线信道的功能是在将分组复制到所有连接到此信道上的移动节点时（除了分组的源节点）。所有收到分组的节点是根据自己需要的根据无线信号传输的模型来判断是否正确的接收到分组。
3.4 NS2移动节点的创建
（1）移动节点的配置：
在NS2中，要创建一个移动节点，就必须在创建节点之前对节点进行配置。所谓点的配置就是在节点创建之前设定节点的各项属性，可以使用模拟器对ns的内部过程node-config{}来配置节点的属性。
移动结点基本配置参数如下：
$ns node-config –adhocRouting #配置adhoc网络的路由类型
-llType #数据链路层类型
无线自组织网络路由协议概述 作者：唐敏赵贵 摘要：移动自组网由一组带有无线收发装置的移动节点组成，用来为远程操作、战场和地震或者洪水救援等紧急通信和易变的移动通信提供服务。由于移动自组网与有线网的区别，使得为移动自组网设计一个合适的分布式路由协议具有一定程度上的难度。本文主要是介绍了DSR和ADOV协议以及与有线网络中DV路由协议的区别。 关键词：无线自组网、DSR、ADOV 无线自组织网络即MANET(Mobile Ad Hoc Network)，是一种不同于传统无线通信网络的技术。传统的无线蜂窝通信网络，需要固定的网络设备如基地站的支持，进行数据的转发和用户服务控制。而无线自组织网络不需要固定设备支持，各节点即用户终端自行组网，通信时，由其他用户节点进行数据的转发。这种网络形式突破了传统无线蜂窝网络的地理局限性，能够更加快速、便捷、高效地部署，适合于一些紧急场合的通信需要，如战场的单兵通信系统。但无线自组织网络也存在网络带宽受限、对实时性业务支持较差、安全性不高的弊端。目前，国内外有大量研究人员进行此项目研究。 无线自组织网络(mobile ad-hoc network)是一个由几十到上百个节点组成的、采用无线通信方式的、动态组网的多跳的移动性对等网络。其目的是通过动态路由和移动管理技术传输具有服务质量要求的多媒体信息流。通常节点具有持续的能量供给。 由于Adhoc网络具有节点节电、减少带宽消耗、拓扑快速变化、适应单向信道环境等多方面的要求，使得现有的IP路由协议，如RIP（选路信息协议）和OSPF（开放最短路径优先协议）等不能满足要求，Adhoc网络路由协议的设计具有很大难度。IETF的MANET工作组重点研究无线Adhoc中的路由协议。主要有如下几种草案： 1.AODV（AdhoconDemandDistmceVectorRouting）Adhoc网络的距离矢量路由算法。 2.TORA（TemporallyOrderedRoutingAlgorithm）临时顺序路由算法。 3.DSR（DynamicSourceRouting）动态源路由协议。 4.OLSR（OptimizedLinkStateRoutingProtocol）优化的链路状态路由协议。 5.TBRPF（TopologyBroadcastBasedonReversePathForwarding）基于拓扑广播的反向路径转发。 6.FSR（FisheyeStateRoutingProtocol）鱼眼状态路由协议。 7.IERP（theInterzoneRoutingProtocol）区域间路由协议。 8.IARP（theIntrazoneRoutingProtocol）区域内路由协议。 9.DSDV（DestinationSequencedDistanceVector）目标序列距离路由矢量算法。 下面我将重点就DSR和AODV两种协议进行介绍。 (一)．DSR（DynamicSourceRouting）动态源路由协议。
无线传感器网络路由协议的研究 摘 要：对无线传感器网络及其特点进行了学习归纳，指出了无线传感网络 相遇信息估算概率的机会网络路由协议 引言 机会网络是一种不需要在源节点和目标节点之间存在完整路径,利用节点移动带来的相遇机会实现通信的，具有时延和分裂可容忍的自组织网络。它是移动自组织网络的一种演化，其概念源于早期的延迟容忍网络(delay tolerant net?work，简称 DTN)，是延迟容忍网络的一个分支。机会网络中，节点之间不存在完整的路径，节点的通信机会是间断的，网络中通过存储-携带-转发模式传输信息实现节点间的通信，因此机会网络能在网络链路断开和分裂的情况下完成通信任务。这些特性，使得机会网络能满足恶劣条件下的通信需要，能应用于缺乏通信基础设施、网络环境恶劣的场景。比如，野生动物监控，偏远地区网络连接等。 1 相关研究 在机会网络中，由于节点移动不可预测、能量和存储受限等因素导致网络拓扑出现割裂，使源和目标节点位于不同的连通域，导致传统网路由协议无法有效运行，因此设计高效的路由转发协议成为机会网络中关键和研究的热点之一。近几年来，国内外研究人员提出了较多的路由协议，其中较经典的如传染转发(epidemic forward?ing)、Spray and wait、PROPHET。文献[6]根据转发策略的不同将目前的机会网络路由协议主要分为 4 类:基于冗余机制、基于效用机制、冗余效用混合机制和基于主动运动机制。 1.1 Epidemic Forwarding 传染转发通过洪泛的方式将消息转发给所有相遇的节点，以期望能有更多的节点参与消息的转发，最终以较高的成功传达率到达目的节点。其主要思想是2个相遇的节点交换对方没有的信息,节点将消息副本传递给它所遇到的节点。该协议中由于洪泛而使网络中存在大量的消息副本数，会大量消耗网络的资源，且扩展性差。 1.2 Spray and wait Spray and wait 协议(以下简称SW)是一种基于受限洪泛的路由协议。该协议分为喷射(Spray)阶段和等待(Wait)阶段。在Spray阶段，源节点使用交换机制将部分报文扩散到邻居节点;Wait 阶段，若Spray 阶段没有发现目的节点，那么包含报文的节点通过直接传输(direct deliv?ery)方式把报文传送到目的节点。该协议提供了 2 种转发策略，Binary 模式和非 Binary 模式。在Binary模式下k=L/2(L 为消息的副本数)，即将一半的副本数交由中继节点转发。当携带数据包的节点中的转发副本数降为 1 时，节点转到Wait阶段，在此阶段下，节点采用和直接传输协议相同的策略等待与目标节点的相遇机会。 2 相遇信息估算概率的路由协议 在PROPHET和SW协议的基础上，本文提出一种基于相遇信息的路由协议 BPAS(based onprophet and spray and wait)，以节点间的相遇频率、网络连接时间和断连时间作为依据，计算节点的转发概率，将消息由概率值低的节点向概率值高的节点转发，并采用类似于SW 基于位置的Ad hoc网络路由协议研究 【摘要】基于位置的ad hoc网络路由协议利用节点地理位置信息指导数据包的转发，具有可扩展性强，路由效率高等优点。分析了ad hoc网络中基于位置的路由协议以及位置信息服务，对几种协议进行了分析比较，并指出了基于位置的路由协议的研究重点。 【关键词】ad hoc网络；路由；协议；位置 【abstract 】ilocation-based unicast routing protocol uses geographical location information of nodes to direct the forward of data package, superior to scalability and high efficiency in routing. in this paper, we introduced location-based unicast routing protocols and location information services for ad hoc network. analysed and pared several protocols, we pointed at the research emphasis on location-based unicast routing protocol. 【keywords 】ad hoc network;routing;protocol;location 1 引言 ad hoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的多跳临时自治系统。路由协议一直是ad hoc网络研究的重点。根据不同的路由策略，ad hoc网络的路由协议可以分为基于拓扑的路由协议和基于位置的路由协议。与传统的基于拓扑的路由协议相比，基于位置的路由协议利用节点的位置信息来指导包的转发，其基本思想是利用节点的位置信息来选择下一跳，将包向目的节点的方向上进行 自组织基本路由协议及混合型路由协议技术 自组织基本路由协议及混合型路由协议技术 自组网的路由技术主要是设计能自适应网络拓扑动态变化的分布式路由协议路由协议，并避免产生路由环路，尽可能减小路由开销，具有一定的可扩展性，使网络节点能根据网络情况的变化，具各分布式管理的路由功能。自组织网络自组织网络是一个多跳的临时性的自治系统，在这种环境中，由于结点的无线通信覆盖范围的有限性，两个无法直接通信的移动结点可以借助其他结点进行分组转发来进行数据通信。自组网结点之间是通过多跳数据转发机制进行数据交换，需要按路由协议进行分组转发决策。 IETF于1996年成立了自组网工作小组（MANETWG），其核心任务就是研究自组网环境下基于IP协议的路由协议规范和接口设计。 目前MANETWG已经提出了许多协议草案，比如DSR、AODV、TORA、ZRP等。这些自组网路由协议根据不同的角度可以进行不同的分类。按路由发现的策略划分，可以分为主动式主动式路由协议、被动式路由协议和混合型路由协议。自组织网络主要有以下路由协议。 研究基于分布式算法，具有网络自组织和自设置功能的自组织基本路由协议，主要有两类：表驱动路由协议（主动式路由协议）和按需路由协议（反应式路由协议），。主动式路由协议尽力维护网络中每个节点至所有其他节点的一致的最新路由信息，并要求网络中的每个节点都建立和维护一个或多个存储路由信息的表格。在网络拓扑变化时周期性地广播路由更新信息。这样减少了获得路由的时延，但是需 要花费较大的开销保持路由更新。按需路由协议只有在源节点需要时才建立路由，节点不需要花费代价来维护无用的路由信息，节省了一定的网络资源，但是路由发现过程时延比较大。 自组织网络路由协议按驱动模式的分类 迄今为止，已提出的主动式协议主要有WRP、DSDV等。下面简单介绍这两种协议。 （1）WRP协议 无线路由协议（wirelessroutmgprotocol，WRP）是一个基于距离矢量的协议，其路由算法是对路径发现算法PFA的改进。它利用去往目标结点的路径长度和相应路径到倒数第二跳结点信息加速路由协议收敛速度，改善路由环路问题。WRP对PFAD的改进之处在于当结点i监测到与邻居结点j的链路链路发生变化时，i会检查所有邻居结点关于倒数第二跳信息的一致性，而PFA只会检查结点j 关于倒数第二跳结点信息的一致性。这种改进可以进一步地减少出现路由环路的次数，加快算法的收敛速度。WRP协议的主要思想如下：每个结点维护四张表，即距离表、路由表路由表、链路费用表和消息重发表，并通过UPDATE消息通告给邻居结点。 设结点为i，信宿结点为j，结点i的邻居结点为k。 ①距离表。距离表包括k的通告的相关内容有经过k到j的路由的距离Dijk的前趋结点Piik。 ②路由表。每个表项包括信宿结点地址、到信宿的距离Dij、到j的最短路由j的前趋结点Pij、i的下一跳（后继）Sij等。 无线传感器网络路由协议研究毕业论文 目录 前言................................................................... I 第1章无线局域网技术. (2) 1.1 引言 (2) 1.2 无线局域网的组成及工作原理 (2) 1.2.1 无线网卡 (2) 1.2.2 无线接入点 (2) 1.3 无线局域网的主要特征 (2) 1.3.1 网络拓扑结构 (2) 1.3.2 传输媒质及传输方式 (2) 第2章无线局域网的分析与发展 (3) 2.1 引言 (3) 2.2 无线局域网的现状 (3) 2.4 无线局域网的发展前景 (4) 第3章无线传感器网络路由协议分析 (5) 3.1 引言 (6) 3.2 无线传感器网络简介 (7) 3.3 无线传感器路由协议的特点 (10) 3.3 无线传感器网络路由协议分类 (17) 3.3.1 基于梯度的路由协议 (12) 3.3.2 基于等级的路由协议 (14) 3.3.3 基于平面的路由协议 (2) 3.3.4基于位置的路由协议 (2) 第4章无线传感器路由协议比较研究与趋势 (15) 4.1 引言 (16) 4.2 路由协议的比较研究 (17) 4.2.1 泛洪方式【Flooding】 (12) 4.2.2 集群方式(Clustering) (14) 4.2.3 地理信息方式(Geographic) (2) 4.3.1 基于服务质量方式 (12) 4.3 无线传感器路由协议的发展方向 (17) 注释 (26) 致谢 (27) 参考文献 (28) 附录一 (30) 附录二 (31) 第33卷第4期湖南科技学院学报V ol.33 No.4 2012年4月 Journal of Hunan University of Science and Engineering Apr.2012 无线传感网络路由协议研究新动向 梁小芝李玲香 (湖南科技学院 计算机与通信工程系，湖南 永州 425100) 摘 要：无线传感器网络因其明显的性能优势和巨大的应用前景而受到学术界和工业界越来越广泛的重视。在无线传感器体系结构中，网络层路由协议是无线传感网络的核心问题。文章阐述了无线传感器网络的特点，路由协议的要求，并对重要的路由协议工作原理进行了技术分析，从协议性能的角度比较了各个路由协议的特点，最后在文中对WSN路由协议的研究仍存在的问题和挑战进行了论述，指出了未来无线传感器网络路由协议的研究方向。 关键词：无线传感器网络；路由协议；数据融合；QoS；安全机制 中图分类号：TP79文献标识码：A 文章编号：1673-2219（2012）04-0073-05 0 引 言 无线通信技术、数字信号处理以及传感器技术的高速发展和日益成熟，为以信息获取、信息处理和传输为基础的无线传感器网络[1]（Wireless Sensor Networks，WSNs）提供了有力的支持。无线传感器网络在军事国防、环境监测、生物医疗、抢险救灾以及商业应用等领域具有广阔的应用前景。 与无线传感器网络最为相似的移动自组织网络（mobile Ad Hoc networks，MANET），尽管两者都是无线自组织多条网络，但差异很大：节点数量极大，节点不一定具有全球唯一的标识；分布密度远远超过以往ad hoc网络中的节点数；大部分节点不像MANET节点一样快速移动；节点出现故障的可能性明显大于MANE网络；节点的存储能力、计算能力和电能极其有限；节点主要采用广播方式通信，而MANET网络大都采用点对点方式通信； 这些差异使得MANETs 路由协议不适合直接运用到WSNs中，需要结合WSNs的特点对其进行改进，或提出新的路由协议。 1 无线传感网络路由协议特点和设计要求 1.1 无线传感网络路由协议的特点 和传统的路由协议相比，无线传感器的路由协议有以下 收稿日期：2012－03－30 基金项目：湖南省科技计划项目（项目编号2010FJ30 42）。 作者简介：梁小芝 (1963－)，女，湖南湘潭人，副教授, 高级实验师，研究方向为计算机应用技术，智能信息处理与物联网技术。特点： (1) 能量有限。由于传感器节点能量的限制，无线传感器网络的路由协议设计要以节能作为首要考虑因素，减少节点能耗和延长网络的生存时间是协议设计要考虑的首要问题。 (2) 基于局部拓扑信息。无线传感器网络为了节省通信能量，通常采用多跳的通信模式，而节点有限的存储资源和计算资源，使得节点不能存储大量的路由信息，不能进行太复杂的路由计算。在节点只能获取局部拓扑信息和资源有限的情况下，如何实现简单高效的路由机制是无线传感器网络的一个基本问题。 (3) 无线传感器网络路由协议是以数据为中心进行路由的，它只提取某个区域的某个指标的值，而不会去关注某个具体节点的感知数据。 (4) 应用相关。无线传感器网络的应用环境千差万别，不同的应用需要设计不同的路由协议与之相适应。 1.2 无线传感器网络协议的设计要求 针对无线传感器网络路由协议的上述特点，在设计路由协议时需要满足下列要求： (1) 能量高效。由于无线传感器网络节点能量有限，所以路由设计将能量高效放在首位，即要求路由算法尽可能简单，信息传输尽可能高效节能。 (2) 容错性。传感器节点容易因为能量或环境影响而失效，这要求路由协议具有移动的容错能力。 (3) 鲁棒性。路由算法应具备一定的自适应能力和容错能力，不能因为由于部分节点的失效而影响整个网络的工作，而且无需人为的干预就可自行适应各种不同的应用环 73 路由器原理及路由协议 本文通过阐述TCP／IP网络中路由器的基本工作原理，介绍了IP路由器的几大功能，给出了静态路由协议和动态路由协议，以及内部网关协议和外部网关协议的概念，同时简要介绍了目前最常见的RIP、OSPF、BGP和BGP-4这几种路由协议，然后描述了路由算法的设计目标和种类，着重介绍了链路状态法和距离向量法。在文章的最后，扼要讲述了新一代路由器的特征。 ——近十年来，随着计算机网络规模的不断扩大，大型互联网络（如Internet）的迅猛发展，路由技术在网络技术中已逐渐成为关键部分，路由器也随之成为最重要的网络设备。用户的需求推动着路由技术的发展和路由器的普及，人们已经不满足于仅在本地网络上共享信息，而希望最大限度地利用全球各个地区、各种类型的网络资源。而在目前的情况下，任何一个有一定规模的计算机网络（如企业网、校园网、智能大厦等），无论采用的是快速以大网技术、FDDI技术，还是ATM技术，都离不开路由器，否则就无法正常运作和管理。 1 网络互连 ——把自己的网络同其它的网络互连起来，从网络中获取更多的信息和向网络发布自己的消息，是网络互连的最主要的动力。网络的互连有多种方式，其中使用最多的是网桥互连和路由器互连。 1.1 网桥互连的网络 ——网桥工作在OSI模型中的第二层，即链路层。完成数据帧（frame）的转发，主要目的是在连接的网络间提供透明的通信。网桥的转发是依据数据帧中的源地址和目的地址来判断一个帧是否应转发和转发到哪个端口。帧中的地址称为“MAC”地址或“硬件”地址，一般就是网卡所带的地址。 ——网桥的作用是把两个或多个网络互连起来，提供透明的通信。网络上的设备看不到网桥的存在，设备之间的通信就如同在一个网上一样方便。由于网桥是在数据帧上进行转发 路由基本原理及路由协议 一．OSI/RM参考模型中分组交换网络的（网络层）路由选择1．路由选择 路由选择也较路径选择。 路由选择是指选择和建立一条合适的物理或逻辑的通路，以供进网数据从网络的源节点到达宿节点的控制过程。 2．路由问题概述 分组交换网结构可以抽象成以下网络拓扑图 数据分组从源节点A到达宿节点D的路径（通路）有： l1,l3（A-B-D） l2,l6（A-C-D） l2,l4,l7（A-C-E-D） 问题： 哪条通路是最佳的？ 最佳－即最短路径问题。 假如上图中每条边都有权值，A到D的最短路径应该是所有路径中，构成路径的边的权值之和最小的哪条路径。 权值：在网络中主要是数据传输时延和距离。 3．对路由选择算法的要求 a.能正确、迅速、合理地传输数据分组 b.能适应由于节点或链路故障引起的拓扑变化 c.能适应网络通信量的变化，使网络内的通信负载达到均衡 d.算法应尽量简单 4．路由选择算法的两大策略 a．静态路由选择算法——基于网络拓扑（距离）和时延的要求，以固定的准则来选择路由。因此这类算法也叫做确定型（非自适应）路由算法。这类算法简单，速度快，但不能适应因种种原因而引起的网络拓扑变化和网络内部通信量的变化。这类算法使用于那些网络拓扑结构不经常变化的小型网络。 b.动态路由选择算法——基于网络状态参数的变化，来选择某段时间内有效的路由。这类算法能够适应网络拓扑状态和其它状态参数的变化而调整路由。因此这类算法也叫做自适应路由算法 5．实现路由选择算法的一般方法 a.标头指示法 b.路由表法 在每个交换节点（路由器）中建立路由表。 二、互联网中的路由算法——IP路由技术 路由器原理及常用的路由协议、路由算法 [点击数：148 更新时间：2006年05月18日] 近十年来，随着计算机网络规模的不断扩大，大型互联网络（如Internet）的迅猛发展，路由技术在网络技术中已逐渐成为关键部分，路由器也随之成为最重要的网络设备。用户的需求推动着路由技术的发展和路由器的普及，人们已经不满足于仅在本地网络上共享信息，而希望最大限度地利用全球各个地区、各种类型的网络资源。而在目前的情况下，任何一个有一定规模的计算机网络（如企业网、校园网、智能大厦等），无论采用的是快速以大网技术、FDDI技术，还是ATM技术，都离不开路由器，否则就无法正常运作和管理。 1 网络互连 把自己的网络同其它的网络互连起来，从网络中获取更多的信息和向网络发布自己的消息，是网络互连的最主要的动力。网络的互连有多种方式，其中使用最多的是网桥互连和路由器互连。 1.1 网桥互连的网络 网桥工作在OSI模型中的第二层，即链路层。完成数据帧（fra me）的转发，主要目的是在连接的网络间提供透明的通信。网桥的转发是依据数据帧中的源地址和目的地址来判断一个帧是否应转发和转发到哪个端口。帧中的地址称为“MAC”地址或“硬件”地址，一般就是网卡所带的地址。 网桥的作用是把两个或多个网络互连起来，提供透明的通信。网络上的设备看不到网桥的存在，设备之间的通信就如同在一个网上一样方便。由于网桥是在数据帧上进行转发的，因此只能连接相同或相似的网络（相同或相似结构的数据帧），如以太网之间、以太网与令牌环（token ring）之间的互连，对于不同类型的网络（数据帧结构不同），如以太网与X.25之间，网桥就无能为力了。 网桥扩大了网络的规模，提高了网络的性能，给网络应用带来了方便，在以前的网络中，网桥的应用较为广泛。但网桥互连也带来了不少问题：一个是广播风暴，网桥不阻挡网络中广播消息，当网络的规模较大时（几个网桥，多个以太网段），有可能引起广播风暴（broadcasting storm），导致整个网络全被广播信息充满，直至完全瘫痪。第二个问题是，当与外部网络互连时，网桥会把内部和外部网络合二为一，成为一个网，双方都自动向对方完全开放自己的网络资源。这种互连方式在与 实用标准文案 路由基本原理及路由协议 一．OSI/RM参考模型中分组交换网络的（网络层）路由选择 1．路由选择 路由选择也较路径选择。 路由选择是指选择和建立一条合适的物理或逻辑的通路，以供进网数据从网络的源节点到达宿节点的控制过程。 2．路由问题概述 分组交换网结构可以抽象成以下网络拓扑图 的路径（通路）有：A到达宿节点D数据分组从源节点）（A-B-Dl,l31）（A-C-Dl,l62 A-C-E-D）l,l,l（724问题：哪条通路是最佳的？最佳－即最短路径问题。假如上图中每条边都有权值，A 到D的最短路径应该是所有路径中，构成路径的边的权值之和最小的哪条路径。 权值：在网络中主要是数据传输时延和距离。 3．对路由选择算法的要求 a.能正确、迅速、合理地传输数据分组 b.能适应由于节点或链路故障引起的拓扑变化 c.能适应网络通信量的变化，使网络内的通信负载达到均衡 d.算法应尽量简单 4．路由选择算法的两大策略 a．静态路由选择算法——基于网络拓扑（距离）和时延的要求，以固定的准则来选择路由。因此这类算法也叫做确定型（非自适应）路由算法。这类算法简单，速度快，但不能适应因种种原因而引起的网络拓扑变化和网络内部通信量的变化。这类算法使用于那些网络拓扑结构不经常变化的小型网络。 b.动态路由选择算法——基于网络状态参数的变化，来选择某段时间内有效的路由。这类算法能够适应网络拓扑状态和其它状态参数的变化而调整路由。因此这类算法也叫做自适精彩文档．实用标准文案 应路由算法 5．实现路由选择算法的一般方法 a.标头指示法 b.路由表法在每个交换节点（路由器）中建立路由表。IP路由技术二、互联网中的路由算法——IP路由1．互联网中的路由主要有路由器的路由功能完成。2．路由器中的路由功能 a.实现网间中继IP数据包的功能，包括：数据帧的封装和拆封、IP地址到MAC地址的映射等 b.对IP数据包的控制，例如ttl=0时丢弃数据包 c.依据路由表选择最佳路由。 d.支持有关的路由算法和路由协议 3．路由表 互联网路由器中的路由表只保存部分路由信息。即每个表项只给出目的网络号，和下一（个路由器）站的地址。 第6章因特网互连协议 本章重点 ●因特网与TCP/IP ——因特网的协议 z DNS z TCP、UDP z IP、ICMP z ARP与IP的交互 简介 TCP/IP是Internet上最广泛的网络协议 TCP/IP是一个协议簇 包括： 应用层：FTP, HTTP, DNS等 传输层：TCP, UDP 网络层：IP, ARP, ICMP, RARP, 各种路由协议 因特网的协议栈 Application Transport Internet Network Interface Physical 应用层 ftp, smtp, http （数据包、流） 传输层 tcp, udp （消息分组） 网络层 ip, 路由协议（ip 数据包） 网络链路/网络接口层 ppp, 以太网协议（数据帧） 物理层 6.1 因特网编址机制 z 因特网目前主要有三种不同形式但可以互相映射的地址管理机制： z 域名地址：https://www.doczj.com/doc/2c12032069.html,(帮助记忆) z IP v4地址：202.204.192.222(32位逻辑编码，用来在因特网中定位主机和路由器的接口) z 介质访问控制（MAC ）地址：12-FA-9B-23-DB-11(48位物理编码，用来在局域网中定位主机和路由器的接口) 三者之间怎样进行相互影射？ 6.1 因特网编址机制 z TCP/IP协议中各类地址的映射 z在广域网中主要使用逻辑编址。按IP地址来确定网络、 网段和主机。 z依靠域名服务系统（DNS）来实现域名地址到IP地址 的映射和转换 z在局域网中，需要使用网卡的MAC地址来通信，MAC 地址是在网卡出厂时就固化在芯片中。 z在局域网中，由各主机上的地址解析协议(ARP)模块负 责完成IP地址到MAC地址间的转换。 6.1 因特网编址机制 z IP协议采用固定的地址方案来传送数据。 无论在哪种链路上传送IP数据包中的IP地址都是不变的。 z在局域网网段上使用ARP协议，将信宿的IP地址转换为该信宿主机使用的MAC地址，以便将IP数据包再封装在链路帧送到信 宿站点。 z IP和ARP互相配合，完成将数据包传送到目的地。 随着计算机网络规模的不断扩大，像(Internet)这样的大型互联网络迅猛发展，互联网的影响已经深入人们的日常工作与生活，认识和理解网络对很多人来说已是必然性的了。要理解网络领域的知识，就必须从理解网络的要诀问题开始，网络发展至今，路由技术已然成为网络技术中的关键部分，而理解好路由协议的概念和工作原理，是学习网络知识最基本的先决条件，这对以后的学习也会有很大的帮助。 本文旨在对路由协议基础知识的概述，在了解路由协议之前，我们先来简单了解一下路由的原理。在互联网中，当IP子网中的一台主机发送IP分组给同一IP子网的另一台主机时，直接把IP分组送到网络上，对方就能收到。而要送给不同IP于网上的主机时，它要选择一个能到达目的子网上的路由器，把IP分组送给该路由器，由路由器负责把IP分组送到目的地。如果没有找到这样的路由器，主机就把IP分组送给一个称为“缺省网关(defaultgateway)”的路由器上。“缺省网关”是每台主机上的一个配置参数，它是接在同一个网络上的某个路由器端口的IP地址。 目前的TCP/IP网络，全部是通过路由器互连起来的，Internet就是成千上万个IP子网通过路由器互连起来的国际性网络。在这种以路由为基础的网络中，路由器不仅负责对IP分组的转发，还要负责与别的路由器进行联络，共同确定网络中的路由选择和维护路由表。这就涉及路由动作的两个基本动作:路径选择和数据转发。路径选择即判定到达目的地的最佳路线，由路由选择算法来实现。数据转发即沿行径好的最佳路径传送信息分组。他们分别有各自的协议——路由选择协议(routingprotocol)和路由转发协议(ruotedprotocol)。 路由选择协议:路由选择算法通过将收集到的不同信息填入路由表中，让路由器根据路由表了解到目的网络与下一站(nexthop)的关系。路由表通过互通信息机进行更新维护来正相遇信息估算概率的机会网络路由协议
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