无线手持设备自组织网络中的路由研究与实现

论文摘要

本论文主要研究移动自组织网络中的路由协议,并选定以动态源路由协议（DSR）为基础,研究其在基于Linux操作系统核心的手持多媒体终端设备上的实现以及针对某些多媒体实时应用的改进。本文工作重点在于针对诺基亚N770/800系列多媒体终端设备应用中的主要业务类型,为基于DSR的ADHOC路由协议实现提出一种改进和扩展模式:利用原有协议引入Flow State补充方案的附带作用,同时对Linux操作系统核心代码进行扩展,除降低路由信息开销和提高处理性能之外还实现了通过上层应用指定的方式进行业务区分,从而有针对性地采取不同的路由维护与重传方式。在快速区分内核协议栈IP层中每个数据分组业务类型的基础上,对实时业务采用新的分组确认机制,以有效减少实时媒体流传输中的路由控制开销;同时对传输可靠性要求较高的业务,仍然可以保留原有协议标准的确认重传处理。两种路由维护与重传方式在业务区分的基础上有机结合共同工作。最终在IP层基础上形成可插入Linux核心的改进协议栈模块AIKON-DSR,并进行基本的业务和性能数据验证。本文第一章主要回顾ADHOC网络的发展及其关键技术的特点,介绍了课题来源与论文结构安排。第二章在广泛归纳主要研究文献的基础上,对当前接近工程应用的几种典型ADHOC路由协议进行特性概述和比较,并根据设备特点选取了以DSR作为基准实现针对N800设备的AIKON-DSR路由协议栈。第三章重点阐述了协议栈在目标设备上的内核模块设计与路由发现、维护功能的实现。第四章针对该系列设备典型应用场景分析了原有协议本身存在的不足,为实时业务提出一种新的路由维护与重传机制。第五章引入并研究了Flow State扩展后的业务区分实现,在业务可区分的基础上实现不同业务的路由维护机制统一和有机结合。在第六章中给出了一定的室内和户外测试数据并通过分析比较,证明针对该协议栈的改进实现在实际应用中取得了性能和功能上的提升。全文总结于第七章,反思了研究与实现中尚存在的问题并提出了关于进一步应用的改进及展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 无线Ad Hoc 网络及其发展
• 1.1.2 Ad Hoc 网络特点
• 1.1.3 Ad Hoc 网络中的关键技术
• 1.2 选题动机及研究内容
• 1.3 论文结构
• 第二章 AdHoc 路由协议分析及选取
• 2.1 路由协议概述
• 2.2 移动 AdHoc 网络路由协议分类
• 2.3 当前 AdHoc 路由协议研究主要问题
• 2.4 典型 AdHoc 路由协议概述
• 2.4.1 目的序列距离矢量协议DSDV
• 2.4.2 动态源路由协议DSR
• 2.4.3 临时按序路由算法TORA
• 2.4.4 AdHoc 按需距离矢量路有协议AODV
• 2.5 目标设备特性及开发环境
• 2.5.1 诺基亚 N800 系列硬件规格
• 2.5.2 设备软件及开发环境
• 2.6 需实现路由协议的选取
• 2.7 已有相关实现概述
• 2.8 小结
• 第三章 AIKON-DSR 路由协议的内核实现
• 3.1 路由协议栈的定位
• 3.2 Linux 内核的 NetFilter 架构
• 3.3 数据分组结构的设计
• 3.4 路由发现的设计与实现
• 3.5 路由转发的设计与实现
• 3.6 路由维护与重传的设计与实现
• 3.7 小结
• 第四章 AIKON-DSR 路由维护的实时业务优化
• 4.1 DSR 路由维护的主要缺陷
• 4.1.1 路由维护开销
• 4.1.2 链路失效判断正确性
• 4.1.3 实时业务的改进需求
• 4.2 针对实时业务优化的路由维护
• 4.2.1 分组重传机制的改进
• 4.2.2 改进后的链路失效估计算法
• 4.3 小结
• 第五章 基于 Flow State扩展的优化及服务区分
• 5.1 Flow State 的引入
• 5.1.1 Flow State 扩展概述
• 5.1.2 建立请求分组的构造与发送
• 5.1.3 建立请求分组的接收与转发
• 5.1.4 基于流状态的数据转发
• 5.1.5 流状态引入的优化效果分析
• 5.1.6 实现流状态的内核数据结构
• 5.2 利用 Flow ID 的服务标识
• 5.2.1 服务区分的标识方法选择
• 5.2.2 用于服务标识的分组结构改进
• 5.3 基于服务区分的路由维护设计
• 5.3.1 改进Linux 内核的上层应用指示设计
• 5.3.2 区分服务的重传设计与实现
• 5.4 小结
• 第六章 改进协议栈的性能评估
• 6.1 试验环境综述
• 6.2 实时多媒体业务传输试验
• 6.2.1 UDP 业务负载下的ACK 间隔时间估计
• 6.2.2 路由失效判断次数
• 6.2.3 实时多媒体业务综合性能对比
• 6.3 小结
• 第七章 结论和展望
• 7.1 取得成果总结
• 7.2 存在的问题
• 7.3 研究展望
• 致谢
• 参考文献