基于PC104的Ad hoc平台搭建及其路由设计 （毕业设计52页、22324字+图+程序）
摘要：随着军事通信技术的发展，自组织网络技术应运而生。它克服了传统网络需要无线通信基础设施支持的缺点，体现了极大的灵活性和极强的抗毁能力。本文论述了基于PC104嵌入式设备如何构建一个无线自组织网络实验平台，并在此平台上实现AODV路由协议。同时，研究Ad hoc与接入网间的路由切换技术以实现一种改进AODV协议的路由策略。首先，本设计定制了Linux嵌入式操作系统，实现了实验平台和AODV路由协议。其次，通过检测无线链路的信号强度，采用Ad hoc与AP间的路由切换技术，实现了一种改进AODV协议的路由策略。最后，对路由切换算法进行了实验验证，实验结果表明，基于AODV路由协议组建的自组织实验网络的性能得到了一定程度的改善，在相同的网络环境下，连接性和通信质量都得到了提高。本设计在搭建自组织网络实验平台的基础上，实现了一种改进AODV协议的路由策略。

关键词：无线自组织网；实验平台；AODV；路由切换算法 

 
 Design of the Ad hoc Network Platform and Its Routing Based on PC104
Abstract: With the development of military communication, Ad hoc networks technology emerges as the times require. It overcomes the shortages of traditional networks which needs communication infrastructure. Ad hoc network has a great many flexibilities and the capabilities to resist destruction. This thesis discusses how to build an Ad hoc network platform using PC104-based embedded devices and how to implement the AODV route protocol on it. Meanwhile, in order to improve the AODV route protocol, the routing handoff technology is studied between Ad hoc and access network. Firstly, this design customizes the embed Linux operating system and realizes the platform and AODV protocol. Secondly, by detecting signal intensity of the wireless link and using the routing handoff technology, this work achieves a routing strategy which improves the AODV route protocol. Finally, the experimental results show that, in the same environment, the performance of the experimental Ad hoc network is improved to a certain degree, and that the connectivity and communication quality are also enhanced. This design has realized the goal of building an Ad hoc network platform and implementing a routing strategy which improves the AODV route protocol.

Keywords: Ad hoc network, experimental platform, AODV, routing handoff algorithm

 
目    录
第1章 绪  论 1
1.1  概述 1
1.2  课题目的及意义 1
1.3  课题解决的主要问题 2
1.4  目前研究现状 2
第2章 总体方案设计 3
2.1  总体方案 3
2.2  实验平台的软、硬件选择 3
2.2.1  实验平台的硬件选择 3
2.2.2  实验平台的软件选择 7
第3章 基于PC104的Ad hoc平台搭建 9
3.1  基于PC104的嵌入式Linux操作系统设计 9
3.1.1  PC104平台硬件分析 10
3.1.2  基于PC104的嵌入式系统内核设计 10
3.1.3  构建基于PC104的嵌入式Linux操作系统 12
3.2  Ad hoc平台的组网功能配置 12
3.3  实现AODV路由协议 14
3.4  无线自组织网络实验平台组网调试 16
第4章 基于AODV的路由切换技术 18
4.1  AODV协议分析及路由策略 18
4.2  路由切换实现 19
4.2.1  路由切换过程 19
4.2.2  路由切换存在的问题 20
4.2.3  链路层切换的技术方案 20
4.2.4  网络层切换的技术方案 21
4.2.5  触发路由切换的技术方案 21
4.2.6  路由切换程序结构框图 21
4.3  路由切换算法设计 22
4.3.1  无线信号强度获取算法设计 22
4.3.2  触发路由切换算法设计 23
4.3.3  网络通信模块实现 24
4.3.4  路由切换算法设计 26
第5章 路由切换程序实验研究 28
5.1  实验环境构建 28
5.2  调试路由切换程序 29
5.3  路由切换前后对比实验分析 30
5.3.1  路由切换前后实验网络的连接性 30
5.3.2  路由切换前后实验网络通信质量 30
5.4  实验小结 31
结  论 32
致  谢 34
参考文献 35
附  录1 36
附  录2 37
 
第1章 绪  论
1.1  概述
随着计算机与通信两个领域的逐步融合以及无线通信技术的发展，人们对网络通信的要求不断提高。同时，军事领域以及一些特殊环境下的通信，对无线网络提出了更加苛刻的要求，无线自组织网络技术随之应运而生。它克服了传统网络技术的不足，体现了极大的灵活性和极强的抗毁能力。同时，嵌入式软、硬件平台技术如PC104、ARM和Linux操作系统等，为无线自组织网络设备的小型化奠定了坚实的基础。
目前，应用较为广泛的自组织网络是Ad hoc Networks, 最初起源于20世纪70年代的美国军事领域，是美国国防部DAPRA资助研究的“在战场环境下采用分组无线网进行数据通信”项目中产生的一种新的网络技术。它是指有一组移动节点，不需要集中式的接入点或者现存的基础设施，就能聚集起来进行协力通信。自组织网络的连接是动态变化的，并且移动节点只能靠它的邻近节点转发分组进行数据通信[1]。
无线自组织网研究的一个重要方面就是无线自组织网的路由协议。由于无线自组织网的拓扑结构动态变化，如何在移动中保持通信成为一个重要的研究方向。现阶段已经提出许多路由算法，各个路由算法有各自的优缺点，适合于不同的场合。利用无线自组织网的路由技术，可以扩大无线局域网的使用范围。
本文介绍了基于PC104硬件和Linux操作系统搭建无线自组织网络实验平台的设计方法，并在此基础之上实现AODV路由协议。同时，研究路由切换技术实现一种改进AODV协议的路由策略。本毕业设计题目源于指导老师的科研项目，是该项目无线自组织网络通信的组成部分。
1.2  课题目的及意义
本课题基于PC104硬件和Linux操作系统搭建无线自组织网络实验平台，符合无线自组织网络的实验组网要求，能正常、稳定运行，并在此基础上调试AODV路由协议。通过本设计，一方面，可以深刻理解Linux作为嵌入式操作系统的裁减方法，体会其在开放源代码、稳定性、可移植性和可扩展性方面的优势。另一方面，可以利用无线自组织网络实验平台，验证无线自组织网AODV路由协议的特点。在验证过程中，以实验结果为基础，研究路由切换技术实现一种改进AODV协议的路由策略。
因此，本设计不仅可以学习Linux操作系统，验证AODV路由协议，研究路由切换技术改进AODV协议的路由策略。同时，还可以对Ad hoc网络及其部分路由协议的算法有较深刻的认识和实践性的把握。
1.3  课题解决的主要问题
总体上，根据课题要求设计了无线自组织网络的实验组网方案，基于该方案搭建一个基于特定硬件的无线自组织网络实验平台，并在此基础之上测试AODV路由协议，同时研究路由切换技术实现一种改进AODV协议的路由策略。因此，课题需要解决：构建基于PC104硬件平台的Linux嵌入式系统；组建基于Linux操作系统的无线自组织网络；在实验平台上测试AODV路由协议；分析实验数据，研究路由切换技术实现改进AODV协议的路由策略四个方面的问题。
1.4  目前研究现状
上世纪90年代以来，世界范围内对Ad hoc Networks无线自组织网络的研究从来没有停滞。并且已经从无线通信领域中的一个小分支逐渐扩大到相对较为独立的领域。目前，国内外的研究机构大多采用PC104、ARM等嵌入式硬件和Linux、Vxworks等嵌入式操作系统构建无线自组织网络的研究、实验平台和应用平台，提高了自组织网络实验平台的移动性和灵活性。
同时，提出新的路由协议也是自组织网络研究的一个重要方面。目前，获得国内外认可的代表性成果有DSDV、WRP、AODV、DSR、TORA和ZRP等。创新性的研究主要集中在2001年以前，后续的成果多为这些协议的改进。目前，路由协议的研究仍然是Ad hoc网络成果最集中的部分。国内外对Ad hoc路由协议研究较为活跃的几个研究机构有：加州大学洛杉矶分校Mario Gerla教授所领导的无线自适应移动性实验室(The WAM(Wireless Adaptive Mobility))、西安电子科技大学李建东教授所领导的信息研究所、康奈尔大学Zygmunt J.Hass教授所领导的无线网络实验室(Wireless Networks Laboratory)、伊利诺基大学Urbana-Champaign分校Nitin Vaidaya教授所领导的Ad hoc网络研究小组等[1]。目前，Ad hoc网络技术正成为全世界各大研究机构日益重视和关注的焦点。