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基于大延迟条件下的数据转发路由技术研究

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基于大延迟条件下的数据转发路由技术研究(毕业设计64页、23315字+图+程序)
摘要:延迟容忍网络是一种新的网络,该网络用于通过频繁间断连通的网络传送数据。在此网络中不能保证源端和目的端在任何时间都能建立起完整的连接路径,这使得传统路由协议不能在各主机间传送信息。为了解决在无法建立完整通信路径环境下的数据传输问题,本文分析了四种路由算法(Epidemic路由协议,PROPHET路由协议,Message Ferrying路由协议,AODV路由协议)的优缺点并针对相应的特点,提出和实现了间歇延迟路由算法。该路由算法基于AODV 和Epidemic路由技术寻找和建立大延迟通信路由,在通信链路中断时,各主机之间数据的大延迟间歇传输是通过等待中转节点穿梭移动来保证。通过多次试验验证了间歇路由算法能在延迟容忍网络中保证数据在各主机间的可靠传输。最后简述了大延迟条件下的数据转发路由技术的进一步研究方向。

关键词:延迟容忍网络;AODV;间歇容忍路由算法


Research on Data Transmission Route Technology based on Long Delay
Abstract: The disruption tolerant network is a new network which is used to transmit data through frequent intermittently-connected networks. In such networks there is no guarantee that a fully-connected path between source and destination exists at any time, which renders traditional routing protocols unable to deliver messages between hosts. To resolve data transmission problems in the environment that is unable to establish fully communication paths, this thesis analyzes four routing protocols’ advantage and disadvantage (Epidemic protocol, PROPHET protocol, Message protocol, and AODV protocol), proposes and implements the intermittent delay routing algorithm. This routing algorithm finds and establishes a delay communication route based on based on AODV and Epidemic routing technology to find and establish a delay communication route. When the communication link fails, the long-delayed intermittent data transmission among the hosts is guaranteed by waiting the movement of the forward nodes. Numerous experiments show that the intermittent delay routing algorithm can ensure that delivering data between hosts in disruption tolerant network is reliable. Finally the paper proposes some suggestions and further research direction.

Key words: Disruption Tolerant Networking, AODV, Intermittent delay routing algorithm


 
目    录
第1章  绪  论 1
1.1  课题的背景 1
1.2  课题的目的及意义 1
1.3  研究现状 2
第2章  大延迟下的路由算法与设计平台 3
2.1 大延迟下的路由算法 3
2.1.1  Epidemic 路由协议 3
2.1.2  PROPHET 路由协议 4
2.1.3  Message Ferrying 路由协议 5
2.2  AODV 路由协议 6
2.3  Linux 操作系统 8
2.3.1  Linux 操作系统的总体介绍 8
2.3.2  Linux 操作系统网络功能的实现 8
2.3.3  Linux 操作系统路由转发功能的实现 10
2.3.4  Linux中Netfilter框架实现 11
第3章  设计总体方案 13
3.1  大延迟下的路由模型 13
3.2  路由设计思想 15
3.2.1 路由查找过程 15
3.2.2 路由的建立 15
第4章  软件模块设计 18
4.1  Linux 网络编程 18
4.2  相应软件模块设计 18
4.2.1  目的节点的路由查找 18
4.2.2  邻居节点的查找 19
4.3  软件流程 20
4.3.1  数据的接收部分流程 20
4.3.2  数据发送部分流程 21
4.3.3  数据中转部分流程 23
第5章  大延迟下的路由的实验研究 25
5.1  实验相关软件 25
5.1.1  GNU C 编译器 25
5.1.2  Ethereal 25
5.1.3  AODV-uu 25
5.2  实验平台的搭建 26
5.2.1  Linux 内核的编译 26
5.2.2  Ethereal 的安装 27
5.2.3  AODV路由协议的安装 27
5.2.4  源程序的编译 27
5.3  实验过程与实验结果 28
5.3.1  源节点与目的节点能直接通信时的路由 28
5.3.2  中转节点不需保存数据时的路由 29
5.3.3  中转节点需要保存数据时的路由 31
5.4 实验小结 33
结  论 34
致  谢 36
参考文献 37
附  录 39
附录1 39
附录2 42

 
第1章  绪  论
1.1  课题的背景
自从电脑网络问世以来,就不断地对人类的生活产生巨大的影响。直到今日,凡任何现代的计算机,几乎都与网络有着联系。而且随着技术的进步与各式各样的服务出现,传统的有线网络已无法满足人们的需求,特别是着重于携带性的笔记本电脑,PDA的大量普及,无线网络应运而生。并且随着社会对计算机依赖性的迅速增加,用户要求互连的计算机数量更多,类型也更为复杂。无线网络以安装便捷,使用灵活,经济节约,易于扩展等优点已经成为通信的普遍手段。并在移动办公,展会布置,金融服务,旅游服务,医疗行业方面显现出强大了优势。
近年来,移动通信技术得到了飞速普及和发展,新技术不断涌现。蜂窝移动通信系统在短短十几年间就完成了从第一代到第二代和第二代半的跨越,并正在向第三代系统演进。此外,无线局域网(IEEE802.11 和 HiperLan),蓝牙(Bluetooth),家庭无线网(HomeRF)等移动通信新技术[1]也纷纷涌现。这些技术使得人与人之间的通信更加方便快捷,也使人们的生活变得更加丰富多彩。
但是尽管有很多的优势,无线网络也面临着许多新的问题。比如说:有限的无线电覆盖范围[2],无线信道的不可靠属性[2],以及网络节点的移动性都会导致通信链路的频繁中断,动态的网络拓扑结构[3],可变带宽的有效性[4],以及较高的信道错误率[4],为了使人们日程生活中更加方便的使用无线网络需要新的解决办法。
1.2  课题的目的及意义
目前无线网络的路由协议 (如Ad-Hoc网络的AODV路由协议[5])都是基于端到端有连接的情况下提出的[6]。而目前的Ad-Hoc网络为了保证端到端传输,采用的方法是在网络中增加许多网络节点[7]。但是当遇到一些极端情况,比如,战场上部队的快速部署和推进,地震或水灾等大型灾害后的营救,野外科考作业,以及临时性组织的大型会议或者在太空探测,偏远村庄以及深海考察等不存在通信网络基础设施的环境[8]。消息发送端和目的端的传输路径很少或者不存在时,传统的无线网络的路由协议就无效。而“基于大延迟条件下的数据转发路由技术” [8]正是基于以上情况提出的。该技术能保证通信网络在存在很少的网络节点和存在很大网络时延的情况下仍然能保证网络中的消息可靠的到达目的。
1.3  研究现状
国外的研究机构第一次提出间断网络中的通信是为了解决外太空通信的问题[8]。在不断的研究与实验中,国外的研究机构同时发现该技术也能解决陆地通信的一些问题(如在大时延情况的数据可靠传输问题)。以加州大学伯克利分校的Kevin Fall博士为主要领导者的DTNRG[8](Delay Tolerant Networking Research Group)目前正在Linux环境下研究实现该技术的运用方法。而其它的一些大学与研究机构例如:加州大学圣塔芭芭拉分校,美国达特茅斯学院,马萨诸塞大学,瑞典吕勒奥大学,卡耐基—梅隆大学,NASA和Intel Research Berkeley 等也做了大量的研究并提出了一些的具体运用的设想。他们提出的设想包括:太空中的通信[9],边远村庄[10](网络基础设施稀少或者不存在的地区)的通信以及使用公共汽车作为消息的中转设备[15]。目前国外针对该网络技术所提出的路由协议有:Vahdat和 Becker提出的流行路由协议[16],Chen 和Murphy提出的分离传递通信[17],Anders Lindgren提出的概率路由协议[18]。

 

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