无线mesh网多路径路由协议的设计与实现毕业设计开题报告

1、毕业设计（开题报告）题目：无线mesh网多路径路由协议的设计与实现班 级：名:学 号：指导教师：时 间：1.1课题的背景在宽带无线接入领域，各种无线通信技术蓬勃发展的同时，一种新型的宽带 无线网络技术一一无线mesh网络(wmn)也逐渐发展起来。现代网络技术发展日 新月异，人们的需求也越来越趋于便捷化、即时化、无线化，无线mesh网的研 究开发以实际应用需求为驱动力，实现家庭网络、社区网络、企业网络以及城域 网络的多层次多范围的无线应用。无线mesh技术的岀现，代表着无线网络技术 的又一大跨越，有极为广阔的应用前景。在军事领域，一种ad hoc网络技术一直和蜂窝移动通信技术平行发展，随 着技术

2、的发展，一些保密技术相继被解密并转化为民用，因而ad hoc无线自组 织网络成为近儿年移动通讯的热点问题，在学术界和工业界都取得很多令人瞩目 的成果。但是，ad hoc这种原本用于军事上的技术，并不适合直接应用于民用 领域，于是人们开始思考移动ad iloc网络的一些深层问题，为其在民用领域寻 找应用点。与此同时,无线局域网(wlan, wireless i.ocal area network, wi-fi) 的发展己经进入成熟期，它有效延伸了网络的覆盖范围，赋予用户一定的移动性。 但是由于wlan无法做到像蜂窝网络一样无处不在的信号覆盖，其商业化进程在 很多地方并不成功。而移动ad hoc网

3、络由于其应用环境和技术成本等原因并不能直接用于民用 通信领域，在通信领域，最大的民用通信业务是包括voip应用在内的因特网业 务，另外一方面，民用通信用户的移动性远低于军事通信用户，所以为了能够将 ad hoc这种技术用于民用领域，实现无处不在的通信目标，我们需要基于移动 ad hoc网络的技术基础，开发一种完全适用于民用通信的无线多跳网络技术， 于是无线mesh网技术就应运而生。mesh网络技术本质上属于ad hoc网络，它与后者的区别在于前者的用户终 端移动性较低，无线mesh网通常不是作为一个独立的网络形态存在，而是因特 网的一种无线延仲，扩大了因特网的覆盖范围。这种方式省去了网络建设初

4、期昂 贵的基础设施建设费用，却实现了大范围的快速信号覆盖，比传统的点到多点方 式的无线网络有很多优点。现有的ad hoc路由协议在源和日的结点之间建立并使用一条单路径。由于 结点移动性、结点失败以及无线信道的动态特征，单路径中的链路可能会临时失 效，从而导致路径不可达，而寻找替找路径的开销大，并且可能带来报文转发中 的额外的延时。多路径路由提供了到一个目的结点的多条路径。源和目的结点可 以使用这些路径作为主路径和候选路径，也可以有选择地在多条路径上并发传输 以实现负载均衡、提高传输的可靠性和安全性。无线mesh网预期可以解除ad hoc网、无线局域网（wlan）、无线个人区域 网（wpan）、

5、无线城域网（wman）的一些限制，并能提高其性能。无线mesh网可 以有多种的应用，其作为无线技术应用前景看好，这些应用有：室内宽带网、社 区邻居网、企业网、楼房自治网等。无线mesh网一般被当作一种特殊的ad hoc 网。无线mesh网与ad hoc有一些共同的特征，所以ad hoc网络中的路由协议 可以应用到无线mesh网中。其屮较常用的路由协议有：基于动态源路由协议 （dsr）、aodv （ad hoc on-demand distance vector routing）路由协议等。尽管有一些用于ad hoc网络的路由协议可用，无线mesh网的路由设计依旧 是一个热门的研究领域。首先，需

6、要发现新性能度量用来提高路由协议的性能。 其次，现有的路由协议的扩展性依然有限。更进一步，现有的路由协议将下层的 mac协议当作一个透明的层。然而在无线mesh网屮需要考虑层间的交互以提高 路由协议的性能。更重要的是，对无线mesh网在能量效率上的要求和移动性的 要求是与ad hoc有很大的不同的。这种差别就显示为ad hoc网络设计的路由协 议可能不适合无线mesh网。所以我们需要充分考虑无线mesh网的特点，设计最 合适无线mesh网的路由协议，以提高无线mesh网的性能、可扩展性和容错性。同样作为无线多跳网络，与ad hoc网络技术只用于军事以及专用特殊网络不 同，无线mesh网的研究开

7、发是由实际应用需求为驱动力的,其应用场景和应用范 围相当广泛,并且有着不可替代的作用和优势。无线mesh网可以和802. 11wlan. 802. 16wman以及3g等各种无线接入技术相结合，实现家庭网络、社区网络、企 业网络以及城域网络内的多层次多范圉的无线应用。1.2目的和意义一、无线mesh网的优势及应用无线mesh具备的几大优势：1、快速部署和易于安装。2、非视距传输(nlos)o3、健壮性。4、结构灵活。5、高带宽。从本质上说，mesh网络是一种类似于点对点的无线网络架构，这种架构可 以大大减少网络的基础设施成本(例如ap,无线路由器数量)，同吋也可为无线 网络服务供应商(wisp

8、)减少70% 75%的营运、安装成木。基于mesh网络的优势，它还可以在不同界构的环境下提供多种服务；当用 户在高速移动时，或者在较大范围的区域内可以通过3g或2. 5g传输语音、数据; 在局部的范围内可通过wlan提供宽带网络服务，例如视频点播等。随着mesh 网络的进-步发展，它最终可在企业的办公环境中将办公室电话或者手机进行整 合。mesh网络在家庭、企业和公共场所等诸多领域都具有广阔的应用前景。mesh网非常适合于在那些地理位置偏远布线困难或经济上不合算，而又需 要为用户提供宽带无线internet访问的地方，如旅游场所、度假村、汽车旅馆 等。mesh能够以最低的成本为这些场所提供宽带

9、服务。对于那些需要快速部署或临时安装的地方，如展览会、交易会、灾难救援等, mesh网络无疑是最经济有效的组网方法。比如，如果需要临时在某个地方开几 天会议或办儿天展览，使用mesh技术来组网可以将成本降到最低。二、多路径路由算法的设计目标1、最优化：指路由算法选择最佳路径的能力。2、简洁性：算法设计简洁，利用最少的软件和开销，提供最有效的功能。3、坚固性：路由算法处于非正常或不可预料的环境时，如硬件故障、负载 过高或操作失误时，都能正确运行。由于路由器分布在网络联接点上，所以在它 们出故障时会产生严重后果。最好的路由算法通常能经受时间的考验，并在各种 网络环境下被证实是可靠的。4、快速收敛：

10、收敛是在最佳路径的判断上所有路由器达到一致的过程。当 某个网络事件引起路由可用或不可用时，路由器就发出更新信息。路由更新信息 遍及整个网络，引发重新计算最佳路径，最终达到所有路由器一致公认的最佳路 径。收敛慢的路由算法会造成路径循环或网络屮断。5、灵活性：路由算法可以快速、准确地适应各种网络环境。三、多路径路由算法的意义无线mesh网作为一种新型宽带无线接入技术备受学术界关注，逐渐成为下 一代无线互联网的核心技术。无线mesh网络的核心指导思想是让网络中的每个 节点都可以发送和接收信号，传统的wlan 一直存在的可伸缩性低和健壮性差等 诸多问题由此迎刃而解。无线mesh技术的出现，代表着无线网

11、络技术的又一大 跨越，有极为广阔的应用前景。在这其中，无线mesh网路由问题成为研究的热 点与重点。现有的mesh网路由协议多是在源和冃的结点之间建立并使用一条单路径。由于结点移动性、结点失败以及无线信道的动态特征，单路径屮的链路可能会临 时失效从而导致路径不可达，而寻找替代路径的开销大，并且可能带来报文转发 中的额外的延时。多路径路由是一种较新的路由策略，相对于传统的单路径在容 错、路由可靠性、qos路由等方面有很多优势。多路径路由提供了到一个目的结 点的多条路径。源和fi的结点可以使用这些路径作为主要路径和候选路径，也可 以有选择地在多条路径上并发传输以实现负载均衡，提高传输的可靠性和安全

12、 性。因此，为了进一步提高网络的路由质量，多路径路由问题逐渐成为了近年来 的一个研究热点。由于网络的通信量大，网络状态是高度动态的，因此一般传统的通信路由方 法均不能避免局部网络的暂阻塞，难以满足网络用户的需求。为了保证网络服务 质量，路由选择不再仅仅以“可达”和“最短路径”为衡量标准，多路径路由在 有效使用带宽、对付拥塞和突发流量、增加传输可靠性方面是有效的。多路径路 由的目标是在源一目的对之间建立多条路径，要求更多的主机来承担路由任务， 它作为一个最短路径的替代而被提出用来分布流量，减轻拥塞。在多路径路由中, 流量通过多条路径分流传输到目标。换句话说，多路径路由是用多条好的路径来 代替单条

13、最好的路径。多路径路由可分为两大类:一类是在同一吋刻对于每个源一目的对只能在一 个连接上发布流量，当这条路径中断时，可以用其它备用路径来发送数据，一般 称之为备份多路径;另一类是同时使用两条或两条以上的路径来传输流量，一般 称z为并行多路径。此外，还出现了一些安全多路径路由的研究。多路的正确使 用可以为不同的服务质量要求提供不同的路径，还可以提高网络的利用率。本课 题力求在此研究领域提出一种独特的多路径算法。1.3系统设计思想一、多路径路由算法的特点(1) 可以为不同的服务质量要求提供不同的路径。(2) 多路可以为同一种类型的服务提供多条路径，经聚集可实现更高的服 务质量。(3) 由于主机对路

14、径有自主的使用权，它可以通过探测各路径的状况(比 如丢包率)猜测网络的拥塞程度，据此调整对各路径的使用，从而在得到优质服 务的同时也提高了网络的利用率。因此，多路的正确使用还可以提高网络的利用 率。二、多路径路由算法的设计原则1、灵活性：mesh网络提供了较大的冗余机制和通信负载平衡功能。在无 线mesh网络中，每个设备都有多个传输路径可用，网络可以根据每个节点的通 信负载情况动态地分配通信路由，从而有效地避免了节点的通信拥塞。2、高可靠性：在mesh网络结构中，为了提高链路质量，可通过增加中间节 点，即缩短节点之间的距离来实现。由于每个节点都有一条或几条传送数据的路 径。如果最近的节点出现故

15、障或者受到干扰，数据包将自动路由到备用路径继续 进行传输，整个网络的运行不会受到影响。此外，因为每个短跳的传输距离短， 传输数据所需要的功率也较小。既然多跳网络通常使用较低功率将数据传输到邻 近的节点，节点之间的无线信号干扰也较小，网络的信道质量和信道利用效率大 大提高，因而能够实现更高的网络容量。比如在高密度的城市网络坏境中，mesh 网络能够减少使用无线网络的相邻用户的相互干扰，大大提高信道的利用效率。3、可扩展性：由于无线网状网继承了移动自组织网络的自管理特点，扩充 的无线路由器能够进行自配置，因此具有高度的可扩展性。4、兼容性：对于无线mesh网来说，不仅要支持mesh终端，还要支持传

16、统的 无线终端。这就需要无线mesh网能够后向兼容传统无线终端。此外，无线mesh 网络需要能够包容整合多种异构类型无线接入网络，因而要求mesh路由器在不 同异构无线接入网络中具有互操作性。5、综合性：无线通信的物理特性决定了通信传输的距离越短就越容易获得 高带宽，因为随着无线传输距离的增加，各种干扰和其它导致数据丢失的因素随 之增加。因此选择经多个短跳来传输数据将是获得更高网络带宽的一种有效方 法，而这正是mesh网络的优势所在。一个节点不仅能传送和接收信息，还能充 当路由器对其附近节点转发信息，随着更多节点的相互连接和可能的路径数量的 增加，总的带宽也大大增加。三、多路径路由算法的设计思

17、想由于无线mesh网中各个节点都具有路由功能，因而从任何一个源节点到日 的节点的路径通常会有多条。同时mesh屮节点具有随机移动性，整个网络的拓 扑结构经常变化。如果能为各个节点对都建立一条或多条替换路径，就可以增加 路由的可靠性和容错性。如果能够同时使用多条相互独立的路径，那么源节点到 目的节点对之间的实际带宽在网络重载时就等于各条路径的带宽和。多路径路由可以将原本集中在一条路径上的负载分配到了几条不同的路径 上，平衡网络负载，这样就能够充分利用网络资源，从而改善了通讯性能，避免 了网络震荡。同吋也减少了路径上中间节点的能量消耗，从而降低了由于能量消 耗殆尽导致的网络分割或拓扑变化发牛的概率

18、。多路径路由能为任意一对节点同时提供多条可用的路径，并允许节点主机或 应用程序选择如何使用这些路径。多路径路由算法为节点间提供多条路径，并确 保发往其屮一条路径的数据经由该路径到达目的地。多路径拥有较长的路径存活 时间和更可靠路由信息，而且拥有良好的性能，并能减少部分拥塞。第2章无线mesh网多路径路由协议算法的设计与实现2. 1无线mesh网多路径路由协议算法的设计、算法设计步骤1：源节点s要向目的节点d发送数据时，首先要查找路径，即发送广 播包rreq分组。其屮rreq屮包含以下信息：目的节点地址、目的节点序列号、 广播序列号、源节点地址、源节点序列号、传输吋间数组tktij、路径轨迹 lksd。初始状态下，路径轨迹lksd中写入源节点编号，并记录当前时 刻tso步骤2：各中间节点收到rreq分组后，进行如下操作：在轨迹数组lks d屮写入自己的节点标识；根据当前时刻ti与rreq分组中所记录的转发时刻 is计算出该段链路的传输时间，并将结果写入传输时间数组tktij中。步骤3：目的节点d收到来自源节点s的rreq分组后，根据接收时限t判 断是否可以接收该路由请求。如果满足接收条件，就在轨迹数组lksd中最 后一项写入自己的节点序号；将传输时间数组tktij中的各项相加，得到该路 径的路由耗时tk。如果还收到来自不同路径的rreq请求，则计算出每条路径