基于VxWorks的分簇网实验床研究

发布时间：2020-10-08 16:36

　　移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Network,MANET)作为一种新型网络,凭借其灵活、部署方便等特性在军事通信领域受到广泛关注。但随着网络规模不断扩大,MANET对协议的性能提出了更高的要求。正因如此,研究人员提出了分簇式移动自组织网络(Clustered Mobile Ad Hoc Network)架构,其将整个MANET从逻辑上划分成多个簇群,并在大规模网络中得到广泛应用。所在实验室其他研究人员设计开发了基于簇的移动组网协议(Cluster-based Mobile Networking Protocol,CMNP),并在 OPNET 仿真平台中实现了 CMNP 协议模型。CMNP协议由分簇式时分多址协议(Clustered Time Division Multiple Address,C-TDMA)和分簇式优化链路状态路由协议(Clustered Optimized Link State Routing,C-OLSR)协议组成。在此基础上,本文主要对基于VxWorks实时操作系统的分簇网实验床技术进行深入研究,并在VxWorks操作系统上实现了 CMNP协议模型。本文着重介绍了 C-TDMA协议的设计实现,并对其中状态同步机制、模拟分片机制和模拟收发信机的实现作详细介绍。最终,通过在分簇网实验床系统上对C-TDMA协议进行组网实验,并对仿真结果进行分析。验证了 C-TDMA协议的功能,并根据性能分析结果提出了相应的优化建议。本文主要创新点在于:实现了一个快速的由仿真到实现的方法,解决了仿真和实现之间脱节的问题,同时验证了协议由仿真到实现再到仿真这一闭环迭代过程;在 VxWorks 操作系统上设计开发了 OPNET(Optimized Network Engineering Tools)通用仿真模型支持库;在分簇网实验床平台上实现了 C-TDMA协议,并对协议功能和性能加以验证。设计和开发OPNET通用仿真模型支持库的目的是:解决OPNET仿真平台和分簇网实验床在实现机制、API以及代码结构等方面的不一致问题,为VxWorks操作系统中实现OPNET仿真模型提供了开发基础。该支持库不仅设计实现了通用API,还实现了以下功能:包相关操作、中断控制器、有限状态机以及参数配置等功能。这使得基于OPNET仿真平台实现的仿真模型可以直接在VxWorks操作系统中运行,不必做任何修改。通过在仿真和实现之间添加分簇网实验床对协议的研究,解决了仿真和实现之间脱节的问题,加快了协议迭代的过程。分簇网实验床作为CMNP协议研究的辅助工具,具有灵活、方便、操作简单等优点,而且比OPNET仿真平台更加接近于真实环境,对推进CMNP协议开发和应用过程有着重要的意义。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：

网络拓扑结构图,分簇,网络拓扑结构,组网方式

Ｎｅｔｗｏｒｋ，邋ＭＡＮＥＴ）孕育而生，ＭＡＮＥＴ是一种由移动主机组成的不依赖基础设施逡逑或集中管理设备的临时网络。逡逑以移动蜂窝网为代表的有中心的组网方式和ＭＡＮＥＴ组网方式如图１－１所示，逡逑其主要差别在于有无中心控制节点。集中式控制网络在快速部署时会受到限制，逡逑而ＭＡＮＥＴ可以临时、快速和自组网络，不需要基础设施的支持，在军事网、临逡逑时组网中占有很大优势。逡逑１逡逑

网络拓扑图,分簇,网结构,路由协议

逦’逡逑＾邋网关节点逦、、逦－－’逡逑图１－３网络拓扑图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｎｅｔｗｏｒｋ邋Ｔｏｐｏｌｏｇｙ逡逑对分簇网负载均衡技术的研宄，主要解决随着网络规模增大而导致的扩展性逡逑差的问题。传统平面式ＭＡＮＥＴ路由协议主要采用优化链路状态路由协议［１９］逡逑（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ邋Ｌｉｎｋ邋Ｓｔａｔｅ邋Ｒｏｕｔｉｎｇ，邋ＯＬＳＲ）、动态源路由协议［２０】（Ｄｙｎａｍｉｃ邋Ｓｏｕｒｃｅ逡逑Ｒｏｕｔｉｎｇ，邋ＤＳＲ）与无线自组网按需平面距离向量路由协议［２１］邋（Ａｄ邋ｈｏｃ邋Ｏｎ－ｄｅｍａｎｄ逡逑Ｄｉｓｔａｎｃｅ邋Ｖｅｃｔｏｒ邋Ｒｏｕｔｉｎｇ，邋ＡＯＤＶ）。文献［２２］提出了基于ＤＳＲ路由协议开发的基于逡逑簇的多路径动态源路由协议（Ｃｌｕｓｔｅｒｅｄ邋Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ邋Ｄｙｎａｍｉｃ邋Ｓｏｕｒｃｅ邋Ｒｏｕｔｉｎｇ，逡逑ＣＭＤＳＲ），其解决了传统ＤＳＲ路由协议中控制报文在整个网络中泛洪而导致的路逡逑由开销大的问题。ＣＭＤＳＲ采用分簇的思想将网络层次化，可以高效地搜索多路径，逡逑并利用多路径并行传输数据。如图１－４所示

网络拓扑图,网络拓扑图,分簇

ＣＭＤＳＲ），其解决了传统ＤＳＲ路由协议中控制报文在整个网络中泛洪而导致的路逡逑由开销大的问题。ＣＭＤＳＲ采用分簇的思想将网络层次化，可以高效地搜索多路径，逡逑并利用多路径并行传输数据。如图１－４所示，ＣＭＤＳＲ采用３层网络结构：第１层逡逑为节点层；第２层为簇单元层，负责按一定算法和规则生成簇结构；第３层为中逡逑心簇层，是一组簇单元的集合。逡逑Ｓｅｒｖｅｒ逡逑逦邋Ｉ邋」逦逡逑逦±逦邋逦邋逦邋逦Ｉ逦逡逑Ｓｅｒｖｅｒ逦Ｓｅｒｖｅｒ逦丨逦ｊ逦Ｓｅｒｖｅｒ逡逑厂】—＞逦ｆ逦■邋■邋ｆ邋■丨邋１「］．逡逑Ｎｏｄｅ邋逦邋Ｎｏｄｅ邋Ｎｏｄｅ邋逦邋Ｎｏｄｅ逦Ｎｏｄｅ邋逦邋Ｎｏｄｅ逡逑图１－４邋ＣＭＤＳＲ分簇网结构图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１邋－４邋Ｃｌｕｓｔｅｒｅｄ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ邋Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＣＭＤＳＲ逡逑对分簇网移动感知的研宄，主要解决在保证链路通信质量的前提下，节点移逡逑６逡逑

【参考文献】