本發(fā)明涉及移動ad-hoc網(wǎng)絡領域，具體涉及一種基于beaglebone-black的ad-hoc路由協(xié)議驗證方法。

背景技術：

在全球移動網(wǎng)絡通信技術高速發(fā)展的大環(huán)境下，作為其領域的一個重要分支——移動ad-hoc網(wǎng)絡早已成為了行業(yè)專家學者研究的熱點。移動ad-hoc網(wǎng)絡是一種有特殊用途的網(wǎng)絡結構。

與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡相比，ad-hoc網(wǎng)絡沒有嚴格的控制中心，在自組織網(wǎng)絡中所有結點功能相同，是一個完全對等式的網(wǎng)絡。結點在啟動后通過協(xié)議和特定算法協(xié)調(diào)各自行為，在沒有任何網(wǎng)絡設備的支持下迅速自組織成一個獨立網(wǎng)絡。組網(wǎng)簡單快速的優(yōu)勢使得ad-hoc網(wǎng)絡在傳感器網(wǎng)絡、軍事通信、緊急通信服務等領域都有廣泛應用。

由于ad-hoc網(wǎng)絡移動多變的特性，使得路由協(xié)議的設計優(yōu)化一直是研究重點。但現(xiàn)階段在對路由協(xié)議的研究改進中，研究人員多數(shù)還是停留在理論與pc端軟件仿真階段，又由于真實的無線網(wǎng)絡通信場景中，無線信道特性受到多方面條件的影響，對路由協(xié)議只進行pc端的軟件仿真不能全面真實反應出路由協(xié)議的性能,同時還存在著以下缺點：

1）在pc端對路由協(xié)議的性能進行軟件仿真，會忽略現(xiàn)實環(huán)境：如地理環(huán)境、其他信號源、氣候條件或其他不定因素對路由協(xié)議工作的干擾，因此，得到的數(shù)據(jù)不能真實準確的反映出路由協(xié)議的性能。

2）只有單方面軟件仿真的驗證數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)的說服力不夠，實驗數(shù)據(jù)比較片面，不能獲得全方位、準確詳細的研究數(shù)據(jù)。

3）仿真軟件的普適性不高，對不同的協(xié)議兼容性不高。使用起來比較復雜，使得軟件的學習門檻和學習成本過高。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明解決的技術問題是如何解決僅對路由協(xié)議進行pc端的軟件仿真不能全面真實反應出路由協(xié)議的性能問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的技術方案是一種基于beaglebone-black的ad-hoc路由協(xié)議驗證方法，包括以下步驟：

步驟1在pc機上對設備節(jié)點的軟件系統(tǒng)內(nèi)核進行編譯并去除內(nèi)核中無用的模塊組件對內(nèi)核進行裁剪編譯，將編譯好的內(nèi)核移植到設備節(jié)點的beaglebone-black系統(tǒng)上，待正常啟動beaglebone-black的linux操作系統(tǒng)后，安裝相應的lcd驅動并重啟點亮顯示屏。

步驟2將需要驗證的ad-hoc路由協(xié)議移植到系統(tǒng)上并運行，同時將外接無線網(wǎng)卡插入beaglebone-black系統(tǒng)的usb插孔，配置無線網(wǎng)卡參數(shù)使得節(jié)點能正常收發(fā)數(shù)據(jù)，整個設備單節(jié)點的系統(tǒng)初始化工作便完成；

步驟3在戶外實地場景中，同時開啟多個設備節(jié)點，在多個硬件節(jié)點上運行路由協(xié)議，并配置設備節(jié)點工作模式為ad-hoc，經(jīng)過一段時間，待網(wǎng)絡穩(wěn)定之后通過ping-x命令觀察相應節(jié)點的路由工作情況；同時使用系統(tǒng)外接的傳感器搜集外界環(huán)境信號，在相應備節(jié)點通過開啟上層定制的messagesender軟件自動在網(wǎng)絡中尋找目標主機并將搜集的外界環(huán)境信號進行轉發(fā)，在目的主機端通過打開編寫的test軟件記錄的實驗數(shù)據(jù)便可以準確的反應網(wǎng)絡路由協(xié)議的性能指標如端到端的傳輸延時、數(shù)據(jù)的丟包率，其具體過程如下:

1)將實驗所需的數(shù)據(jù)采集裝置也就是傳感器，通過網(wǎng)絡設備節(jié)點所擴展的usb接口接入系統(tǒng)中，將傳感器驅動程序拷貝至linux系統(tǒng)中，修改相對應的配置文件；執(zhí)行make命令，會在同一文件夾下生成.ko文件，運行support命令編譯進內(nèi)核；通過編寫的上層測試軟件提取傳感器采集的數(shù)據(jù)，當目錄文件夾下生成相應的數(shù)據(jù)文件時，便說明傳感器及數(shù)據(jù)采集軟件均已正常工作；

2)由于本方法采用無線網(wǎng)卡ralinkrt3070的驅動已經(jīng)存在于內(nèi)核中，因此不需要額外編寫設備驅動；將無線網(wǎng)卡插入系統(tǒng)擴展的usb接口上，在系統(tǒng)中運行ifconfig命令，便可以看到網(wǎng)卡工作模式與情況；設置各設備節(jié)點的ip地址，通過ping–x命令檢測網(wǎng)卡工作是否正常，至此無線網(wǎng)卡設置完成、工作正常；

3)在系統(tǒng)上移植路由協(xié)議，拷貝將需要進行協(xié)議驗證的ad-hoc網(wǎng)絡路由協(xié)議(本方法中為aodv路由協(xié)議)，修改config配置文件，通過make命令進行編譯生成aodv.ko文件；當設備節(jié)點上的無線網(wǎng)卡正常工作后，設置網(wǎng)卡的工作模式為adhoc模式，運行.ko文件；在輸出的信息中，當現(xiàn)實設備節(jié)點工作正常，能夠發(fā)現(xiàn)周圍鄰居節(jié)點并添加到路由表中，說明ad-hoc路由協(xié)議工作正常；

步驟4啟動所有設備節(jié)點進行測試，得出驗證結果,其具體過程如下：

啟動所有設備節(jié)點，通過insmodkaodv.ko命令加載ad-hoc路由協(xié)議模塊，通過./aodvd運行路由協(xié)議；在輸出信息中可以發(fā)現(xiàn)各節(jié)點都已近發(fā)現(xiàn)其相應的鄰居節(jié)點，同時將鄰居節(jié)點添加到路由表中，說明整個設備節(jié)點已經(jīng)工作正常；

采用的驗證協(xié)議方法有二種：

方法一：通過ping–x命令、x為各節(jié)點對應的ip地址，可以快速知道網(wǎng)絡端到端延時、丟包率等；

方法二：通過定制的上層應用軟件messagesender軟件，搜集傳感器實時采集的傳感信號，將信號發(fā)送給事先擬定的目的節(jié)點；在目的節(jié)點處查看數(shù)據(jù)波形完整性，便可以測方面放映協(xié)議的性能；

至此完成對ad-hocl路由協(xié)議的驗證工作。

采用本發(fā)明的技術方案取得的有益效果：

1、在傳統(tǒng)路由協(xié)議多停留在理論研究與軟件仿真的情況下，設計的硬件系統(tǒng)可以簡單方便地將設計優(yōu)化的路由協(xié)議移植上去，具有系統(tǒng)體積小、功耗低，能方便研究人員在將設備帶到實際場景中驗證所研究改進的路由協(xié)議的性能。

2、整個硬件系統(tǒng)節(jié)點搭載一顆基于armcortex-a8主頻達到了1ghz的處理器，512mb的ddr3內(nèi)存，以及豐富的可擴展接口使得性能十分優(yōu)異。數(shù)據(jù)處理能力完全能達到要求。

3、系統(tǒng)整體體積只有手機般大小，使其能更加符合自組網(wǎng)的移動性與多變性，便于將設備帶到實際場景中的研究。

4、在系統(tǒng)軟件方面，linux的免費、開源、跨平臺性等優(yōu)勢，可以方便研究者進行拓展性工作，可以在上面根據(jù)不同的實驗需求定制不同的上層軟件，對路由協(xié)議性能的驗證可以更加全面準確。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結構模型圖；

圖2為組成系統(tǒng)的設備單節(jié)點結構示意圖，

圖3為本發(fā)明流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明進行說明，但不是對本發(fā)明的限定。

圖1示出了本發(fā)明系統(tǒng)結構模型，ad-hoc自組網(wǎng)路由協(xié)議驗證系統(tǒng)結構模型如圖1所示，整個網(wǎng)絡由一定數(shù)量的設備節(jié)點與傳感器構成，在這些設備節(jié)點上運行ad-hoc路由協(xié)議便可以迅速組網(wǎng)進行路由協(xié)議性能的實驗驗證。在整個無線通信網(wǎng)絡中沒有任何有線基礎設備的支持，所有的設備節(jié)點都是由單個移動的主機構成，所有單節(jié)點在網(wǎng)絡中地位平等，每個節(jié)點都具備接收數(shù)據(jù)和路由轉發(fā)的功能，網(wǎng)絡具備多跳、無中心、分布式的特點，整個通信網(wǎng)絡不依賴于任何一個節(jié)點的存在。任何節(jié)點的掉線都不會對網(wǎng)絡的通信功能造成影響，網(wǎng)絡能夠迅速自組織并重新構建路由表進行數(shù)據(jù)通信。

圖2示出了設備節(jié)點結構示意，本發(fā)明所設計的針對ad-hoc網(wǎng)絡路由協(xié)議驗證系統(tǒng)就是由多個功能完全相同的設備節(jié)點構成的自組織網(wǎng)絡組成。每個設備節(jié)點分為幾個主要部分：beaglebone-black硬件系統(tǒng)，搭載armcortex-a81ghz的處理器、512mb的ddr3內(nèi)存使得系統(tǒng)能高效高速處理數(shù)據(jù)業(yè)務。ralinkrt3070作為無線網(wǎng)卡進行數(shù)據(jù)收發(fā)，該網(wǎng)卡集成的mac/bbp和2.4grf單一芯片，它完全遵循ieee802.11n草案4.0和ieee802.11b/g標準，能提供高可靠，低成本，功能豐富的無線連接。3.5寸lcd顯示屏，方便顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)及參數(shù)。并配備一塊外接移動電源為節(jié)點供電，同時使得設備節(jié)點具備很好的移動性。

圖3示出了本發(fā)明驗證方法，包括以下步驟：

步驟1在pc機上對設備節(jié)點的軟件系統(tǒng)內(nèi)核進行編譯并去除內(nèi)核中無用的模塊組件對內(nèi)核進行裁剪編譯，將編譯好的內(nèi)核移植到設備節(jié)點的beaglebone-black系統(tǒng)上，待正常啟動beaglebone-black的linux操作系統(tǒng)后，安裝相應的lcd驅動并重啟點亮顯示屏；

步驟2將需要驗證的ad-hoc路由協(xié)議移植到系統(tǒng)上并運行，同時將外接無線網(wǎng)卡插入beaglebone-black系統(tǒng)的usb插孔，配置無線網(wǎng)卡參數(shù)使得節(jié)點能正常收發(fā)數(shù)據(jù)，整個設備單節(jié)點的系統(tǒng)初始化工作便完成；

步驟3在戶外實地場景中，同時開啟多個設備節(jié)點，在多個硬件節(jié)點上運行路由協(xié)議，并配置設備節(jié)點工作模式為ad-hoc，經(jīng)過一段時間，待網(wǎng)絡穩(wěn)定之后通過ping-x命令觀察相應節(jié)點的路由工作情況；同時使用系統(tǒng)外接的傳感器搜集外界環(huán)境信號，在相應備節(jié)點通過開啟上層定制的messagesender軟件自動在網(wǎng)絡中尋找目標主機并將搜集的外界環(huán)境信號進行轉發(fā)，在目的主機端通過打開編寫的test軟件記錄的實驗數(shù)據(jù)便可以準確的反應網(wǎng)絡路由協(xié)議的性能指標如端到端的傳輸延時、數(shù)據(jù)的丟包率，其具體過程如下：

1)將實驗所需的數(shù)據(jù)采集裝置也就是傳感器，通過網(wǎng)絡設備節(jié)點所擴展的usb接口接入系統(tǒng)中，將傳感器驅動程序拷貝至linux系統(tǒng)中，修改相對應的配置文件；執(zhí)行make命令，會在同一文件夾下生成.ko文件，運行support命令編譯進內(nèi)核；通過編寫的上層測試軟件提取傳感器采集的數(shù)據(jù)，當目錄文件夾下生成相應的數(shù)據(jù)文件時，便說明傳感器及數(shù)據(jù)采集軟件均已正常工作；

2)由于本方法采用無線網(wǎng)卡ralinkrt3070的驅動已經(jīng)存在于內(nèi)核中，因此不需要額外編寫設備驅動；將無線網(wǎng)卡插入系統(tǒng)擴展的usb接口上，在系統(tǒng)中運行ifconfig命令，便可以看到網(wǎng)卡工作模式與情況；設置各設備節(jié)點的ip地址，通過ping–x命令檢測網(wǎng)卡工作是否正常，至此無線網(wǎng)卡設置完成、工作正常；

3)在系統(tǒng)上移植路由協(xié)議，拷貝將需要進行協(xié)議驗證的ad-hoc網(wǎng)絡路由協(xié)議(本方法中為aodv路由協(xié)議)，修改config配置文件，通過make命令進行編譯生成aodv.ko文件；當設備節(jié)點上的無線網(wǎng)卡正常工作后，設置網(wǎng)卡的工作模式為adhoc模式，運行.ko文件；在輸出的信息中，當現(xiàn)實設備節(jié)點工作正常，能夠發(fā)現(xiàn)周圍鄰居節(jié)點并添加到路由表中，說明ad-hoc路由協(xié)議工作正常；

步驟4啟動所有設備節(jié)點進行測試，得出驗證結果,其具體過程如下：

啟動所有設備節(jié)點，通過insmodkaodv.ko命令加載ad-hoc路由協(xié)議模塊，通過./aodvd運行路由協(xié)議；在輸出信息中可以發(fā)現(xiàn)各節(jié)點都已近發(fā)現(xiàn)其相應的鄰居節(jié)點，同時將鄰居節(jié)點添加到路由表中，說明整個設備節(jié)點已經(jīng)工作正常；

采用的驗證協(xié)議方法有二種：

方法一：通過ping–x命令、x為各節(jié)點對應的ip地址，可以快速知道網(wǎng)絡端到端延時、數(shù)據(jù)丟包率等；

方法二：通過定制的上層應用軟件messagesender軟件，搜集傳感器實時采集的環(huán)境信號，將信號發(fā)送給事先擬定的目的節(jié)點；在目的節(jié)點處查看數(shù)據(jù)波形完整性，便可以從側面反應出協(xié)議的性能。

至此完成對ad-hocl路由協(xié)議的驗證工作。

相比現(xiàn)有技術，采用本發(fā)明技術方案可將設備節(jié)點帶到實地場景中模擬，將進一步提升實驗數(shù)據(jù)的真實性與可靠性，簡單快捷的組網(wǎng)方式使得此系統(tǒng)具有很好的應用前景。

以上結合附圖對本發(fā)明進行了詳細說明，但本發(fā)明不限于所描述的實施方式。對于本領域技術人員而言，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下，對這些實施方式進行各種變化、修改、替換和變型仍落入在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。