基于BeagleBone‑Black的Ad‑Hoc路由协议验证方法与流程

本发明涉及移动ad-hoc网络领域，具体涉及一种基于beaglebone-black的ad-hoc路由协议验证方法。

背景技术：

在全球移动网络通信技术高速发展的大环境下，作为其领域的一个重要分支——移动ad-hoc网络早已成为了行业专家学者研究的热点。移动ad-hoc网络是一种有特殊用途的网络结构。

与传统通信网络相比，ad-hoc网络没有严格的控制中心，在自组织网络中所有结点功能相同，是一个完全对等式的网络。结点在启动后通过协议和特定算法协调各自行为，在没有任何网络设备的支持下迅速自组织成一个独立网络。组网简单快速的优势使得ad-hoc网络在传感器网络、军事通信、紧急通信服务等领域都有广泛应用。

由于ad-hoc网络移动多变的特性，使得路由协议的设计优化一直是研究重点。但现阶段在对路由协议的研究改进中，研究人员多数还是停留在理论与pc端软件仿真阶段，又由于真实的无线网络通信场景中，无线信道特性受到多方面条件的影响，对路由协议只进行pc端的软件仿真不能全面真实反应出路由协议的性能,同时还存在着以下缺点：

1）在pc端对路由协议的性能进行软件仿真，会忽略现实环境：如地理环境、其他信号源、气候条件或其他不定因素对路由协议工作的干扰，因此，得到的数据不能真实准确的反映出路由协议的性能。

2）只有单方面软件仿真的验证数据，使得数据的说服力不够，实验数据比较片面，不能获得全方位、准确详细的研究数据。

3）仿真软件的普适性不高，对不同的协议兼容性不高。使用起来比较复杂，使得软件的学习门槛和学习成本过高。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是如何解决仅对路由协议进行pc端的软件仿真不能全面真实反应出路由协议的性能问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是一种基于beaglebone-black的ad-hoc路由协议验证方法，包括以下步骤：

步骤1在pc机上对设备节点的软件系统内核进行编译并去除内核中无用的模块组件对内核进行裁剪编译，将编译好的内核移植到设备节点的beaglebone-black系统上，待正常启动beaglebone-black的linux操作系统后，安装相应的lcd驱动并重启点亮显示屏。

步骤2将需要验证的ad-hoc路由协议移植到系统上并运行，同时将外接无线网卡插入beaglebone-black系统的usb插孔，配置无线网卡参数使得节点能正常收发数据，整个设备单节点的系统初始化工作便完成；

步骤3在户外实地场景中，同时开启多个设备节点，在多个硬件节点上运行路由协议，并配置设备节点工作模式为ad-hoc，经过一段时间，待网络稳定之后通过ping-x命令观察相应节点的路由工作情况；同时使用系统外接的传感器搜集外界环境信号，在相应备节点通过开启上层定制的messagesender软件自动在网络中寻找目标主机并将搜集的外界环境信号进行转发，在目的主机端通过打开编写的test软件记录的实验数据便可以准确的反应网络路由协议的性能指标如端到端的传输延时、数据的丢包率，其具体过程如下:

1)将实验所需的数据采集装置也就是传感器，通过网络设备节点所扩展的usb接口接入系统中，将传感器驱动程序拷贝至linux系统中，修改相对应的配置文件；执行make命令，会在同一文件夹下生成.ko文件，运行support命令编译进内核；通过编写的上层测试软件提取传感器采集的数据，当目录文件夹下生成相应的数据文件时，便说明传感器及数据采集软件均已正常工作；

2)由于本方法采用无线网卡ralinkrt3070的驱动已经存在于内核中，因此不需要额外编写设备驱动；将无线网卡插入系统扩展的usb接口上，在系统中运行ifconfig命令，便可以看到网卡工作模式与情况；设置各设备节点的ip地址，通过ping–x命令检测网卡工作是否正常，至此无线网卡设置完成、工作正常；

3)在系统上移植路由协议，拷贝将需要进行协议验证的ad-hoc网络路由协议(本方法中为aodv路由协议)，修改config配置文件，通过make命令进行编译生成aodv.ko文件；当设备节点上的无线网卡正常工作后，设置网卡的工作模式为adhoc模式，运行.ko文件；在输出的信息中，当现实设备节点工作正常，能够发现周围邻居节点并添加到路由表中，说明ad-hoc路由协议工作正常；

步骤4启动所有设备节点进行测试，得出验证结果,其具体过程如下：

启动所有设备节点，通过insmodkaodv.ko命令加载ad-hoc路由协议模块，通过./aodvd运行路由协议；在输出信息中可以发现各节点都已近发现其相应的邻居节点，同时将邻居节点添加到路由表中，说明整个设备节点已经工作正常；

采用的验证协议方法有二种：

方法一：通过ping–x命令、x为各节点对应的ip地址，可以快速知道网络端到端延时、丢包率等；

方法二：通过定制的上层应用软件messagesender软件，搜集传感器实时采集的传感信号，将信号发送给事先拟定的目的节点；在目的节点处查看数据波形完整性，便可以测方面放映协议的性能；

至此完成对ad-hocl路由协议的验证工作。

采用本发明的技术方案取得的有益效果：

1、在传统路由协议多停留在理论研究与软件仿真的情况下，设计的硬件系统可以简单方便地将设计优化的路由协议移植上去，具有系统体积小、功耗低，能方便研究人员在将设备带到实际场景中验证所研究改进的路由协议的性能。

2、整个硬件系统节点搭载一颗基于armcortex-a8主频达到了1ghz的处理器，512mb的ddr3内存，以及丰富的可扩展接口使得性能十分优异。数据处理能力完全能达到要求。

3、系统整体体积只有手机般大小，使其能更加符合自组网的移动性与多变性，便于将设备带到实际场景中的研究。

4、在系统软件方面，linux的免费、开源、跨平台性等优势，可以方便研究者进行拓展性工作，可以在上面根据不同的实验需求定制不同的上层软件，对路由协议性能的验证可以更加全面准确。

附图说明

图1为本发明系统结构模型图；

图2为组成系统的设备单节点结构示意图，

图3为本发明流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明，但不是对本发明的限定。

图1示出了本发明系统结构模型，ad-hoc自组网路由协议验证系统结构模型如图1所示，整个网络由一定数量的设备节点与传感器构成，在这些设备节点上运行ad-hoc路由协议便可以迅速组网进行路由协议性能的实验验证。在整个无线通信网络中没有任何有线基础设备的支持，所有的设备节点都是由单个移动的主机构成，所有单节点在网络中地位平等，每个节点都具备接收数据和路由转发的功能，网络具备多跳、无中心、分布式的特点，整个通信网络不依赖于任何一个节点的存在。任何节点的掉线都不会对网络的通信功能造成影响，网络能够迅速自组织并重新构建路由表进行数据通信。

图2示出了设备节点结构示意，本发明所设计的针对ad-hoc网络路由协议验证系统就是由多个功能完全相同的设备节点构成的自组织网络组成。每个设备节点分为几个主要部分：beaglebone-black硬件系统，搭载armcortex-a81ghz的处理器、512mb的ddr3内存使得系统能高效高速处理数据业务。ralinkrt3070作为无线网卡进行数据收发，该网卡集成的mac/bbp和2.4grf单一芯片，它完全遵循ieee802.11n草案4.0和ieee802.11b/g标准，能提供高可靠，低成本，功能丰富的无线连接。3.5寸lcd显示屏，方便显示系统的运行状态及参数。并配备一块外接移动电源为节点供电，同时使得设备节点具备很好的移动性。

图3示出了本发明验证方法，包括以下步骤：

步骤1在pc机上对设备节点的软件系统内核进行编译并去除内核中无用的模块组件对内核进行裁剪编译，将编译好的内核移植到设备节点的beaglebone-black系统上，待正常启动beaglebone-black的linux操作系统后，安装相应的lcd驱动并重启点亮显示屏；

步骤2将需要验证的ad-hoc路由协议移植到系统上并运行，同时将外接无线网卡插入beaglebone-black系统的usb插孔，配置无线网卡参数使得节点能正常收发数据，整个设备单节点的系统初始化工作便完成；

步骤3在户外实地场景中，同时开启多个设备节点，在多个硬件节点上运行路由协议，并配置设备节点工作模式为ad-hoc，经过一段时间，待网络稳定之后通过ping-x命令观察相应节点的路由工作情况；同时使用系统外接的传感器搜集外界环境信号，在相应备节点通过开启上层定制的messagesender软件自动在网络中寻找目标主机并将搜集的外界环境信号进行转发，在目的主机端通过打开编写的test软件记录的实验数据便可以准确的反应网络路由协议的性能指标如端到端的传输延时、数据的丢包率，其具体过程如下：

1)将实验所需的数据采集装置也就是传感器，通过网络设备节点所扩展的usb接口接入系统中，将传感器驱动程序拷贝至linux系统中，修改相对应的配置文件；执行make命令，会在同一文件夹下生成.ko文件，运行support命令编译进内核；通过编写的上层测试软件提取传感器采集的数据，当目录文件夹下生成相应的数据文件时，便说明传感器及数据采集软件均已正常工作；

2)由于本方法采用无线网卡ralinkrt3070的驱动已经存在于内核中，因此不需要额外编写设备驱动；将无线网卡插入系统扩展的usb接口上，在系统中运行ifconfig命令，便可以看到网卡工作模式与情况；设置各设备节点的ip地址，通过ping–x命令检测网卡工作是否正常，至此无线网卡设置完成、工作正常；

3)在系统上移植路由协议，拷贝将需要进行协议验证的ad-hoc网络路由协议(本方法中为aodv路由协议)，修改config配置文件，通过make命令进行编译生成aodv.ko文件；当设备节点上的无线网卡正常工作后，设置网卡的工作模式为adhoc模式，运行.ko文件；在输出的信息中，当现实设备节点工作正常，能够发现周围邻居节点并添加到路由表中，说明ad-hoc路由协议工作正常；

步骤4启动所有设备节点进行测试，得出验证结果,其具体过程如下：

启动所有设备节点，通过insmodkaodv.ko命令加载ad-hoc路由协议模块，通过./aodvd运行路由协议；在输出信息中可以发现各节点都已近发现其相应的邻居节点，同时将邻居节点添加到路由表中，说明整个设备节点已经工作正常；

采用的验证协议方法有二种：

方法一：通过ping–x命令、x为各节点对应的ip地址，可以快速知道网络端到端延时、数据丢包率等；

方法二：通过定制的上层应用软件messagesender软件，搜集传感器实时采集的环境信号，将信号发送给事先拟定的目的节点；在目的节点处查看数据波形完整性，便可以从侧面反应出协议的性能。

至此完成对ad-hocl路由协议的验证工作。

相比现有技术，采用本发明技术方案可将设备节点带到实地场景中模拟，将进一步提升实验数据的真实性与可靠性，简单快捷的组网方式使得此系统具有很好的应用前景。

以上结合附图对本发明进行了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，对这些实施方式进行各种变化、修改、替换和变型仍落入在本发明的保护范围内。