踏足前沿科技 觀Ad hoc無線網絡絢異之景

第一部分 Ad hoc網絡瞭解

  一、Ad hoc網絡的基本概念

點擊放大此圖片

  隨着社會的進步,人們對靈活、快捷、方便的通信方式要求越來越高;而全球化進程的加快又進一步刺激了通信與網絡技術的發展,人們不斷追求任何人可以在任何時間、任何地點與任何人進行任何種類的信息交換。個人業務需求無論是在支持範圍上還是種類、質量要求上都大大的增加,極大地刺激了無線通信網絡的迅速發展。蜂窩移動通信系統、無線局域網 (IEEE802.11)、藍牙技術(Blue tooth)、家庭無線網(HomeRF)等移動通信新技術紛紛涌現,而Ad hoc網絡技術作爲無線通信領域一種新的網絡技術,正在很快地從軍事通信滲透到相關的各個民用通信領域。這些新技術的出現,極大的方便了人們的生活,同時也推動了無線通信技術的發展。無線通信技術和計算機網絡技術的發展爲無線移動 Ad hoc網絡的產生奠定了基礎,而這種自組織對等式多跳移動通信網絡,不需要依賴於固定的基礎結構,既可以與現有的網絡結合形成多跳網絡,從而有效延伸傳統網絡的覆蓋範圍,同時也可以通過臨時組網的方式在惡劣環境中支持移動節點之間的數據、話音、圖像和圖形等業務的無線傳輸。這也使得Ad hoc網絡具有極大的靈活性和可擴展性,可以滿足不同場合的特殊需要,其應用範圍可以覆蓋工業、商業、醫療、家庭、辦公環境、軍事等各種場合和行業。特別是在軍事應用領域中,因其特有的無需架設網絡設施、可快速展開、抗毀性強等特點,Ad hoc網絡已成爲數字化戰場通信的首選技術。Ad hoc網絡不論是軍用還是民用,都有着廣泛的應用價值和意義。由於組網快速、靈活、使用方便,無線 Ad hoc網絡己經得到了國際學術界和工業界的廣泛關注,並正在得到越來越廣泛的應用,己經成爲移動通信技術向前發展的一個重要方向,並將在未來的通信技術領域中佔據重要地位。

二、Ad hoc網絡的特徵

  與其他傳統通信網絡相比,Ad hoc網絡具有以下顯著特點:

  (1)無中心和自組織性:Ad hoc網絡中沒有絕對的控制中心,所有節點的地位平等,網絡中的節點通過分佈式算法來協調彼此的行爲,無需人工干預和任何其它預置的網絡設施,可以在任何時刻任何地方快速展開並自動組網。由於網絡的分佈式特徵、節點的冗餘性和不存在單點故障點,使得網絡的健壯性和抗毀性很好。

  (2)動態變化的網絡拓撲:Ad hoc網絡中,移動終端能夠以任意速度和任意方式在網中移動,並可以隨時關閉電臺,加上無線發送裝置的天線類型多種多樣、發送功率的變化、無線信道間的互相干擾;地形和天氣等綜合因素的影響,移動終端間通過無線信道形成的網絡拓撲隨時可能發生變化,而且變化的方式和速度都難以預測。

  (3)多跳路由:由於節點發射功率的限制,節點的覆蓋範圍有限。當它要與其覆蓋範圍之外的節點進行通信時,需要中間節點的轉發,即要過多跳。此外,Ad hoc網絡中的多跳路由是由普通節點協作完成的,而不是由專用的路由設備(如路由器)完成的。反過來,如果可以使用多跳路由,節點的發射功率可以很低,從而達到節省電能延長電池工作時間的目的。

  (4)無線信道傳輸:

  Ad hoc網絡採用無線傳輸技術作爲底層通信手段,由於無線信道本身的物理特性,它所能提供的網絡帶寬相對有線信道要低得多,並且無線信道的質量較差。考慮到競爭共享無線信道產生的衝突、信號衰減、噪音和信道之間干擾等多種因素,移動終端得到的實際帶寬遠遠小於理論上的最大帶寬,並且會隨時間動態變化。傳統的共享廣播式信道是一跳共享的,而在Ad hoc網絡中,廣播信道是多跳共享的。一個節點的發送,只有其一跳相鄰節點可以聽到,而此範圍之外的其他節點覺察不到。此外,地形或發射功率等因素影響使得Ad hoc網絡中可能產生單向無線信道。

  (5)移動終端的侷限性:Ad hoc網絡中,移動終端具有攜帶方便、輕便靈巧等好處。但是也存在固有缺陷,例如能源受限、內存較小、CPU性能較低等,從而給應用程序設計開發帶來一定的難度,同時屏幕等外設較小,不利於開展功能較複雜的業務。

  (6)安全性較差:Ad hoc網絡是一種特殊的無線移動網絡,由於採用無線信道、有限電源、分佈式控制等技術,它更加容易受到被動竊聽、主動入侵、拒絕服務、剝奪“睡眠”等網絡攻擊。信道加密、抗干擾、用戶認證、密鑰管理、訪問控制和其它安全措施都需要特別考慮。如圖1所示的表中列出了Ad hoc網絡與現有無線網絡的主要區別。

  點擊放大此圖片

圖1: Adhoc網絡與現有無線網絡的主要區別

三、Ad hoc網絡路由技術研究熱點

  由於Ad hoc網絡(又稱爲MANET網絡,Mobile Ad hoc Network)具有廣闊的應用前景,它吸引了越來越多網絡研究人員的關注。國際上對Ad hoc網絡的研究早己成爲無線計算機網絡研究的熱點,因此Internet工程工作組 (IETF)也成立了MANET工作小組,大量研究人員通過這個組織協作研究MANET的路由協議等多方面內容。Ad hoc網絡的研究成果主要在以下幾個方面:

  (1)現有Ad hoc網絡的路由協議的研究與優化,包括對IETF的MANET工作組提出的MANET路由協議草案和RFC文檔進行研究並具體實現,構建實驗和應用網絡。

  (2)節能路由

  在Ad hoc網絡中,所有結點都依靠有限的電池能量操作。一旦電池耗盡,移動結點將隨即失效,並可能導致網絡分割甚至不可用。雖然隨着工業技術的進步,電池壽命有所增加,但還遠遠滿足不了需要。因此,在 Ad hoc網絡中有效的節省能量非常重要,在協議棧的各個層次可以使用不同的方法來達到這個目的。目前網絡層的節能路由協議主要可分爲兩類:一是最小化傳送包/流的能量消耗率;二是最大化系統生存時間。

  (3)多播路由

  在典型的 Ad hoc環境中,網絡結點按組工作以完成給定的任務,因此多播在 Ad hoc網絡中扮演了重要的角色。Ad hoc網絡固有的資源的限制和結點移動性使得多播路由協議的設計尤其具有挑戰性。目前提出的多播路由協議有MAODV,ODMRP,CAMP等。

  (4)基於地理位置信息的路由

  Ad hoc網絡中節點的移動性給設計路由算法帶來了很大的困難,而現在的定位技術(如GPS)已經比較先進。將二者結合,在自組網中利用位置信息,可以使節點在尋找路由時避免簡單的洪泛;利用相鄰節點或目的節點的位置信息,可以提高路由尋找的效率。典型的利用地理位置信息的路由協議有LAR,GPSR,DREAM,GRID等。

  (5)路由協議的安全性由於Ad hoc網絡利用無線信道傳輸信息,使得自組網比固定網絡更容易遭到入侵破壞。 Ad hoc網絡中對路由協議的攻擊通常分爲兩類:路由破壞攻擊和資源消耗攻擊。在路由破壞攻擊中,攻擊者通過發送僞造的路由包試圖引起合法的數據包以紊亂的方式被轉發,而不能到達它們的目的地,如創建路由循環、路由黑洞等。在資源消耗攻擊中,攻擊者向網絡中插入包試圖消耗寶貴的網絡資源或結點資源。1999年1月發佈的RFC25OI明確提出,自組網路由協議必須提供安全機制。

  (6)多路徑路由技術

  大多數已提出的MANET路由協議沒有考慮公平性,它們傾向於把重的負載分佈到源一目的對的路徑最短的主機上。結果,超重負載的主機會迅速耗盡能源,這將導致網絡分離,應用會話失敗。多路徑路由在有效使用帶寬、對付擁塞和突發流量、增加傳輸可靠性方面是有效的。多路徑路由的目標是在源一目的對之間建立多條路徑,要求更多的主機來承擔路由任務,它作爲的一個最短路徑的替代而被提出用來分佈流量,減輕擁塞。在多路徑路由中,流量通過多條路徑分流傳輸到目標。換句話說,多路徑路由是用多條好的路徑來代替單條最好的路徑。多路徑路由可分爲兩大類:一類是在同一時刻對於每個源一目的對只能在一個連接上發佈流量,當這條路徑中斷時,可以用其他備用路徑來發送數據,一般稱之爲備份多路徑;另一類是同時使用兩條或兩條以上的路徑來傳輸流量,一般稱之爲並行多路徑。此外,還出現了一些安全多路徑路由的研究。

  (7)QoS路由

  在 Ad hoc網絡中,由於頻繁的網絡拓撲的改變和不準確的路由狀態信息,使得選擇滿足QoS需求的路由是困難的但又是重要的。Qos路由的工作包括兩個方面:一是選擇一條能滿足一定QoS需求(帶寬、延遲、能量等)的網絡路徑,二是提高網絡資源的利用率。廣義的Qos要求針對不同的業務需求,儘量提供最優的服務。典型的Qos路由協議有CEDAR,QoS-OLSR,TBP等。

第二部分 Ad hoc網絡基礎

  一、Ad hoc網絡的發展歷史與定義

  無線Ad hoc網絡的前身是分組無線網 (Paeket Radio Network)。早在1972年,美國DARPA(美國國防高級研究計劃局,Defense Advanced Research Project Ageney)就啓動了分組無線網項目 PRNET(Packet Radio Network),研究在戰場環境下利用分組無線網進行數據通信。在此之後,DARPA於1983年啓動了高殘存性自適應網絡項目SURAN(Survivable Adaptive Network),研究如何將PRNET的研究成果加以擴展,以支持更大規模的網絡。成立於1991年5月的IEEE8O2.ll標準委員會採用了“Ad hoc網絡”一詞來描述這種特殊的自組織對等式多跳移動通信網絡,Ad hoc網絡就此誕生。IETF也將Adhoe網絡稱爲MANET(移動Ad hoc網絡)。

  Ad hoc一詞來源於拉丁語,意思是“專用的、特定的”意思,即 Ad hoc網絡是一種有特殊用途的網絡。無線 Ad hoc網絡是由一組帶有無線收發裝置的移動終端組成的一個多跳臨時性自治系統,移動終端具有路由功能,可以通過無線連接構成任意的網絡拓撲,這種網絡可以獨立工作,也可以與Internet或蜂窩無線網絡連接。在後一種情況中,無線 Ad hoc網絡通常是以末端子網(樹樁網絡)的形式接入現有網絡。無線 Ad hoc網絡中,每個移動終端兼備路由器和主機兩種功能:作爲主機,終端需要運行面向用戶的應用程序;作爲路由器,終端需要運行相應的路由協議,根據路由策略和路由表參與分組轉發和路由維護工作。在無線Ad hoc網絡中,節點間的路由通常由多個網段(跳)組成,由於終端的無線傳輸範圍有限,兩個無法直接通信的終端節點往往要通過多箇中間節點的轉發來實現通信。所以,它又被稱爲多跳無線網、自組織網絡、無固定設施的網絡或對等網絡。Ad hoc網絡同時具備移動通信和計算機網絡的特點,可以看作是一種特殊類型的移動計算機通信網絡。

 二、Ad hoc網絡的體系結構

  節點結構:

  Ad hoc網絡的節點不僅要具備普通移動終端的功能,還要具有報文轉發能力,即要具備路由器的功能。因此,就完成的功能而言可以將節點分爲主機、路由器和電臺三部分。其中主機部分完成普通移動終端的功能,包括人機接口、數據處理等應用軟件。而路由器部分主要負責維護網絡的拓撲結構和路由信息,完成報文的轉發功能。電臺部分爲信息傳輸提供無線信道支持。

  點擊放大此圖片

圖2:Adhoc網絡節點的結構

  從物理結構上分,節點可以如圖2所示,分爲以下幾類:單主機單電臺、單主機多電臺、多主機單電臺和多主機多電臺。一般的Ad hoc網絡中的節點,如PDA、筆記本、無線傳感器節點等大都採用圖2.a的單主機單電臺的簡單結構。作爲複雜的車載臺,一個節點可能包括通信車內的多個主機,它可以採用圖2.c的結構,以實現多個主機共享一個或多個電臺。多電臺不僅可以用來構建疊加(overlay)的網絡,還可用作網關節點來互聯多個Ad hoc網絡。

  Ad hoc網絡結構:

圖3

  Ad hoc網絡一般有兩種結構:平面結構(圖3)和分級結構(圖4和圖5)。在平面結構中,所有節點的地位平等,所以又可以稱爲對等式結構。而分級結構中,網絡被劃分爲簇(cluster)。每個簇由一個簇頭(cluster header)和多個簇成員 (cluster member)組成。

點擊放大此圖片

圖4

點擊放大此圖片

圖5

平面結構 圖4單頻分級 圖5多頻分級

  這些簇頭形成了高一級的網絡。在高一級網絡中,又可以分簇,再次形成更高一級的網絡,直至最高級。在分級結構中,簇頭節點負責簇間數據的轉發,它可以預先指定,也可以由節點使用算法選舉產生。

  根據不同的硬件配置,分級結構的網絡又可以被分爲單頻分級和多分級兩種單頻率分級網絡(圖4)中,所有節點使用同一個頻率通信。爲了實現簇頭之間的通信,要有網關節點(同時屬於兩個簇的節點)的支持。簇頭和網關形成了高一級的網絡,稱爲虛擬骨幹。而在多頻率分級網絡中(圖5),不同級採用不同的通信頻率。低級節點的通信範圍較小,而高級節點要覆蓋較大的範圍。高級的節點同時處於多個級中,有多個頻率,用不同的頻率實現不同級的通信。在圖3所示的兩級網絡中,簇頭節點有兩個頻率。頻率1用於簇頭與簇成員的通信。而頻率2用於簇頭之間的通信。分級網絡的每個節點都可以成爲簇頭,所以需要適當的簇頭選舉算法,算法要能根據網絡拓撲的變化重新分簇。平面結構的網絡比較簡單,網絡中所有節點是完全對等的,原則上不存在瓶頸,所以比較健壯。它的缺點是可擴充性差:每一個節點都需要知道到達其它所有節點的路由。維護這些動態變化的路由信息需要大量的控制消息。當平面結構網絡的規模增加到某個程度時,所有的帶寬都可能會被路由協議消耗掉。在分級結構的網絡中,簇成員的功能比較簡單,不需要維護複雜的路由信息,這大大減少了網絡中路由控制信息的數量。因此具有很好的可擴充性,網絡規模不受限制。可以簡單地通過增加簇的個數和網絡的級數來增加網絡的規模。簇頭節點要維護到達其它簇頭的路由信息,它還要知道網絡中所有節點與簇的所屬關係。由於簇頭節點可以隨時選舉產生,分級結構也具有很強的抗毀性。分級結構也有它的缺點。首先,維護分級結構需要節點執行簇頭選舉算法。其次,簇間的信息都要經過簇頭尋路,不一定能使用最佳路由。比如在不同簇中但互爲鄰居的節點,在平面結構中可以直接通信,但分簇後要通過兩個簇的簇頭轉交。最後,簇頭節點可能會成爲網絡的瓶頸。總之,當網絡的規模較小時,可以採用簡單的平面式結構;而當網絡的規模增大時,應採用分級結構。美軍在其戰術互聯網中使用近期數字電臺NTD(Near Term Digital Radio)組網時採用的就是如圖5所示的雙頻分級結構。

  三、Ad hoc網絡的應用

  Ad hoc網絡的許多優良特性爲它在民用和軍事通信領域佔據一席之地提供了有利的依據。首先,網絡的自組織性提供了廉價而且快速部署網絡的可能。其次,多跳和中間節點的轉發特性可以在不降低網絡覆蓋範圍的條件下減少每個終端的發射範圍,從而降低設計天線和相關發射/接收部件的難度,也降低了設備的功耗,從而爲移動終端的小型化、低功耗提供了可能。從共享無線信道的角度來看,Ad hoc網絡降低了信號衝突的機率,提高了信道利用率。從對使用者的保護來看,高功率的無線電波產生的電磁輻射對用戶的身體健康也有影響。另外,網絡的魯棒性、抗毀性滿足了某些特定應用需求。它的應用場合可以歸納爲以下幾類:

  (1)軍事應用:軍事應用是Ad hoc網絡技術的主要應用領域。因其特有的無需架設網絡設施、可快速展開、抗毀性強等特點,它是數字化戰場通信的首選技術,並已經成爲戰術互聯網的核心技術。爲了滿足信息戰和數字化戰場的需要,美軍研製了大量的無線自組織網絡設備,用於單兵、車載、指揮所等不同的場合,並大量裝備部隊。美軍的近期數字電臺NTDR和無線互聯網控制器等通信裝備都使用了Ad hoc網絡技術。

  (2)傳感器網絡:傳感器網絡是Ad hoc網絡技術應用的另一大領域。對於很多應用場合來說傳感器網絡只能使用無線通信技術,並且傳感器的發射功率很小。分散的傳感器通過Ad hoc網絡技術組成一個網絡,可以實現傳感器之間和與控制中心之間的通信。這種網絡具有非常廣闊的應用前景。

  (3)緊急和突發場合:在發生了地震、水災、火災或遭受其它災難後,固定的通信網絡設施都可能無法正常工作。此時Ad hoc網絡能夠在這些惡劣和特殊的環境下提供通信支持,對搶險和救災工作具有重要意義。此外當刑警或消防隊員緊急執行任務時,可以通過Ad hoc網絡來保障通信指揮的順利進行。

  (4)偏遠野外地區:當處於邊遠或野外地區時,無法依賴固定或預設的網絡設施進行通信。Ad hoc網絡技術具有單獨組網能力和自組織特點,是這些場合通信的最佳選擇。

  (5)臨時場合:Ad hoc網絡的快速、簡單組網能力使得它可以用於臨時場合的通信。比如會議、慶典、展覽等場合,可以免去佈線和部署網絡設備的工作。

  (6)動態場合和分佈式系統:通過無線連接遠端的設備、傳感節點和激勵器,Ad hoc網絡可以方便地用於分佈式控制,特別適合於調度和協調遠端設備的工作,減少分佈式控制系統的維護和重配置成本。Ad hoc無線網絡還可以用於在自動高速公路系統(AHS)中協調和控制車輛,對工業處理過程進行遠程控制等。

  (7)個人通信:個人局域網(PAN)是 Ad hoc網絡技術的又一應用領域,用於實現PDA、手機、掌上電腦等個人電子通信設備之間的通信,並可以構建虛擬教室和討論組等嶄新的移動對等應用(MPZP)。考慮到電磁波的輻射問題,個人局域網通信設備的無線發射功率應儘量小,這樣 Ad hoc網絡的多跳通信能力將再次展現它的獨特優勢。

  (8)商業應用:組建家庭無線網絡、無線數據網絡、移動醫療監護系統和無線設備網絡,開展移動和可攜帶計算以及無所不在的通信業務等。

  (9)其它應用:考慮到 Ad hoc網絡具有很多優良特性,它的應用領域還有很多,這需要我們進一步去挖掘。比如它可以用來擴展現有蜂窩移動通信系統的覆蓋範圍,實現地鐵和隧道等場合的無線覆蓋,實現汽車和飛機等交通工具之間的通信,用於輔助教學和構建未來的移動無線城域網和自組織廣域網等。

第三部分 無線自組網路由技術

  本部分主要介紹自組網路由所面臨的問題、目前己經提出的各種主要的路由協議,並對各種主要路由協議的設計思路和解決策略進行比較、分析和分類闡述。

  一、路由概述

  路由技術主要是爲數據分組以最佳路徑通過通信子網到達目的節點提供服務,從而使得網絡用戶不必關心網絡的拓撲構型和使用的通信介質。在傳統的OSI參考模型中,網絡層實現路由功能。OSI中的網絡層定義操作系統通用的協議,爲信息確定地址,把邏輯地址和名字翻譯成物理地址,它也確定從源節點沿着網絡到目標節點的路由選擇,並處理業務流問題,例如交換、路由和對數據分組阻塞的控制。網絡層也許是OSI參考模型中最複雜的一層,部分原因在於,現有的各種通信子網事實上並不遵循OSI網絡層服務定義。同時,網絡互聯問題也爲網絡層的制定增加了很大難度。在實際應用中,一般使用路由器實現網絡層的路由轉發功能。路由器可以將子網連接在一起,它依賴於網絡層將子網之間的流量進行路由。數據鏈路層協議是相鄰兩直接連接節點間的通信協議,它不能解決數據經過通信子網多個轉接節點的通信問題。而路由是把信息從源穿過網絡傳遞到目的的行爲,在傳輸途中至少遇到一箇中間節點。橋接發生在OSI參考協議的第二層(鏈路層),而路由發生在第三層(網絡層)。這一區別使二者在傳遞信息的過程中使用不同的信息,從而以不同的方式來完成其任務。

  二、路由算法及協議

  路由算法可以根據多個特性來加以區分。首先,算法設計者的特定目標影響了該路由協議的操作;其次,存在着多種路由算法,每種算法對網絡和路由器資源的影響都不同,路由算法使用多種Metric(跳數),影響到最佳路徑的計算。

  下面是對路由算法的上述特性的分析。

  路由算法的設計目標

  路由算法通常具有下列設計目標的一個或多個:

  (a)無環路、快速收斂

  路由算法必須能夠保證不會產生路由環路,並且能快速收斂,收斂是所有路由器對最佳路徑達成一致的過程。當某網絡事件使路徑斷掉或不可用時,路由器通過網絡分發路由更新信息,促使最佳路徑的重新計算,最終使所有路由器達成一致。收斂很慢的路由算法可能會產生路由環或網絡中斷。

  (b)健壯、穩定

  路由算法必須健壯,即在出現不正常或不可預見事件的情況下仍能正常處理,例如硬件故障、高負載和不正確的實現方法。因爲路由器位於網絡的連節點,當它們失效時會產生重大的問題。最好的路由算法通常是那些經過了時間考驗,證實在各種網絡條件下都很穩定的算法。

  (c)簡單、高效、低耗

  路由算法應該設計的儘量簡單。即路由協議必須高效的提供其功能,儘量減少軟件和應用的開銷。當路由協議軟件運行在物理資源有限的計算機上時,高效低耗尤其重要。

  (d)靈活性

點擊放大此圖片

圖6 幾種常用固定網絡動態路由協議的比較

  路由算法還應該是靈活的,即它們應該迅速、準確地適應各種網絡環境。例如,假定某網段斷掉了,當知道問題後,很多路由算法對通常使用該網段的路徑迅速選擇次佳的路徑。路由算法可以設計得可適應網絡帶寬、路由器隊列大小和網絡延遲。路由協議是實現路由算法的協議,幾種常用固定網絡動態路由協議的比較如圖6中列表所示。

三、自組網路由

  1.自組網路由協議面臨的問題

  路由協議是自組網體系結構中不可或缺的重要組成部分,其主要作用是發現和維護路由。具體的說主要有以下幾個方面:監控網絡拓撲結構的變化:交換路由信息;確定目的節點的位置;產生、維護以及取消路由;選擇路由並轉發數據。常規的路由協議主要有兩種:一種是基於距離矢量的路由協議,如RIP。一種是基於鏈路狀態的路由協議,如OSPF。這兩類協議都是針對有線固定網絡而設計的,它們的拓撲結構是固定的,不會出現大的網絡結構變化。 Ad hoc網絡中由於節點的任意移動性導致拓撲結構動態、隨機且快速地變化,這樣常規路由在拓撲結構變化時,就會花很大的代價重新路由,而且協議狀態將始終處於不收斂狀態,佔用大量的網絡資源,致使信息的傳輸無法實現。另外,Ad hoc網絡不能採用常規路由協議主要由於以下因素:

  (a)Ad hoc網絡中無線傳輸設備功率的差異以及無線信道中的大量干擾導致單向信道的存在。

  (b)無線信道的廣播特性使得常規路由的網絡選路過程產生許多冗餘鏈路。

  (c)常規路由的週期性廣播路由更新分組會消耗大量的網絡帶寬。

  (d)常規路由協議週期性的路由更新分組會消耗大量的節點能源。此外,某些常規路由協議需要的複雜計算使得CPU始終處於很高的負載之下,這也同樣消耗了大量的能源,並將對有限的節點能源帶來更多的壓力。因此需要適用於Ad hoc。網絡自身的路由協議。

  2.自組網對路由協議的要求

  自組網路由協議的任務是實現路由。但由於自組網具有動態拓撲、有限帶寬、終端受限、存在單向信道等特點,對在其上運行的路由協議便提供出了許多具體而嚴格的要求。相對於有線網絡,有些要求是自組網特有的,這些要求主要有:

  (a)收斂迅速:自組網的拓撲結構是動態的,隨時處於變化之中,這就要求路由協議必須對拓撲的變化具有快速反應能力,在計算路由時能夠迅速收斂。

  (b)提供無環路由:無論在有線網絡還是無線網絡,提供無環路由都是對路由協議的一項基本要求。但在自組網中,由於拓撲結構動態變化會導致大量已有路由信息在短時間內作廢,從而更容易產生路由環路。在自組網中提供無環路由就顯得尤爲重要而且更難做到。

  (c)避免計數到無窮:經典的距離矢量算法在某條鏈路失效時,有可能出現計數到無窮的情況。在自組網中,鏈路失效是經常發生的,這就要求在自組網中運行的路由協議必須能夠避免計數到無窮,不採用或者改進會出現計數到無窮的算法。

  (d)控制管理開銷小:自組網中無線傳輸帶寬有限,傳送控制管理分組不可避免地會消耗掉一部分帶寬資源。爲了更有效地利用寶貴的帶寬資源,需要儘可能地減小控制管理的開銷。

  (e)對終端性能無過高要求:無線移動終端使用可耗盡能源、CPU性能、內存大小、外部存儲容量等都低於固定的有線終端,因此在自組網中不能對端性能要求過高。有線網絡中用計算的複雜度來換取路由協議性能的做法,在自組網中不再適用。

  (f)支持單向信道:在自組網中,有可能出現單向信道。支持單向信道,也是對路由協議的要求之一。

  (g)儘量簡單實用:簡單有助於提高可靠性,有助於減少各種開銷。在實現路由功能的前提下,力求簡單,應是設計自組網路由協議的原則之一。但目前提出的路由協議都未達到以上所有要求,提出一種適應性強的路由協議是Adho。網絡未來研究的一個具有挑戰性的課題。

  3.自組網路由協議的分類

  傳統的路由協議無法適應 Ad hoc網絡的需要,因此必須選擇或設計適用於 Ad hoc網絡環境特點的路由協議。經過多年的研究,許多協議方案相繼被提出。除了MANET WG(Work Group)發佈的DSR,AODV,ZRP (Zone Routing Protocol)等路由協議草案外,研究人員還發表了許多關於自組網路由協議的學術論文,如DSDV(Destination-Sequenced-Distance-Vector Routing,目的節點序列距離矢量路由協議)、WRP(Wireless Routing protocol,無線路由協議)、CGSR(Cluster-head Gateway switch Routing,分簇網關交換路由)、輕型移動路由協議LMR和RDMAR(Relative Distance Miero-discovery Ad hoc Routing)等。根據發現路由的策略,可以將其分爲主動路由和按需路由協議:根據網絡邏輯結構,可以將其分爲平面結構和分級結構兩種;從網絡邏輯角度出發,可分爲平面路由和分級(層、簇、羣)路由,如圖7和圖8列表所示。

點擊放大此圖片

圖7

點擊放大此圖片

圖8

  圖7 路由協議分類 圖8 自組網中路由技術

  另外,從是否使用GPS系統作爲路由輔助條件的角度出發,還可分爲地理定位輔助路由與非地理定位輔助路由。需要注意的是,分級路由中的分簇與網絡管理控制中管理分簇不同。管理分簇引入簇首爲中間節點,以減少管理消息開銷,其目標與路由分簇不同,功能更弱。路由分簇中簇首負責跨簇分組的路由,其分簇基本目標爲維護路由;網絡管理控制協議爲應用層協議,若低層路由協議也是基於分簇的,則可利用低層分簇,否則依賴於路由支持以交換控制消息。

  1.主動路由協議和按需路由協議

  主動路由協議採用週期性的路由分組廣播,交換路由信息。每個節點維護去往全網所有節點的路由。主動路由的優點是當節點需要發送一個去往其他節點的數據分組時,只要路由存在,發送分組的延時很小。缺點是主動路由協議需要花費較高代價(帶寬、電源及cPu資源等),儘量使得路由表能夠跟上當前網絡拓撲結構的變化。但動態變化的拓撲結構可能使得花費較高代價得到的路由表中的內容變成無效信息,路由協議始終處於不收斂狀態。目前,這種類型的自組網路由協議提出了各種機制改善在這些方面的性能。按需路由協議是根據發送數據分組的需要按需進行路由發現的過程,網絡拓撲結構和路由表內容也是按需建立的,所以其內容可能僅僅是整個網絡拓撲結構信息的一部分。按需路由的優點是不需要週期性的路由信息廣播,節省了一定的網絡資源。缺點是如果發送數據分組時,沒有去往目的節點的路由,數據分組需要等待一定的時間和延時。並且由於相應路由發現過程通常採用了全網洪泛機制進行搜索,這在一定程度上抵消了按需機制帶來的好處。

  2.平面結構和分級結構

  對於平面結構的路由協議,網絡的邏輯視圖是平面結構,網絡結構簡單,路由協議在平面的邏輯空間裏運作,移動節點的地位是平等的,它們所具有的功能完全相同。共同協作完成節點間的通信。平面結構路由的優點是完全分佈式控制,沒有特殊節點,路由協議的可靠性較好,網絡通信流量平均地分散在網絡中,路由協議沒有管理節點移動性的任務。其缺點是可擴展性不好,限制了網絡的規模。隨着網絡規模的逐漸擴大,網絡中節點個數不斷增加,每個節點要維護整個網絡的拓撲信息或選擇合適的路由到遠端節點將十分困難,由此產生了分級(層、簇、羣)路由協議。對於分級結構的路由協議,網絡節點按照不同的分簇算法分成相應的簇(級、層),網絡的邏輯視圖是層次性的。層次劃分的依據可以是信道編碼、協同工作關係、地理位置等因素。分級結構通常有骨幹網與分支子網組成的兩層網絡結構和多級分級結構。在兩級網絡結構中,骨幹網由較爲穩定、綜合性能較好的骨幹節點(簇首)組成,其他移動節點按照某種策略組成每個分支子網絡。分支子網絡又稱爲簇。在同一個簇的移動節點之間的通信只經過簇內部;在不同簇的移動節點之間的通信需要跨越骨幹網,如通過網關節點實現。分級結構路由協議的優點是適合大規模的自組網環境,可擴展性較好。但是由於簇首節點負責管理和維護本簇節點的通信,當簇首節點出現故障時,可能會影響整個網絡的通信,即簇首節點的穩定性和可靠性將在很大程度上決定着整個系統的穩定性和可靠性。同時隨着節點的不斷移動,簇的維護和管理比平面式路由協議複雜得多。根據簇的劃分方法、簇首的選擇方式以及簇首的職責不同,出現了一些不同的基於分簇結構的路由協議,如:R.Sivakumar提出的CEDAR,A.Iwata提出HSR,Joa-Ng提出的ZHLS等。

四、主動路由協議、按需路由協議

  在此我們主要講解學習主動路由協議、分級路由協議,具體包括DSDV(主動路由協議),DSR和AODV(按需路由協議)。

  1.主動路由協議

  主動路由協議也被稱爲表驅動路由 (TableDriven)協議、先應式路由協議,其路由發現策略類似於傳統的路由協議。在主動路由協議中,網絡的每一個節點都要週期性的向其他節點發送最新的路由信息,並且每一個節點都要保存一個或更多的路由表來存儲路由信息。當網絡拓撲結

  構發生變化時,節點就在全網內廣播路由更新信息,這樣每一個節點就能連續不斷地獲得網絡信息。典型的主動路由協議有DSDV、FSR、WRP等。

  DSDV(Destination Sequenced Distance Vector,目的節點序列距離矢量協議)是一個基於傳統的Bellman-Ford路由選擇機制的驅動算法,它被認爲是最早的自組網路由協議,通過給每個路由設定序列號避免了路由環路的產生。

  DSDV在傳統的Distance一vector算法的基礎上,採用了序列號機制,通過給每個路由設定序列號來區分新舊路由,防止Distance一vector算法可能產生的路由環路。DSDV採用時間驅動和事件驅動技術控制}路由表的傳送,即每個移動節點在本地都保留一張路由表,其中包括所有有效目的節點、路由跳數、目的節點路由序列號等信息,目的節點路由序列號用於區別有效和過期的路由信息以避免環路的產生。路由表更新分組在全網內週期性地廣播而使路由表保持連貫性。每個節點週期性地將本地路由表傳送給鄰近節點,或者當其路由表發生變化時,也會將其路由信息傳給鄰近節點。當無節點移動時,DSDV使用間隔較長、包含多個數據單元的大數據分組進行路由更新;在節點移動時使用較小的數據分組,並且只對移動的節點更新路由,這樣降低了整體的開銷。當鄰近節點收到包含修改的路由表信息後,先比較源節點、目的節點路由序列號的大小,標有更大序列號的路由信息總是被接收,目的節點路由序列號小的路由被淘汰。如果兩個更新分組有相同的序列號,則選擇跳數(Metric)最小的,而使路由最優(最短)。爲了消除最優路由的頻繁變化,節點首先根據歷史一記錄,估計產生路由所需的保留時間(settle time),推遲一個T再發送修改的路由信息。

  DSDV的優點是原理及操作簡單,缺點是不適應快速變化的網絡,不支持單向信道。

  2.按需路由協議

  按需路由也被稱爲反應式路由協議、源啓動按需路由協議〔Source-Initiated on-Demand Driven)。與主動路由協議不同的是,按需路由協議僅當源節點需要到目的節點的路由信息發送數據時,源節點才發起創建路由。因此,路由表內容是按需建立的,它可能僅僅是整個拓撲結構信息的一部分。通信過程中維護路由,通信完畢後便不再進行維護。

  下面介紹幾種主要的按需路由協議。

  第一種 DSR協議:

  DSR(動態源路由協議)協議是一個典型的按需路由協議,也是最早採用按需路由思想的協議。DSR是基於源路由概念的按需自適應路由協議。移動節點需保留存儲節點所知的源路由的路由緩衝器。當新的路由被發現時,緩衝器內的條目隨之更新。它的最大特點是使用了源路由機制,每一個分組的頭部都包含整條路由信息。這種機制最初被 IEEE802.5協議用在由網橋互連的多個令牌環網中尋找路由。DSR借鑑該機制,並結合了按需路由的思想。採用Cache(緩衝器)存放路由信息,且中間節點不必存儲轉發分組所需的路由信息,網絡開銷較少,但存在陳舊路由。

  ①DSR協議操作

  DSR的特點在於使用了源路由機制,在分組頭部攜帶要經過的路由,路由器按照該路由序列來轉發分組。DSR協議包括兩個過程:路由發現和路由維護。

  (1)路由發現

  當一個節點欲發送數據到目的節點時,它首先查詢路由器看是否有到達目的節點的路由發現程序。如果有,則採用此路由發送數據。如果沒有,源節點就開始啓動路由發路由發現過程使用洪泛路由。當節點S需要到節點D的路由時,節點S廣播“路由請求”分組(RREQ),每個請求分組通過序列號和節點S標識惟一確定。收到“路由請求”分組的節點,若滿足:

  •   該節點不是目的節點D;
  •   請求分組頭部的源路由序列中不包含該節點;
  •   該節點沒有接收過同樣的路由請求分組;
  •   節點的路由表中沒有到目的節點D的路由信息;

  節點將自己的地址附加到“路由請求”分組頭部的路由序列中,並將分組轉發給所有相鄰的節點。若請求分組頭部的源路由序列中不包含一該節點,而該節點接收過同樣的路由請求分組,則節點將刪除該請求分組,防止循環處理和出現路由環路。若該節點不是目的節點D,節點自己路由表中記錄有到目的節點D的路由信息,節點將發送“路由應答”給節點S,應答中包含了從節點S到節點D的路由。節點S獲取路由後,使用源路由進行數據通信。

  (2)路由維護

  DSR支持主動應答和被動應答兩種鏈路狀態監測方法,路由維護通過路由錯誤分組和確認分組來實現。一旦節點在發送數據時發現需要使用的鄰節點斷開,它發送“路由出錯”分組給這些斷開路由的節點,源節點收到分組後,將失效路由從路由表中刪除。沿途轉發“路由出錯”的節點也從自己的路由表中刪除包含該斷開鏈路的所有路由。除路由錯誤分組外,確認分組可以用來驗證路由連接的正確運行。路由維護過程中,源節點監測網絡拓撲的變化。若有變化導致源路由中斷,源節點就嘗試用緩存中的路由信息;如果不成功,就重新啓動路由發現過程。爲減少路由開銷,節點緩存學習到的或用過的路由信息,並通過隨機收聽的方式來獲取路由信息。

  DSR協議主要具有如下特點:

  •   節點不需要週期性地發送路由廣播分組,無需維持去往全網所有節點的路由信息,能自然而完全地消除路由環路,而且還能提供多條路由,可用於單向信道。節省了電池能源和網絡帶寬,尤其是當沒有節點要發送數據時,網絡中沒有通信開銷。支持節點睡眠。
  •   支持中間節點的應答,能使源節點快速獲得路由,但會引起過時路由問題。
  •   每個分組都需要攜帶完整的路由信息,造成開銷較大,降低了網絡帶寬的利用率,不適合網絡直徑大的自組網,網絡可擴展性不強。爲了進一步提高按需路由協議的效率,許多研究人員對DSR路由協議進行了改進:

  (a)採用路由緩存技術,以加快路由發現過程,通過限制路由請求消息傳播,來減少路由請求消息的洪泛,如R.Castaneda於1999年提出的Query Localization協議等。

  (b)通過使用位置信息減少路由請求消息的洪泛,如:Young-Bae Ko於1998年提出的LAR協議等。

  (c)當鏈路出錯時,出錯點的中間節點可以從自己的路由列表中選出另一個可選路由,完成到目的節點的數據傳輸。

  第二種 AODV協議:

  ①AODV協議概述

  AODV是由Nokia研究中心的 Charles E.Perkins和加利福尼亞大學Santa Barbara的 Elizabeth M.Belding-Roryer以及Cincinnati大學Samir R.Das等共同開發,已經被 IETF MANET工作組於2003年7月正式公佈爲自組網路由協議的RFc標準。AODV實質上就是DSR和DSDV的綜合,它借用了DSR中路由發現和路由維護的基礎程序,及DSDV的逐跳(Hop-by-HoP)路由、目的節點序列號和路由維護階段的週期更新機制,以DSDV爲基礎,結合DSR中的按需路由思想並加以改進。AODV在每個中間節點隱式保存了路由請求和應答的結果,並利用擴展環搜索的辦法來限制搜索發現過的目的節點的範圍。AODV支持組播功能,支持Qos,而且AODV中可以使用IP地址,實現同Internet連接,但是不支持單向信道。和DSDV保存完整的路由表不同的是,AODV通過建立基於按需路由來減少路由廣播的次數,這是AODV對DSDV的重要改進。和DSR相比,AODV的好處在於源路由並不需要包括在每一個數據分組中,這樣會使路由協議的開銷有所降低。AODV是一個純粹的按需路由系統,那些不在路徑內的節點不保存路由信息,也不參與路由表的交換。AODv協議可以實現在移動終端間動態的、自發的路由,使移動終端很快獲得通向所需目的的路由,同時又不用維護當前沒有使用的路由信息,並且還能很快對斷鏈的拓撲變化做出反應。AODV的操作是無環路的,在避免了通常Bellman-ford算法的無窮計數問題的同時,還提供了很快的收斂速度。AODv的路由表中每個項都使用了目的序列號(Destination Sequence Number)。目的序列號是目的節點創建,並在發給發起節點的路由信息中使用的。使用目的序列號可以避免環路的發生。

  AODV使用3種消息作爲控制信息 :RouteRequest(RREQ),RouteReply(RREP)和 RouteError(RERR)。這些消息都在UDP上使用654端口號。

  當源節點需要和目的節點通信時,如果在路由表中已經存在了對應的路由時,AODV不會進行任何操作。當源節點需要和新的目的通信時,它就會發起路由發現過程,通過廣播RREQ信息來查找相應路由。當這個RREQ到達目的節點本身,或者是一個擁有足夠新的到目的節點路由的中間節點時,路由就可以確定了。所謂“足夠新”就是通過目的序列號來判斷的。目的節點或中間節點通過原路返回一個RREP信息來向源節點確定路由的可用性。在維護路由表的過程中,當路由不再被使用時,節點就會從路由表中刪除相應的項。同時,節點會監視一個活動路由(activeroute,有限跳的,可用於數據轉發的路由表)中,下一跳節點的狀況。當發現有鏈路斷開的情況時,節點就會使用RERR通知上游的節點,而上游的節點就會使用該RERR分組拷貝通知更上游的節點。在RERR消息中,指明瞭由於斷鏈而導致無法達到目的節點。每個節點都保留了一個“前驅列表”(precursor list)來幫助完成錯誤報告的功能,這個列表中保存了把自己作爲到當前不可達節點的下一跳的相鄰節點(可以通過記錄RERR很容易地獲得)。在路由表中,針對每一個表項,需要記錄相應的的特徵內容。其中,序列號是防止路由環路的關鍵所在。當發生斷鏈時,通過增加序列號和度量值(跳數)來使路由表項無效。

  ②AODV路由協議的運行方式

  (a)AODV路由發現

  AODV路由協議是一種典型的按需驅動路由協議,該算法可被稱爲純粹的需求路由獲取系統,那些不在活躍路徑上的節點不會維持任何相關路由信息,也不會參與任何週期路由表的交換。此外,節點沒有必要去發現和維持到另一節點的路由,除非這兩個節點需要進行通信。移動節點間的局部連接性可以通過幾種方法得到,其中包括使用局部廣播Hello消息。這種算法的主要目的是:在需要時廣播路由發現分組一般的拓撲維護;區別局部連接管理(鄰居檢測)和一般的拓撲維護;向需要連接信息的鄰居移動節點散播拓撲變化信息。AODV使用廣播路由發現機制,它依賴中間節點動態建立路由表來進行分組的傳送。爲了維持節點間的最新路由信息,AODV借鑑了DSDV中的序列號的思想,利用這種機制就能有效地防止路由環的形成。當源節點想與另外一個節點通信,而它的路由表中又沒有相應的路由信息時,它就會發起路由發現過程。每一個節點維持兩個獨立的計數器:節點序列號計數器和廣播標識。源節點通過向自己的鄰居廣播 RREQ(Route Requests)分組來發起一次路由發現過程。

  (b)反向路由的建立

  在RREQ分組中包含了兩個序列號:源節點序列號和源節點所知道的最新的目的序列號。源節點序列號用於維持到源的反向路由的特性,目的序列號表明了到目的地的最新路由。當RREQ分組從一個源節點轉發到不同的目的地時,沿途所經過的節點都要自動建立到源節點的反向路由。節點通過記錄收到的第一個RREQ分組的鄰居地址來建立反向路由,這些反向路由將會維持一定時間,一該段時間足夠RREQ分組在網內轉發以及產生的RREP分組返回源節點。當RREQ分組到達了目的節點,目的節點就會產生RREP分組,並利用建立的反向路由來轉發RREP。

  (c)正向路由的建立

  RREQ分組最終將到達一個節點,該節點可能就是目的節點,或者這個節點有到達目的節點的路由。如果這個中間節點有到達目的的路由項,它就會比較路由項裏的目的序列號和RREQ分組裏的目的序列號的大小來判斷自己已有的路由是否是比較新的。如果RREQ分組裏的目的序列號比路由項中的序列號大,則這個中間節點不能使用己有的路由來響應這個RREQ分組,只能是繼續廣播這個RREQ分組。中間節點只有在路由項中的目的序列號不小於RREQ中的目的序列號時,才能直接對收到的RREQ分組做出響應。如果節點有到目的地的最新路由,而且這個RREQ還沒有被處理過,這個節點將會沿着建立的反向路由返回RREP分組。

  在RREP轉發回源節點的過程中,沿着這條路徑上的每一個.節點都將建立到目的節點的同向路由,也就是記錄下RREP是從哪一個鄰居節點來的地址,然後更新有關源和目的路由的定時器信息以及記錄下RREP中目的節點的最新序列號。對於那些建立了反向路由,但RREP分組並沒有經過的節點,它們中建立的反向路由將會在一定時間(Active-Route-Timeout)後自動變爲無效。收到RREP分組的節點將會對到某一個源節點的第一個RREP分組進行轉發,對於其後收到的到同一個源的RREP分組,只有當後到的RREP分組中包含了更高的目的序列號或雖然有相同的目的序列號但所經過的跳數較少時,節點才一會重新更新路由信息,以及把這個RREP分組轉發出去。這種方法有效地抑制了向源節點轉發的RREP分組數,而且確保了最新及最快的路由信息。源節點將在收到第一個RREP分組後,就開始向目的節點發送數據分組。如果以後源節點瞭解到的更新的路由,它就會更新自己的路由信息。

  ③AODV路由表的管理

  節點的路由中除了存儲源和目的節點的序列號外,還存儲了其他有用的信息,這些信息成爲有關路由項的軟狀態。與反向路由相關的是路由請求定時器,這些定時器的目的是清除一定時間內沒有使用的反向路由項。定時器的設置依賴於自組網的規模大小,與路由表相聯繫的另外一個重要的參數是路由緩存時間,即在超過這個時間之後,對應的路由表就變爲無效。

  此外,在每一個路由表中,還要記錄本節點用於轉發分組的活躍鄰居。如果節點在最近一次活躍期間(Active-Timeout)發起或轉發了到某個目的節點的分組,那麼就可以稱這個節點爲活躍節點。這樣,當到達某一個目的節點的鏈路有問題時,所有與這條鏈路有關的活躍節點都可以被通知到。一個路由表還有活躍鄰居在使用,就可以認爲是有效的。通過各個活躍路由項所建立的源節點到目的節點的路徑,也就是一條活躍路徑。路由表中的目的節點序列號,正如在DSDV路由協議中所使用的那樣,可以在無序分組的傳送和節點高度移動的極端條件下避免路由環路的產生。

  移動節點爲每一個相關的目的節點維護了一個路由表。每一個路由表包含以下一些信息:目的地址、下一跳地址、跳數、目的序列號及路由項的生存時間。路由表在每一次被用來傳送一個分組時,它的生存時間都要重新開始計算,也就是用當前時間加上Aetive-Route-Timeout。如果一個移動節點被提供了到達某一個目的節點的新路由,那麼它就會把這個新路由的目的序列號與自己路由表中己有的目的序列號做比較,並將目的序列號大的作爲到達目的節點的路由表。如果目的序列號相同,則採用到目的節點所經過的節點數(跳數)最少的那個路由。

  ④AODV路由維護

  如果節點的移動不是沿着活躍路徑進行的,那麼就不會影響己經建立的路由。如果一個源節點在活躍路徑上移動,它就要向目的節點重新發起一次路由發現過程。如果移動的節點是中間節點或目的節點,那麼一個特殊的RREP分組將轉發到那些受移動影響的源節點。週期性發送的Hello分組可以用來確保鏈路的對稱性,並檢測不能用的鏈路。如果不用Hello分組,也可以採用鏈路層通告機制來報告鏈路的無效性,這樣可以減少延遲。此外,節點在嘗試向下一跳節點轉發分組失敗後,也能檢測出鏈路的不可用性。

  一旦一個節點的下一跳節點變得不可達,這時它就要向利用該損壞鏈路的活躍上游節點發送未被請求的RREP分組,這個RREP分組帶有一個新的序列號(即在的序列號上加1),並將跳數值設置爲二。收到這個RREP分組的節點再依次將RREP分組轉發到它們各自的活躍鄰居,這個過程持續到所有的與損壞鏈路有關的活躍節點都被通知到爲止。源節點在收到斷鏈的通知後,如果它還要與目的節點聯繫,它就需要再次發起新的路由發現過程。這時,它將會廣播一個RREQ分組,這個RREQ分組中的目的序列號要在源節點已知的最新目的序列號之上加1,以確保那些還不知道目的節點最新位置的中間節點對這個RREQ分組做出響應,從而能保證建立一條新的、有效的路由。

  ⑤AODV協議評價

  總之,AODV是一種距離矢量路由協議,採用的算法克服了以前提出的一些算法(如DSDV)的缺點,具有如下優點:

  (a)基於傳統的距離向量路由機制,思路簡單、易懂。

  (b)支持中間節點應答,能使源節點快速獲得路由,有效減少了廣播數,但存在過時路由問題。

  (c)節點只存儲需要的路由,減少了內存的需求和不必要的複製。

  (d)快速響應活躍路徑上斷鏈。

  (e)通過使用目的序列號來避免路由環路,解決了傳統的基於距離向量路由協議存在的無限計數問題。

  (f)具有網絡的可擴充性。

  (g)需要週期性地廣播分組,需要消耗一定的電池能源和網絡帶寬。與DSDV以及其他持續存儲更新路由信息的算法相比,AODV需要相對較長的路由建立時延,不過AODV採取了以下的一些措施來加以改善:

  (a)到某個目的節點的路由可以由知道路由的中間節點進行響應。

  (b)鏈路失效能夠被立即報告,這樣路由可重新建立。

  (c)不活躍的路由在一定時間後會被刪除。

五、路由協議的定性分析

  在理解前述三種路由協議(DSDV,DSR,AODV)的基礎上,可以對各個協議做定性比較。參看圖9列表。由於移動自組網的拓撲變化,因此在定性指標方面實現無環路由和分佈式運行是路由協議的基本要求,在滿足了基本要求和特性的基礎上,提供節能策略、安全性、組播功能和Qos支持是協議評價的重要方面。讀者在今後的深入學習中,可以不斷的開拓視野,嘗試在三種簡單路由協議(DSDV,DSR,AODV)的基礎上學習研究更加完善的實現方案。

點擊放大此圖片

  圖9 移動自組網路由協議比較

  最後,筆者再向讀者提一建議,如果在閱讀本文學習Ad hoc網絡時覺得內容太過抽象,難以形成直觀學習對象的化,不妨自己親自動手,來進行協議仿真實驗。這需要我們進一步查閱具體的文獻資料,並要熟悉掌握我們以前講解過的Opnet等仿真工具的使用。這樣,在實踐的基礎上,你將在網絡技術的學習上真真正正邁上一大步。由於篇幅有限,本文對仿真過程將不做詳述,如果有可能,在今後的後續文章中,將針對Ad hoc網絡仿真做一專題講解。

參考文獻

1.天極網,http://net.yesky.com/413/3501413.shtml

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章