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adhoc网络层路由协议总结


移动 Ad Hoc 网络层路由协议总结 描述 Ad Hoc 路由质量指标:
? 快速自适应链路变化; ? 达到目标节点的最少跳数路径; ? 传播时延; ? 开环; ? 链路质量; Ad Hoc 网络中,由于通信半径的限制,网络节点之间是通过多跳数据转发 机制进行数据交互的,需要路由协议完成分组转发决策。与传统路由协议相比, Ad hoc 路由协议的设计面临着网络拓扑动态变化、带宽受限、信道容量变化、 移动终端有限的可用资源等新的问题和挑战。

1.移动 Ad Hoc 网络的主动式路由协议
1.1 最优化链路状态路由(OLSR)协议 协议概念
OLSR 路由协议是由 IETF MANET(Mobile Ad hoc NETwork)工作组为无线移动 Ad Hoc 网提出的一种标准化的表驱动式优化链路状态路由协议。节点之间需要 周期性地交换各种控制信息,通过分布式计算来更新和建立自己的网络拓扑图, 被邻节点选为多点中继站 MPR(MultipointRelay)的节点需要周期性地向网络广 播控制信息。控制信息中包含了把它选为 MPR 的那些节点的信息 ( 称为 MPR Selector),只有 MPR 节点被用作路由选择节点,非 MPR 节点不参与路由计算。 OLSR 还利用 MPR 节点有效地广播控制信息,非 MPR 节点不需要转发控制信息。 OLSR 主要采用两种控制消息分组,HELLO 分组和 TC(Topology Control)分 组。 HELLO 消息用于建立一个节点的邻居表, 报文中可以包括邻居节点的地址以 及本节点到邻居节点的延迟或开销,OLSR 采用周期性地广播 HELLO 分组来侦听

邻居节点的状态。HELLO 分组只在一跳的范围内广播,不能被转发。与 HELLO 消 息相反,TC 分组必须被广播到全网。 节点在从自己的一跳邻居节点中选择 MPR 时计算的原则是: 节点与 MPR 之间 必须是双向对称链路, 节点所发送的分组通过 MPR 的中继,能够到达所有对称的 两跳邻居节点,如果能够满足这一点,那么 MPR 就能有效地进行 TC 分组的转发, 同时,应该使 MPR 的数量尽量的少。

MRP

MRP A

MRP

OLSR 路由协议

优缺点
WRP 的优点是当节点检测到任何链路变化时便检查邻居的一致性,有助于消 除环路以及加速算法收敛。 缺点是由于 WRP 需要保存四张路由表且依赖于周期性 的 Hello 消息, 这些需要大量的存储空间和计算资源, 浪费了内存和带宽。 另外, WRP 的可扩展性不强,不适用于大型的 Ad Hoc 网络。 1.节点之间需要周期性地交换各种控制信息:使接入 Ad Hoc 网的结点所处环境 比较嘈杂; 2. TC 分组必须被广播到全网。全网处于动态游走的状态,需要周期性更新 TC 分组;占用带宽比较严重。

1.2 基于反向路径转发的拓扑分发(TBRPF)协议 协议概念
TBRPF 协议是一种先应式的链路状态路由协议,提供逐跳的最短路径。每个 节点根据缓存在拓扑表中的局部拓扑信息,利用 Dijkstra 算法,计算到目的节 点(网络中的其他节点)的路由。TBRPF 协议包括两个模块: 路由模块:协议允许每个结点迅速检测出相邻结点 j,这样在结点 i 的接口 I 和 结点 j 的接口 J 之间存在一条双向(I,J) 。TND 协议也能够迅速检测出一条双向 链是否中断或者变成一条单向链。TND 协议只报告链路状态中已经发生变化的那 部分,从而能够快速的检测出网络拓扑变化。TBRPF 使用周期性的更新消息和增 量的更新消息保证邻节点获得计算路由所需的状态信息——节点源树的一部分。 为了减少开销。每个节点只向邻节点报告自己的部分源树 ——成为源树的报告 部分。 为了改善协议的鲁棒性。 让节点获得更多的拓扑信息从而计算出多条路径, 并且使得中继优先级高的节点更大可能地为其他节点转发分组, 每个节点可以独 立地选择报告除源树的报告部分之外的拓扑信息。 邻居发现模块:通过“增量 HELLO”分组,节点可以实现邻居发现功能。节 点周期性发送的增量 HELLO 分组,只报告发生变化的邻节点的状态信息,而不是 报告所有的邻节点的状态信息, 所以其分组长度比其它链路状态路由协议的分组 要小得多。

优缺点
优点:能够快速的检测出网络拓扑变化,适用于小型 Ad Hoc 网络; 缺点:Dijkstra 对大型的移动网络不使用,重复算法步骤太多,需要时时更 新 Dijkstra 算法结果;TBRPF 通过周期性的更新消息来维护拓扑结构,大量占 用网络带宽,这也是先验性网络路由的通病。

1.3 FSR 路由协议 协议概念
FSR 是针对一个移动自组织网坏境开发的简单、有效的链路状态类型的主动 路由协议。FSR 是对 LS 算法的改进,他只在邻里结点间交换 LS 消息。此外 FSR 协议将鱼眼技术引入到传统的 LS 路由协议中,对于路由表中不同的记录采用不 同的时间间隔记录采用不同时间间隔交换 LS 消息,对于较近的结节用较短的时 间间隔交换 LS 消息,对于较远的结点用较长的间隔交换 LS 消息。 “鱼眼”技术被运用于 FSR 协议中,从属于不同鱼眼域的结点分别用不同频 率向周边结点广播新的路由更新消息, 每个结点可以通过结点之间相互交换路由 消息而获取关于全网的拓扑消息。结点更新路由信息的时间周期根据距离而定, 因此对于处于同一鱼眼域内部的结点路由而言都是相对精确的。 当网络中洪泛过 大时,FSR 路由协议不会生成任何路由控制指令,而且不会在下一个路由更新消 息中附带关于路由瘫痪的消息, 而是直接删除结点路由表中的相关路由以及网络 拓扑信息。这种路由协议使用于结点移动随机性大/网络拓扑结构变化比较频繁 的环境。 目的序列号使得结点能够一举最新的路由状态消息去维护网络拓扑结构, 避免传输过程中出现环路。

2.移动 Ad Hoc 网络的按需路由协议
2.1 按需距离矢量路由(AODV)协议 协议概念
AODV 路由协议是一种典型的按需驱动路由协议,该算法可被称为纯粹的需求 路由获取系统,那些不在活跃路径上的节点不会维持任何相关路由信息 ,也不会 参与任何周期路由表的交换 ?此外,节点没有必要去发现和维持到另一节点的路 由,除非这两个节点需要进行通信路由发现过程: 在 AODV 中, 使用了 RREQ, RREP, RERR。 首先需要数据发送的节点向周边节点广播包括源节点地址和序列号、目标

节点地址和序列号、路由记录和唯一的 ID 号的“路由请求”RREQ 信息。
跳数 状态标识 目标节点序列号

目标节点IP地址
目标节点路由器序列号

下一条节点IP地址 生存时间 前向节点指针

AODV 路由表项 当任意节点接收到 RREQ, 检查 ID 号和源节点地址, 若 ID 和源节点地址相同, 则丢弃 RREQ;否则,该节点建立回到源节点的反向路由;若本节点地址即为所 要查找目标节点,则将 RREP 沿反向路由发回到源节点,RREP 数据分组头要加上 路由所用节点路由信息,每个节点维护前向路由条目,并且跳数加 1,源节点只 接受先到达的 RREP;若本节点不是目标节点,则检查是否有到达目标节点的路 由,若有,则检查本节点路由表和 RREQ 中目标节点 ID 号大小,若本节点的大, 将 RREP 发回到源节点,表示路由己经找到,并且跳数加 1,若小于或若无路由 信息,则将 RREQ 向邻近节点广播,并且跳数加 1。可能有多个节点建立反向路 由,当 RREP 回送不经过某条路由,他会因超时而取消。
D 4

2

此路不通,向源节点发送 RERR,要求源节点重新寻找 路由 3

1

S

AODV 路由寻找过程

优缺点
AODV 在中小规模 Ad Hoc 网络优势较为明显,路由发现和维护过程都是按需 的,节点只存储需要的路由,减少了内存的需求和不必要的复制,RREP 都包含 路由所经过节点的路由信息。路由找寻和建立时间长,原路返回机制不够合理。 3.2 基于互相关系的路由(ABR)协议 协议概念 协议格式 优缺点

3.3 具有 QoS 意识的 AODV 路由协议 协议概念 协议格式 优缺点

2.2 DSR 路由协议 协议概念
DSR 协议的特别之处是它运用了源路由算法,即只有发送节点知道完整的到 目的节点的多跳路由。 这些路由被储存在缓存内。被发送的数据分组在其分组头 内携带源路由信息。 一个 Ad Hoc 网络中的节点欲发送数据到目的节点,但是当它检查自己缓存 的中没有到目的节点的路由时, 它将启动路由发现过程。源节点用泛洪的方式给 网络中的其他节点发送路由请求分组(RREQ) 。每一个收到该分组的节点向它的 邻节点转发该分组, 除非它就是目的节点或者在它的缓存中存有到目的节点的有 效路由。 这样的节点将会回复一个路由应答分组 (RREP) 给源节点。 RREQ 和 RREP 分组也是服从源路由算法的。由 RREQ 分组建立了一条到目的节点的穿越网络的 路径,RREP 分组利用该路径反转路由而到源节点。源节点则将收到的 RREP 分组

所携带的路由信息储存到它的缓存内以备后用。 如果源路由中的任何一段链路由于一些原因而中断了,则会有一个路由出错 分组(RRER)通知源节点。源节点会将它的缓存内的包含那一跳的路由删除。并 且源节点将会启动新的路由建立过程。 抢修:当分组传送过程遇到链路断开时可由中间节点根据自己的缓存来选择 另一条路由。在发送 RERR 分组之后,节点可能试图抢修遇到路由出错的数据分 组而不是丢弃它。它首先搜索自己的路由缓存,若查找到目的节点的路由,则通 过用自己缓存中的路由替换分组中的源路由来抢修数据分组。 无确认路由修复: 源节点在收到 RERR 分组时, 可把它包含在下次发送的 RREQ 中,这样可以帮助网络中其他节点获得 RERR 信息,刷新缓存。 混合侦听:当节点侦听到并不是发给自己的分组时,它检查存储器,如果有 通过自己的更好的路由,就发送 RREP 给源节点。这样可以让节点不需要直接参 与路由过程也获得路由信息。在另一方面,如果听到的是 RREP 分组,对方就停 止 RREP 的传送,可以在一定程度上避免 RREP 分组泛滥。 随机延迟:为了防止 RREQ 在泛洪过程产生冲突,每个节点在收到 RREQ 分组 时,转发前随机延迟一段时间。节点为某个路由请求启动路由建立过程,在收到 RREP 分组之前,如果还没有超过最小时间限制,节点不为该请求再次启动路由 建立。 路由建立过程稍带数据分组:在业务产生而节点没有路由可用时,启动路由 建立机制,在等待路由应答的这段时间内,数据分组或者被缓存或者被丢弃。如 果在 RREQ 中捎带数据分组,可以从一定程度上减少分组传输的时延。但是,数 据分组不能太大。 当然, 如果中间节点收到路由请求分组并根据它的路由缓存发 送分组,就会丢弃捎带的数据分组。为了避免这种情况,中间节点在丢弃 RREP 分组之前,必须重新构造数据分组。而且数据分组的路由分为两段:前一段来自 RREQ 分组的路由记录部分,后一段来自路由缓存,而且,该数据分组的源节点 为启动路由建立的节点。

优缺点
优:抢修遇到路由出错的数据分组而不是丢弃它,一定程度上避免了错误重传,

有效的提高了网络链路利用率; 缺点也比较明显,采用了泛洪机制,占用网络宽带;需要绝对的双工链路模式支 持;建立链路回传过程复杂;

2.3 临时预定路由(TORA)协议 协议概念
TORA 协议是基于“逆向链路”算法的路由协议,是具有高度的自适应性的 分布式路由算法。它既不是距离矢量路由算法,也不是链路状态路由算法。它能 提供原节点到目的节点的多条路由,当拓扑发生变化时,它可以把控制信息限制 在拓扑变化点的一个很小范围内,从而降低开销。 TORA 协议具有 3 个阶段:路由建立阶段、路由维护阶段和路由消除阶段。 路由建立和维护采用“高度”作为度量标准来建立有向无环图(DAG),路由 创建由 QRY(查询)和 UPD(更新)两个控制分组完成。路由维护是在节点检测 到链路失败时, 采用部分链路翻转算法,保证路由正确性维护以目的节点为根的 DAG 的过程。在路由清除过程中节点广播 CLR 命令,清除无效路由。该算法的 缺点在于会产生类似于距离矢量算法中计数之无穷的问题, 有在网络中产生振荡 的隐患。

优缺点
分布式路由算法,传输速度快,能够保证在网络拓扑在有效时间完成一次快 速资源共享过程。

3.移动 Ad Hoc 网络的混合式路由协议
3.1 域路由协议(ZRP)
路由协议 ZRP 是混合使用主动和按需路由策略的自组网路由协议, 巧妙的结合了这两种 路由协议的特点。ZRP 是一个分区路由协议,将整个网络分成若干个以节点为中心、一定的 跳数为半径的虚拟区。与一般的分级路由协议不同,区内的节点数与设定的区半径有关,因 此 ZRP 的区重叠程度很高, 许多节点可能同时属于多个区域, 每个区域的半径长度由用户设 定。

ZRP 中,分级被称为“域”。域形成算法比较简单,它是通过一个重要的协议参数—区域 半径(以跳数为单位) ,指定每个节点维护的区域大小,即所有距离不超过区域半径的节点 都属于该区域。一个节点可能同时从属于多个区域。 为了综合利用按需路由和主动路由的各自优点, ZRP 规定每个节点采用 DVA 主动路由协 议维护去往域内节点的路由,采用类似于 DSR 协议中的按需路由机制寻找去往区域外节点 的路由。 ZRP 协议的性能很大程度上取决于区域半径参数值。 通常,小的区域半径适合在移动 速度较快的节点组成的分级网络中使用; 大的区域半径适合在移动速度慢的节点组成的稀疏 网络中使用。

3.2 抢先式路由协议
抢先式路由维护算法结合按需算法和表格驱动算法的优点:由于只是很可能 中断的活动路由才触发路由更新,所以路由开销仍然保持在低水平状态;由于提 前纠正操作,其路由开销最低,但是这种操作是反应式的。因此当路由中高端的 时候,流的连接被打断,带发送分组需要等待一段时间,这就增大了分组的平均 传输时延,加剧了分组传输时延的变化(抖动) 。抢先式解决方法是抢先寻找其 他路径。 抢先式路由算法是一种辅助方法,起到锦上添花的效果。对按需路由有普适 作用。

3.3 灵敏混合自适应路由(SHARP)协议
SHARP 由主动式路由协议和反应式路由协议组成;它在主动式路由策略和反 应式路由策略之间高效、无缝的自适应。 SHARP 通过动态调整每个目的节点的主动域半径来控制路由协议的性能。每 个目的节点根据网络特点(移动速率、结点密度)和数据流特征(源节点数量、 源节点与目的节点之间距离)改变其主动域的大小。

4. 移动 Ad Hoc 网络的多径路由技术
4.1 按需路由多径距离路由(AOMDV)协议
AOMDV 路由协议是在 AODV 路由协议基础上扩充而成的。AOMDV 协议计算“多 条开环、链路不相交路径” ,提供有效的容错能力,快速、有效恢复动态网络中 的中断路由。AOMDV 主要思想就是在路由找寻期间计算多条路径。 4.2 分离多径路由(SMR)协议 SMR 协议建立和使用最大不相交路径的多条路由。多条路由是按需寻找的, 其中有一条是最短时延路径,SMR 建立的各条路由不必等长度。将数据流划分到 各条路由上传输,以便避免拥塞,高效利用有效的网络资源。提供多条路由有助 于使路由恢复进程的调用频次达到最小和使控制消息开销最少, 所以对于网络通 信是有益处的,特别是在移动无线网络中更加有益。 SMR 多径路由协议有两种维护方法。第一种方法是当一个会晤使用的两条路 由中只要任何一条路由中断则建立一对新的路由。 第二种方法是只有两条路由全 部中断后才重新进行路由寻找。仿真表明 SMR 协议性能优于 DSR 协议。

4.3 多径源动态路由(MP-DSP)协议 4.4 可靠数据交付安全(SPREAD)协议 4.5 载荷平衡多径路由(MRP-LB)协议

5. 移动 Ad Hoc 网络的多目标路由协议
5.1 按需路由矢量多目标路由(MAODV)协议

5.2 基于互相关系的多目标路由(ABAM)协议 5.3 按需多目标路由(ODMRP)协议 5.4 自适应按需驱动多目标路由(ADMR)协议

路由协议指标
路由算法的性能通常用以下指标进行衡量: (1)时间复杂度:算法在选定参与转发报文的节点时,所耗费时间的量级。 (2)消息复杂度:算法在选定参与转发报文的节点时,所发送分组数的量级。 (3)消息域:算法在选定参与转发报文的节点时,所必需知道的拓扑图的信息 范围。 (4)可扩展性:算法在网络规模变大时,是否仍然具有良好的性能。 (5)容错性:算法在网络内有节点失效时,其性能是否仍然良好。 (6)数据汇集:算法是否具有冗余数据处理能力。 (7)能耗:实现容错性时算法在能量消耗方面的性能。 下表列出了一些常用的路由协议及其各项指标的情况:


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