无线自组网的学习总结

无线自组织网的路由协议性能分析

1.什么是自组织

混沌系统在随机识别时形成耗散结构（什么是耗散结构？系统在远离平衡态条件下, 通过与外界进行交换及组分间非线性关系所形成的一种新型有序组织结构。）的过程被定义为自组织。如果一个系统靠外部指令而形成组织，就是他组织；如果不存在外部指令，系统按照相互默契的某种规则，各尽其责而又协调地自动地形成有序结构，就是自组织。

2.什么是无线自组织网

无线自组织网络即MANET(Mobile Ad Hoc Network)，是一种不同于传统无线通信网络的技术。传统的无线蜂窝通信网络，需要固定的网络设备如基地站的支持，进行数据的转发和用户服务控制。而无线自组织网络不需要固定设备支持，各节点即用户终端自行组网，通信时，由其他用户节点进行数据的转发。这种网络形式突破了传统无线蜂窝网络的地理局限性，能够更加快速、便捷、高效地部署，适合于一些紧急场合的通信需要，如战场的单兵通信系统。但无线自组织网络也存在网络带宽受限、对实时性业务支持较差、安全性不高的弊端。目前，国内外有大量研究人员进行此项目研究。

无线自组织网络(mobile ad-hoc network)是一个由几十到上百个节点组成的、采用无线通信方式的、动态组网的多跳的移动性对等网络。其目的是通过动态路由和移动管理技术传输具有服务质量要求的多媒体信息流。通常节点具有持续的能量供给。

3.自组织网的无线路由协议

路由器提供了异构网互联的机制，实现将一个网络的数据包发送到另一个网络。而路由就是指导IP数据包发送的路径信息。路由协议就是在路由指导IP数据包发送过程中事先约定好的规定和标准。

路由协议通过在路由器之间共享路由信息来支持可路由协议。路由信息在相邻路由器之间传递，确保所有路由器知道到其它路由器的路径。总之，路由协议创建了路由表，描述了网络拓扑结构；路由协议与路由器协同工作，执行路由选择和数据包转发功能。

3.1主动路由

主动路由的路由发现策略与传统路由协议相似主动路由的路由发现策略与传统路由协议类似，节点通过周期性地广播路由信息分组，交换路由信息，主动发现路由。同时，节点必须维护去往全网所有节点的路由。它的优点是当节点需要发送数据分组时，只要去往目的节点的路由存在，所需的延时很小。缺点是主动路由需要花费较大开销，尽可能使得路由更新能够紧随当前拓扑结构的变化。然而，动态变化的拓扑结构可能使得这些路由更新变成过时信息，路由协议始终处于不收敛状态。

在自组网路由协议的研究初期，主要思路是修改有线网络的路由协议以适应在自组网环境中运行。这些路由协议大多属于主动路由。在下面的各种主动路由协议的过程描述中，将着重说明如何对传统路由协议的改进以适应自组网环境中运行。

3.1.1 DSDV

DSV(destination-sequenced distance-vector)协议是在DVA基础上进行改进设计的。它被认为是最早的自组网路由协议。DSDV的特点是采用了序列号机制用于区分路由的新旧程度，防止DVA可能产生的路由环路。它的缺点是不适应变化速度快的自组网，不支持单向

信道。

3.1.2 WRP

WRP(wireless routing protocol)协议是在路径发现算法PEA(path finding algorithm)基础上改进设计的。PEA与DVA不同，它利用去往目标节点的路径长度和相应路径的倒数第二跳节点信息加速路由协议收敛速度，改善DVA中路由环路问题。WRP对PFA的改进之处在于当节点i监测到与邻居节点j的链路发生变化时，i会检查所有邻居节点关于倒数第二跳节点信息的一致性，而PFA只会检查节点j关于倒数第二跳节点信息的一致性。这种方式可以进一步地减少出现路由环路的次数，加快算法的收敛速度。

3.2.3STARA

STARA(system and traffic dependent adaptive routing algorithm)协议采用最短路径算法计算路径，但“最短”路由度量采用了平均延时时间，而不是常用的跳数，也就是说STARA在进行分组路由时，考虑了无线链路的容量和排队延时等因素。每个节点i采用改进的端到端确认协议为每一对源和目的节点(i，d)计算平均延时D(t)，方法如式3-1所示。其中, λ∈[0,1]，为遗忘因子，用于调整历史延迟值和当前延迟值的权重关系: k∈N，N 表示节点i一跳可以到达的所有邻居节点的集合。然后根据式3-2所示，将经过的交通流量分配给不同的邻居节点，目标是使得所有可用的路径具有相同的延时。需要特别指出的是，这种路径平均延时估测机制并不需要双向信道和节点间的时钟同步的支持。

D d ik（t）=1∕(1-λ)×Σ[λi×D(t-l)] 3-1 P d ik(t)=P d ik(t-1)+a(t)×(D i d(t)-D d ik(t)) 3-2

3.2按需路由

与主动路由相反，按需路由认为在动态变化的自组网环境中，没有必要维护去往其他所有节点的路由。它仅在没有去往目的节点路由的时候才“按需”进行路由发现。因此，拓扑结构和路由表内容是按需建立的，它可能仅仅是整个拓扑结构信息的一部分。它的优点是不需要周期性的路由信息广播，节省了一定的网络资源。缺点是发送数据分组时，如果没有去往目的节点的路由，数据分组需要等待因路由发现引起的延时。

按需路由协议通常由路由发现和维护两个过程组成。当源节点发现没有去往目的节点的路由时，触发路由发现过程。这个过程类似于有线网络中建立电路连接的协商过程。

图一按需请求示例

图一是一个典型的路由请求过程。源节点A在自组网中广播路由请求分组，邻居节点B 和F收到路由请求分组后，记录分组经过了该节点，然后继续转发，直到到达了目的节点E。

节点E将会收到来自两条不同路径的路由请求分组，每个路由请求分组中包含有相应的路径信息。节点E根据一定的选择原则选取一条从源节点到目标最优路径，并将该信息附在向源节点A发送的路由回答分组中，作为对路由请求的响应。源节点A根据收到的路由回答分组更新路由信息，从而获得去往目的节点E的路由。当拓扑结构发生变化时，通过路由维护过程删除失效路由，重新发起路由请求过程。路由维护通常依靠底层提供的链路失效检测机制进行触发。

3.3.1DSR

DSR(dynamic source routing)协议是最早采用按需路由思想的路由协议。它包括路由发现和维护两个过程，协议操作与上节描述的过程基本一样。它的主要特点是使用了源路由机制进行分组转发。这种机制最初是IEE802.5协议用于在网桥互连的多个令牌环网中节点寻找路由。DSR协议借鉴了这种机制，并加入了按需思想而形成。

SR的优点是中间节点不用维护去往全网所有节点的路由信息，而且可以避免出现路由环路。它的缺点是每个数据分组都携带了路径信息，造成协议开销较大。而且也不适合网络直径大的自组网，网络可扩展性不强。

3.3.2AODV

AODV(ad hoc on demand distance vector)协议是在DSDV协议基础上结合类似DSR中的按需路由机制进行改进后提出的。不同之处在于AODV采用了逐跳转发分组方式，而DSR 是源路由方式。因此，AODV在每个中间节点隐式保存了路由请求和回答的结果，而DSR将结果显式保存在路由请求和路由回答分组中。此外，AODV的另一个显著特点是它加入了组播路由协议扩展，并支持QOS。它的缺点是不支持单向信道，原因是AODV协议基于双向信道的假设工作，路由回答分组直接沿着路由请求的反方向回到源节点。

3.3.3TORA

TORA(temporally-ordered routing algorithm)协议是在有向无环图DAG(directed acyelicgraphic)算法的基础上提出的一种按需路由协议。它分为路由发现、路由维护和路由消除三个过程。TORA的路由发现与其他按需路由协议一样，首先在网中扩散路由请求分组。但在路由回答中，采纳了DAG算法。其主要思想是:将每个节点分配一个相对于源节点的“高度值”，其中目的节点的“高度值”最低，并根据相邻节点之间的“高度值”的比较从而形成一条或多条的有向路径，方向是从“高度值”大的节点指向小的节点。从图论的角度来看，即为一棵根为目的节点的有向无环图。算法的具体实现是通过路由回答分组(在TORA协议中正式名称为更新分组)在回到源节点的过程中完成的。为了在拓扑结构发生变化时能够迅速重新生成路由，并将产生的协议分组限制只在受到影响的节点中扩散，TORA协议仍然采用上述算法重新构造失效的DAG。

TORA协议的缺点主要有:一是协议的有效运行依赖于网络的高连通度提供路由维护所需的多条备选路径;二是TORA协议需要依靠IMEP(Intemet manet encapsulation protocol)协议提供邻居节点信息和底层可靠有序传输等功能，CMU Monarch小组的仿真研究结果表明TORA协议开销比其他按需路由协议大的主要原因在于使用了IMEP协议;三是它也不支持单向信道。

3.3.4LAR

LAR(location aided routing)协议是一个基于预测节点当前位置算法的按需路由协议。它的目标是如何有效提高路由请求的效率，限制路由请求过程中被影响的节点数目。类似的思想也已出现在移动蜂窝电话系统中选呼机制(selective paging)中。

LAR假设节点采用GPS系统获得位置信息，且每个节点都知道其他节点的平均运动速度。