AD HOC 路由协议_20101020101034478

• （1）点到点证实机制，又称为逐跳证实机 制。
– 即相邻节点间通过数据链路层的消息证实或者 高层应用层之间的消息证实机制，来检测路由 中各邻节点的可达性。当发现节点间的传输故 障，即路由不再有效时，向上级节点发送“路 由差错”报文，收到路由差错报文的节点根据 此信息将该路由从本节点的路由缓冲区中删除。
– 一是节点维护准确路由信息的代价高，要频繁 地交换拓扑更新信息； – 二是有的时候可能刚得到的路由信息随即又失 效了。
• 因此，DSDV协议主要用于网络规模不是很 大，网络拓扑变化相对不是很频繁的网络 环境，而在拓扑变化频繁的网络中必须采 用其他的方法。
• DSR（Dynamic Source Routing）路由协 议 • DSR协议是一种基于源路由方式的按需路 由协议。
– 如为缓冲路由设定有效期，超过有效期的路由 将被认为无效，将其从缓冲区中删除。
分簇式路由协议中分层结构图
4. 评价Ad Hoc网络路由协议的标准
• 评价一种Ad Hoc网络路由协议的性能主要包括以 下几个方面的指标
– 端到端的数据吞吐量和时延：通过报文传输质量的好 坏来衡量路由协议性能的好坏。 – 路由请求的时间：即统计节点有数据需要发送到数据 成功发送的时间，这主要用于按需路由方式的Ad Hoc 网络路由协议的性能评价； – 路由协议的效率：即完成路由任务的控制信息与用户 数据信息的比率。尤其是在控制信息与数据信息共享 同一信道的情况下，该性能将直接影响到整个系统效 率的高低。
• 随着网络规模的逐步扩大，网络中节点个 数不断增加，每个节点要想维护整个网络 的拓扑信息或选择到远端节点合适的路由 将十分困难，由此产生了分簇式路由协议。
• 在分簇式路由协议中，网络节点按照不同 的分簇算法分成相应的簇（或群）。簇中 的每个节点完成的功能是不相同的
– 簇首节点维护和管理本簇范围内节点，负责簇 内节点的通信，同时为簇间节点通信提供合适 的路由信息； – 网关节点负责与相邻簇节点通信。
• 如下图所示为DSR的路由响应过程。假设 信道是双向信道，节点D根据最短路由原则 选择了路由（A-B-C-D）作为最终路由，将 此信息通过反向路由发送至源节点A。
DSR路由响应过程
• 如果信道是单向呢？
2．路由维护
• 传统的路由协议中通过周期性广播路由更 新消息将路由发现和路由维护过程合二为 一。而在DSR协议中，由于没有这种周期 性的广播，节点必须通过路由维护过程检 测路由的可用性。 • 按照路由维护的不同检测方法，可以将路 由维护分为以下两种：
• 通过这种方法，路由请求报文将最终到达 目的节点。 • 如下图所示为节点A到节点D的路由请求过 程。虚线箭头代表路由请求消息发送，括 号中的内容代表消息中的路由记录。
DSR路由请求过程
• 几个注意的问题： • （1）由于节点B已经收到节点A的路由请求， 因此不再处理节点F的路由请求消息； • （2）节点D可能会同时收到节点C和E的路 由请求消息，造成消息碰撞，反而收不到 正确的路由请求，因此在Ad Hoc网络中， 广播并非完全可靠。可以采用一定的策略 来避免，如节点随机延时发送，或者节点 间采用证实机制等。
• 在DSDV路由协议中，每个节点都维护一张 路由表，该路由表表项包括
– 目的节点 – 跳数 – 下一跳节点 – 目的节点序号
• 每个节点周期性地与邻节点交换路由信息， 或者根据路由表的改变来触发路由更新。
• 路由表更新有两种方式：
– 一种是全部更新（Full dump），即拓扑更新消 息中将包括整个路由表，主要应用于网络变化 较快的情况； – 另一种方式是部分更新（Incremental update），更新消息中仅包含变化的路由部分， 通常适用于网络变化较慢的情况。
• （1）动态变化的网络拓扑结构。 • （2）周期性地广播拓扑信息会占用大量的 无线信道资源，耗费电池能源，将会严重 降低系统的性能。尤其是在拓扑变化频繁 的Ad Hoc网络环境中，可能当路由算法还 未收敛时，网络的拓扑结构就又发生了变 化。
• （3）单向的无线传输信道。
3. Ad Hoc网络路由协议的分类
AD-HOC路由协议
源自文库
• 在Ad Hoc网络中，随着节点移动，网络拓 扑结构在不断变化。如何迅速准确地选择 到达目的节点的路由（即网络的路由选择 问题），是Ad Hoc网络的一个重要和核心 的问题。
1. Ad Hoc网络与传统移动通信系统 在路由问题上的区别
• 1．Ad Hoc网络与蜂窝移动通信系统的区别
5. 几种典型的Ad Hoc网络路由协议
• DSDV（Destination-Sequenced DistanceVector Routing）路由协议 • DSDV协议是基于传统Bellman-Ford路由选 择算法经改良而发展出来的，是一个基于 表驱动的路由协议，它的最大优点是解决 了传统距离矢量路由协议中的无穷环路问 题。
按需路由协议的路由发现过程
• 根据网络拓扑结构的差异，又可以将它们 分为
– 平面结构的路由协议（Flat Protocols） – 分簇路由协议（Clustered Protocols）。
Ad Hoc网络拓扑结构
• 在平面结构的路由协议中
– 网络结构简单 – 网络中的节点都处于平等的地位 – 它们所具有的功能完全相同 – 各节点共同协作完成节点间的通信。
• 根据发现路由的驱动模式的不同，可以将 这些路由协议分为
– 表驱动路由协议（Table Driven Protocols）在 表驱动路由协议中，每个节点需要实时地维护 路由信息，当网络规模较大、拓扑变化较快的 环境中，大量的拓扑更新信息会占用过多的信 道资源，使得系统效率下降。 – 按需路由协议（Source-Initiated On-Demand Protocols）
• （2）端到端证实机制。在有些应用中要求 端到端节点间的证实，通过端到端的证实 机制可以用来检测整个路由的有效性。
3．路由缓冲技术优化策略
• 在DSR协议中，为了提高系统效率，协议 中采用了路由缓冲优化策略。
– 由于无线广播信道的特点，节点可以处于“混 合监听”状态，即可以听到相邻节点发出的所 有报文，包括路由请求、路由响应等。这些报 文中携带了网络的一些路由信息，节点通过缓 存这些路由信息，可以尽量减少每次发送新报 文时启动的路由发现 过程，以提高系统的效率。
• 蜂窝移动通信系统网络结构比较稳定。而 在Ad Hoc网络环境下，节点的频繁随意移 动，造成网络拓扑结构发生经常性的变化， 使得路由表项经常改变。
• 2．Ad Hoc网络与无线局域网的区别
– 无线局域网是一个单跳的网络。而Ad Hoc网络 则是一个多跳的网络。
2. 传统Internet网络路由协议
• 需要注意的是：即使是同一个路由协议， 在不同的环境中，其性能好坏可能有很大 的差异 • Ad Hoc网络组网环境主要涉及的内容有：
– 网络的规模大小，即网络中节点个数的多少； – 网络的拓扑结构变化速度； – 节点的移动速度； – 信道的传输带宽和单向信道的比率 – “休眠”节点的比率等。
• 因此，在分析比较各种Ad Hoc网络路由协 议性能时,要注意环境因素对各路由协议的 影响。
– 如节点F在发起到节点D的路由请求时，当报文 到达节点B时，节点B中有缓冲路由B-C-D，此 时节点B可以直接回复路由响应（F-B-C-D）。 这样一方面加快了路由请求的响应，同时也减 少了路由请求消息的广播。
• 尽管路由缓冲技术能够在一定程度上提高 系统的效率，但同时一些错误或过期的路 由缓冲信息（如由于某些节点的移动使得 路由失效）也会对网络带来负面影响，这 些错误的路由信息可能会影响和感染其他 节点。 • 对此，可以采用一定的策略来减少其影响。
• 目的节点根据收到的源节点路由请求报文 回送“路由响应”报文。目的节点在将 “路由响应”报文转发到源节点时，需要 考虑这样几种情况：
– （1）目的节点有到达源节点的路由。此时目 的节点可以直接使用该路由回送响应报文；
– （2）如果目的节点没有到源节点的路由，此 时需要考虑节点通信信道问题：
• ①如果网络中所有节点间的通信信道是对称的，此 时目的节点到源节点的路由即为源节点到目的节点 的反向路由； • ②如果信道是非对称的，目的节点就需要发起到源 节点的路由请求过程，同时将路由响应报文捎带在 新的路由请求中。
• 在DSR协议中，当发送者发送报文时，在 数据报文头部携带到达目的节点的路由信 息，该路由信息由网络中的若干节点地址 组成，源节点的数据报文就通过这些节点 的中继转发到达目的节点。
• 与基于表驱动方式的路由协议不同的是， 在DSR协议中，节点不需要实时维护网络 的拓扑信息，因此在节点需要发送数据时， 如何能够知道到达目的节点的路由是DSR 路由协议需要解决的核心问题。
• 目前在Internet中常用的内部网关路由协议 主要有两种。
– 基于距离矢量的路由协议（如RIP协议） – 基于链路状态的路由协议（如OSPF协议）。
• 这两类协议都是针对固定网络而设计的， 它们都需要周期性地交换信息维护网络正 确的路由表或网络拓扑结构图。 • Ad Hoc网络带宽有限、拓扑变化频繁，这 些传统的用于固定网络的路由协议不适用 于Ad Hoc网络，主要体现在以下几个方面。
– （3）如果请求报文的目的节点就是本节点， 则路由记录节点中的节点地址序列构成了从源 节点到目的节点的路由。节点向源节点发送 “路由响应”报文，同时将该路由拷贝到“路 由响应”报文中；否则转步骤（4）； – 4）该节点是中间节点。将节点地址附在报文 的“路由记录”字段后，同时向邻节广播该路 由请求。
• 如下图所示，节点A 通过发起目的节点为D 的路由请求过程，获得路由A-B-C-D，同时 节点A也获得了到达该路由中所有节点（如 节点B、C）的路由，节点B等中间节点也 获得了到达节点D的路由。
DSR路由缓冲技术
• 同时，中间节点在收到源节点的路由请求 时，如果本节点路由缓冲区中有到目的节 点的路由，可以直接回复路由响应消息。
• 在DSDV中只使用序列号最高的路由，如果 两个路由具有相同的序列号，那么将选择 最优的路由（如跳数最短）。
DSDV优缺点
• DSDV路由协议中，节点维护着整个网络的 路由信息，这样在有数据报文需要发送时， 可以立即进行传送，因而适用于一些对实 时性要求较高的业务和网络环境。
• 但是在拓扑结构变化频繁的无线网络环境 中，DSDV可能存在一定的问题，
• DSR路由协议主要由路由发现和路由维护两部分 组成。
– 路由发现过程主要用于帮助源节点获得到达目的节点 的路由。 – DSR协议通过路由维护过程来监测当前路由的可用情 况，当监测到路由故障时，将调用新的一轮路由发现 过程。如路由中的节点由于移动、关机等原因无法保 证到达目的节点时，当前的路由就不再有效了。 – 同时为了提高系统性能，在DSR协议中，还引入了一 系列的优化技术，如路由缓冲（Route Cache）等。下 面分别介绍这三部分内容。
• 中间节点在收到源节点的路由请求报文后， 按照以下步骤处理报文：
– （1）如果路由请求报文的<源节点地址，请求 ID>存在于本节点的序列对列表中，表明此请 求报文已经收到过，节点不用处理该请求；否 则转步骤（2）； – （2）如果节点的地址已在路由记录字段中存 在，节点不用处理该请求；否则转步骤3；
1．路由发现
• 节点通过路由发现过程获得到达其他节点的路由。 • 源节点首先向其邻节点广播“路由请求” （Route Request）报文。报文中包括“目的节 点地址”、“路由记录”以及“请求ID‖等字段。
– 其中“路由记录”字段用于记录从源节点到目的节点 路由中的中间节点地址，当路由请求报文到达目的节 点时，该字段中的所有节点地址即构成了从源节点到 目的节点的路由。 – “请求ID‖字段由源节点管理分配 – 中间节点维护<源节点地址，请求ID>序列对列表，<源 节点地址，请求ID>序列用于惟一标识一个路由请求报 文，防止收到重复的路由请求。