adhoc网络的路由协议教程
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Ad hoc网络中存在单向链路。基于双向链路的传统路 由选择算法在ad hoc网络中已不再适用。 无线环境中可能存在很多“多余”链路。传统的有线 网络中，任意两个网络之间通常只会配置一个或均匀 配置少量的路由器。而无线网络中由于节点的移动性， 某时刻源节点或转发节点周围可能会密集分布多个节 点，这些节点均处于临近节点的传输范围内，容易形 成多条等效的转发链路。这些链路的代价相同，可以 认为是多余的。
路 由 发 现 （ Route Discovery ） 和 路 由 维 护 （ Route Maintenance）两部分： 路由发现： -节点需要发送数据分组时才启动； -帮助源节点获得到达目的节点的路由。 路由维护 - 在源节点给目的节点发送数据时监测当前路由的可 用情况； - 当网络拓扑变化导致路由故障时，切换到另一条路 由或者重新发起路由发现过程。
C
FΒιβλιοθήκη Baidu
17
按需驱动路由协议
DSR路由发现过程
路由发现的基本操作 （ 2 ）中间节点收到路由请求报文后，需要进行请求 报文检测。 ④若路由请求报文是未处理过的，中间节点则： -将自己的地址附在路由记录中； -将该路由请求报文作为本地广播分组发送给邻居节点。
18
按需驱动路由协议
DSR路由发现过程
正确性、简单性 健壮性（robustness）、稳定性 公平性、最优性
路由协议构成：
路由生成（Path Generation） 路径选择（Path Selection） 路径维护（Path Maintenance）
4
Ad hoc网络与互联网路由设计的区别
Ad hoc 网络中节点既是终端又是路由器，参 与分组转发；因特网中终端和路由器的角色 由不同节点担任。由于应用环境和功能的差 异，二者在路由协议设计上存在诸多区别：
2
自组织网络协议栈结构
需要确定从起始源节点 到最终目的节点（端到 端）的有效路由
应用层
传输层
网络层
3 2
4
需要解决相邻节点 间(点到点)的信道 接入问题
数据链路层(MAC) 物理层
1
5
11 9
12 6 14
15 7 13 8 10
3
路由协议概述
路由协议：通信网络中的一套将业务数据从源 节点指引到目的节点的机制。 路由设计目标
8
Ad hoc网络路由协议的分类
按需驱动（On-demand Driven）路由协议 又称反应式路由或被动路由。节点无需实时维护整个 网络的拓扑结构信息，其路由信息是按需建立的。当节 点有数据分组需要发送时，才尝试发起路由发现过程。 通常源节点采用洪泛（Flooding）的方式向邻居节点广播 路由请求消息，目的节点收到该路由请求消息时，向源 节点返回路由应答，路由应答消息中包含着从源节点到 目的节点的全路由信息。 按需路由不需要节点周期性的交互各自的路由信息， 节省了一定的带宽资源，只需要参与转发的节点维护部 分网络拓扑信息，减少了内存的占用。但是当源节点没 有到达目的节点的路由时，要实时发起路由寻找过程， 数据分组的传输有一定的延时，因而按需驱动的路由方 式不利于数据的实时传输。
6
Ad hoc网络路由协议的分类
现有 Ad hoc 网络的路由协议根据发现路由的 驱 动 方 式 的 不 同 可 分 为 表 驱 动 （ Table Driven）、按需驱动（On-demand Driven）和 混合式（Hybrid）路由协议三类。
Ad Hoc网络路由协议
表驱动路由协议
按需驱动路由协议
B
A-B E
A-B-E
H 目的节点 A-C-D-G
A-C-D D
G
F
A-C-D-F
A 源节点 A (A) ID=8
A-B E (A,B) ID=8
A-B-E
(A,B,E) ID=8 路由请求
20
按需驱动路由协议
DSR路由发现过程：路由应答
路由应答的基本操作 目的节点接收到路由请求后，把路由信息加入到路由 应答报文（RREP）中，并将此报文回送给源节点。 如果目的节点路由缓存中有到达发起节点的路由，此 时目的节点可以直接使用该路由回送路由应答。如果目 的节点路由缓存中没有到达发起节点的路由，此时需要 考虑节点通信链路的方向性问题。 ①如果源-目的是双向通信链路，此时目的节点到发起 节点的路由即为发起节点到目的节点路由的反向路由。 ②如果源-目的是单向通信链路，目的节点就需要发起 到源节点的路由发现过程，同时将路由应答报文捎带在 新的路由请求中。 源节点接收到RREP后在路由缓存中存储路由信息。
无线自组织网络 路由协议
提纲
路由协议概述 Ad hoc网络与Internet网络路由设计的区别 Ad hoc网络路由协议分类
表驱动（Table Driven）路由协议 按需驱动（On-demand Driven）路由协议 混合式（Hybrid）路由协议
典型路由协议
DSR、AODV DSR路由仿真演示
16
按需驱动路由协议
DSR路由发现过程
路由发现的基本操作 （ 2 ）中间节点收到路由请求报文后，需要进行请求 报文检测。 ②中间节点收到路由请求报文中的路由记录已经包含 本中间节点，则直接将该报文丢弃。 ③中间节点的缓存中已经有到达目的节点的路由，直 接向源节点发送路由应答报文进行应答。
(B-E-H) A 源节点 A B E (A-B-E-H) H 目的节点
25
按需驱动路由协议
DSR（Dynamic Source Routing ）
路由维护优化： （2）路由缩短。 如下图所示，图中节点D侦听到节点B转发给节点C的 一个数据分组，该分组随后将被转发给节点D和节点E。 在这种情况下，节点D将回送一个无请求路由应答给节点 A。该无请求路由应答给出一条更短的路由，由两部分合 并而成：第一部分是从源节点到被侦听分组的发送节点 为止的部分源路由；第二部分则是从回送无请求路由应 答节点开始到分组目的节点的一段缓存路由。
A B C D E
24
按需驱动路由协议
DSR（Dynamic Source Routing ）
路由维护优化： （1）分组抢修。 中间节点检测到下一跳链路已经中断时，除了发送路 由错误外，还应进行路由抢修，查找其路由缓存表中是 否存在到达分组目的节点的替代路由。若存在，则按照 该新路由进行分组的转发。在抢救一个分组时，为该分 组维护一个计数器，用于记录该分组已经被抢救的次数， 以便防止一个分组被无休止的抢救。
11
按需驱动路由协议
DSR（Dynamic Source Routing ）
分组 首部 源路由信息 数据
A
B
E
H
B 源节点 A E
H 目的节点
G C D
F
节点不需要实时地维护网络的拓扑信息，那 么在节点需要发送数据时，如何获知源-目的节点 的路由？
12
按需驱动路由协议
DSR（Dynamic Source Routing ）
21
按需驱动路由协议
DSR路由发现过程：路由应答
B H 目的节点
A-B-E-H 源节点 A
A-B-E-H E
A-B-E-H
G C D
F
22
按需驱动路由协议
DSR（Dynamic Source Routing ）
路由维护： （ 1 ）点对点证实方式，又称为逐跳证实方式。在点 对点证实方式中，相邻节点间通过数据链路层的消息或 者应用层 DSR 软件之间的消息证实机制，来检测路由中 各相邻节点的可达性。 （ 2 ）端到端证实方式。在这种工作机制中，结点以 混杂模式运行，当结点传送报文给相邻结点时，它可以 侦听到它的相邻结点所传送的报文，并以此来判断对方 是否还在传送范围内。
15
按需驱动路由协议
DSR路由发现过程
路由发现的基本操作 （ 2 ）中间节点收到路由请求报文后，需要进行请求 报文检测。 ①中间节点收到来自同一个源节点，并且请求ID相同 的路由请求报文，则直接将该报文丢弃。
A 源节点 A A-C A C A-B-E F B A-B E A-B-E-F A-B-E H 目的节点
14
按需驱动路由协议
DSR路由发现过程
路由发现的基本操作 （1）源节点向邻居节点广播路由请求（RREQ）报文 RREQ中包含以下信息： ①源节点地址； ②目的节点地址； ③路由记录（按顺序累积记录此路由请求报文所经过 的节点的地址）； ④请求ID（由源节点自己产生的序号，同一个节点所 发送的路由请求报文中的请求标识均不同）。 一组<源地址，请求ID>可以唯一确定一个路由请求报 文。
路由发现的基本操作 （ 3 ）如果接收节点就是目的节点，这时路由记录字 段中记录的节点地址序列，就构成了从源节点到目的节 点的路由信息，把此路由信息加入到路由应答报文中， 并将此报文回送给源节点。
19
按需驱动路由协议
DSR路由发现过程
A 源节点 A A-C-D A C A-C A-C-D
B H 目的节点
23
按需驱动路由协议
DSR（Dynamic Source Routing ）
路由维护： 如果一个分组的发送次数已经达到最大重传限制，但 节点仍未证实其下一跳节点已经成功地接收到该分组， 那么该节点认为从自身到其下一跳节点间的链路中断， 节点将删除其路由缓存表中包含该链路的路由记录，并 向该分组的源节点返回一个路由错误（ROUTE ERROR）。 源节点收到该路由错误后，查找其路由缓存表中是否 存在能到达目的节点的其他路由，若存在这样的路由， 则源节点用此新路由来发送分组。否则，源节点将启动 新一轮路由发现过程。
5
Ad hoc网络与互联网路由设计的区别
Ad hoc 网络与 Internet 网络在路由协议设计上 存在的区别：
无线节点通常是能量受限的终端。无线网络中的节点 通常依靠电池提供能量，因此节能很大程度上决定了 无线节点的使用寿命。传统Internet网络中的路由协议 大多需要路由器间频繁的信息交互，这对于有稳定能 量供应的有线网络而言可能无足轻重，而对于能量受 限的无线节点而言却是无法承受的。 无线环境中动态变化的网络拓扑。传统的路由协议是 针对网络拓扑结构相对稳定的有线网络而设计的，当 应用于无线网络中时，会出现大量的问题。收敛速度 是衡量路由协议性能的重要指标。由于无线网络中节 点移动频繁，需要交互更多的变化的拓扑信息，路由 协议的收敛相对较慢。
10
按需驱动路由协议
DSR（Dynamic Source Routing ）
基于源路由方式的按需路由协议。 节点需要发送数据分组时才进行路由发现过 程。 发送节点在路由分组中包含了源 -目的节点的 完整路由信息，该路由信息由网络中的若干 节点地址组成，各个节点按照该路由信息来 转发分组。
9
Ad hoc网络路由协议的分类
混合式（Hybrid）路由协议 很多具体的 ad hoc网络场合中，单纯的采用按需驱动 或表驱动的路由方式并不能完全解决路由问题。于是， 许多研究工作尝试结合按需驱动路由协议和表驱动路由 协议各自的优点来设计混合式路由协议。 然而，混合式路由协议的具体实现也面临着很多困难， 如具体表驱动和按需驱动路由协议的搭配方式等问题。
13
按需驱动路由协议
DSR（Dynamic Source Routing ）
路由发现： （ 1 ）当一个节点要发送分组给某一目的节点时，它 会首先查看自己的路由缓存中是否已有现成的路由信息 可以使用。如果存在一条到达目的节点的路由，并且其 生存期没有到期，则直接使用此路由发送分组； （ 2）如果路由缓存中没有通向目的节点的路由 , 则启 动路由发现 (route Discovery) 过程。路由发现过程使用洪 泛路由（flooding routing）技术。
混合式路由协议
DSDV
WRP
AODV
DSR
LAR
ZRP
7
Ad hoc网络路由协议的分类
表驱动（Table Driven）路由协议 又称先验式路由协议，主要是沿用了传统有线网络中 路由协议的基本思想，即节点通过查询预先配置的路由 表来实现分组的转发。节点间周期性地交互各自的路由 信息，每个节点试图维护到网络中所有其他节点的路由 信息。节点在检测到周围网络拓扑发生变化时，会及时 地发送路由更新，收到路由更新的节点将更新自己的路 由表。 表驱动路由协议的时延较小，但路由协议的开销较大。 由于其先验性，每个节点都必须维护路由表，而通常网 络中只有少数节点承担着数据分组的转发任务，不会参 与分组转发的节点实际上并没有维护路由表的必要，这 样就大大浪费了宝贵的无线带宽资源。
路 由 发 现 （ Route Discovery ） 和 路 由 维 护 （ Route Maintenance）两部分： 路由发现： -节点需要发送数据分组时才启动； -帮助源节点获得到达目的节点的路由。 路由维护 - 在源节点给目的节点发送数据时监测当前路由的可 用情况； - 当网络拓扑变化导致路由故障时，切换到另一条路 由或者重新发起路由发现过程。
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按需驱动路由协议
DSR路由发现过程
路由发现的基本操作 （ 2 ）中间节点收到路由请求报文后，需要进行请求 报文检测。 ④若路由请求报文是未处理过的，中间节点则： -将自己的地址附在路由记录中； -将该路由请求报文作为本地广播分组发送给邻居节点。
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按需驱动路由协议
DSR路由发现过程
正确性、简单性 健壮性（robustness）、稳定性 公平性、最优性
路由协议构成：
路由生成（Path Generation） 路径选择（Path Selection） 路径维护（Path Maintenance）
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Ad hoc网络与互联网路由设计的区别
Ad hoc 网络中节点既是终端又是路由器，参 与分组转发；因特网中终端和路由器的角色 由不同节点担任。由于应用环境和功能的差 异，二者在路由协议设计上存在诸多区别：
2
自组织网络协议栈结构
需要确定从起始源节点 到最终目的节点（端到 端）的有效路由
应用层
传输层
网络层
3 2
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需要解决相邻节点 间(点到点)的信道 接入问题
数据链路层(MAC) 物理层
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11 9
12 6 14
15 7 13 8 10
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路由协议概述
路由协议：通信网络中的一套将业务数据从源 节点指引到目的节点的机制。 路由设计目标
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Ad hoc网络路由协议的分类
按需驱动（On-demand Driven）路由协议 又称反应式路由或被动路由。节点无需实时维护整个 网络的拓扑结构信息，其路由信息是按需建立的。当节 点有数据分组需要发送时，才尝试发起路由发现过程。 通常源节点采用洪泛（Flooding）的方式向邻居节点广播 路由请求消息，目的节点收到该路由请求消息时，向源 节点返回路由应答，路由应答消息中包含着从源节点到 目的节点的全路由信息。 按需路由不需要节点周期性的交互各自的路由信息， 节省了一定的带宽资源，只需要参与转发的节点维护部 分网络拓扑信息，减少了内存的占用。但是当源节点没 有到达目的节点的路由时，要实时发起路由寻找过程， 数据分组的传输有一定的延时，因而按需驱动的路由方 式不利于数据的实时传输。
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Ad hoc网络路由协议的分类
现有 Ad hoc 网络的路由协议根据发现路由的 驱 动 方 式 的 不 同 可 分 为 表 驱 动 （ Table Driven）、按需驱动（On-demand Driven）和 混合式（Hybrid）路由协议三类。
Ad Hoc网络路由协议
表驱动路由协议
按需驱动路由协议
B
A-B E
A-B-E
H 目的节点 A-C-D-G
A-C-D D
G
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A-C-D-F
A 源节点 A (A) ID=8
A-B E (A,B) ID=8
A-B-E
(A,B,E) ID=8 路由请求
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按需驱动路由协议
DSR路由发现过程：路由应答
路由应答的基本操作 目的节点接收到路由请求后，把路由信息加入到路由 应答报文（RREP）中，并将此报文回送给源节点。 如果目的节点路由缓存中有到达发起节点的路由，此 时目的节点可以直接使用该路由回送路由应答。如果目 的节点路由缓存中没有到达发起节点的路由，此时需要 考虑节点通信链路的方向性问题。 ①如果源-目的是双向通信链路，此时目的节点到发起 节点的路由即为发起节点到目的节点路由的反向路由。 ②如果源-目的是单向通信链路，目的节点就需要发起 到源节点的路由发现过程，同时将路由应答报文捎带在 新的路由请求中。 源节点接收到RREP后在路由缓存中存储路由信息。
无线自组织网络 路由协议
提纲
路由协议概述 Ad hoc网络与Internet网络路由设计的区别 Ad hoc网络路由协议分类
表驱动（Table Driven）路由协议 按需驱动（On-demand Driven）路由协议 混合式（Hybrid）路由协议
典型路由协议
DSR、AODV DSR路由仿真演示
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按需驱动路由协议
DSR路由发现过程
路由发现的基本操作 （ 2 ）中间节点收到路由请求报文后，需要进行请求 报文检测。 ②中间节点收到路由请求报文中的路由记录已经包含 本中间节点，则直接将该报文丢弃。 ③中间节点的缓存中已经有到达目的节点的路由，直 接向源节点发送路由应答报文进行应答。
(B-E-H) A 源节点 A B E (A-B-E-H) H 目的节点
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按需驱动路由协议
DSR（Dynamic Source Routing ）
路由维护优化： （2）路由缩短。 如下图所示，图中节点D侦听到节点B转发给节点C的 一个数据分组，该分组随后将被转发给节点D和节点E。 在这种情况下，节点D将回送一个无请求路由应答给节点 A。该无请求路由应答给出一条更短的路由，由两部分合 并而成：第一部分是从源节点到被侦听分组的发送节点 为止的部分源路由；第二部分则是从回送无请求路由应 答节点开始到分组目的节点的一段缓存路由。
A B C D E
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按需驱动路由协议
DSR（Dynamic Source Routing ）
路由维护优化： （1）分组抢修。 中间节点检测到下一跳链路已经中断时，除了发送路 由错误外，还应进行路由抢修，查找其路由缓存表中是 否存在到达分组目的节点的替代路由。若存在，则按照 该新路由进行分组的转发。在抢救一个分组时，为该分 组维护一个计数器，用于记录该分组已经被抢救的次数， 以便防止一个分组被无休止的抢救。
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按需驱动路由协议
DSR（Dynamic Source Routing ）
分组 首部 源路由信息 数据
A
B
E
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B 源节点 A E
H 目的节点
G C D
F
节点不需要实时地维护网络的拓扑信息，那 么在节点需要发送数据时，如何获知源-目的节点 的路由？
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按需驱动路由协议
DSR（Dynamic Source Routing ）
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按需驱动路由协议
DSR路由发现过程：路由应答
B H 目的节点
A-B-E-H 源节点 A
A-B-E-H E
A-B-E-H
G C D
F
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按需驱动路由协议
DSR（Dynamic Source Routing ）
路由维护： （ 1 ）点对点证实方式，又称为逐跳证实方式。在点 对点证实方式中，相邻节点间通过数据链路层的消息或 者应用层 DSR 软件之间的消息证实机制，来检测路由中 各相邻节点的可达性。 （ 2 ）端到端证实方式。在这种工作机制中，结点以 混杂模式运行，当结点传送报文给相邻结点时，它可以 侦听到它的相邻结点所传送的报文，并以此来判断对方 是否还在传送范围内。
15
按需驱动路由协议
DSR路由发现过程
路由发现的基本操作 （ 2 ）中间节点收到路由请求报文后，需要进行请求 报文检测。 ①中间节点收到来自同一个源节点，并且请求ID相同 的路由请求报文，则直接将该报文丢弃。
A 源节点 A A-C A C A-B-E F B A-B E A-B-E-F A-B-E H 目的节点
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按需驱动路由协议
DSR路由发现过程
路由发现的基本操作 （1）源节点向邻居节点广播路由请求（RREQ）报文 RREQ中包含以下信息： ①源节点地址； ②目的节点地址； ③路由记录（按顺序累积记录此路由请求报文所经过 的节点的地址）； ④请求ID（由源节点自己产生的序号，同一个节点所 发送的路由请求报文中的请求标识均不同）。 一组<源地址，请求ID>可以唯一确定一个路由请求报 文。
路由发现的基本操作 （ 3 ）如果接收节点就是目的节点，这时路由记录字 段中记录的节点地址序列，就构成了从源节点到目的节 点的路由信息，把此路由信息加入到路由应答报文中， 并将此报文回送给源节点。
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按需驱动路由协议
DSR路由发现过程
A 源节点 A A-C-D A C A-C A-C-D
B H 目的节点
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按需驱动路由协议
DSR（Dynamic Source Routing ）
路由维护： 如果一个分组的发送次数已经达到最大重传限制，但 节点仍未证实其下一跳节点已经成功地接收到该分组， 那么该节点认为从自身到其下一跳节点间的链路中断， 节点将删除其路由缓存表中包含该链路的路由记录，并 向该分组的源节点返回一个路由错误（ROUTE ERROR）。 源节点收到该路由错误后，查找其路由缓存表中是否 存在能到达目的节点的其他路由，若存在这样的路由， 则源节点用此新路由来发送分组。否则，源节点将启动 新一轮路由发现过程。
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Ad hoc网络与互联网路由设计的区别
Ad hoc 网络与 Internet 网络在路由协议设计上 存在的区别：
无线节点通常是能量受限的终端。无线网络中的节点 通常依靠电池提供能量，因此节能很大程度上决定了 无线节点的使用寿命。传统Internet网络中的路由协议 大多需要路由器间频繁的信息交互，这对于有稳定能 量供应的有线网络而言可能无足轻重，而对于能量受 限的无线节点而言却是无法承受的。 无线环境中动态变化的网络拓扑。传统的路由协议是 针对网络拓扑结构相对稳定的有线网络而设计的，当 应用于无线网络中时，会出现大量的问题。收敛速度 是衡量路由协议性能的重要指标。由于无线网络中节 点移动频繁，需要交互更多的变化的拓扑信息，路由 协议的收敛相对较慢。
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按需驱动路由协议
DSR（Dynamic Source Routing ）
基于源路由方式的按需路由协议。 节点需要发送数据分组时才进行路由发现过 程。 发送节点在路由分组中包含了源 -目的节点的 完整路由信息，该路由信息由网络中的若干 节点地址组成，各个节点按照该路由信息来 转发分组。
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Ad hoc网络路由协议的分类
混合式（Hybrid）路由协议 很多具体的 ad hoc网络场合中，单纯的采用按需驱动 或表驱动的路由方式并不能完全解决路由问题。于是， 许多研究工作尝试结合按需驱动路由协议和表驱动路由 协议各自的优点来设计混合式路由协议。 然而，混合式路由协议的具体实现也面临着很多困难， 如具体表驱动和按需驱动路由协议的搭配方式等问题。
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按需驱动路由协议
DSR（Dynamic Source Routing ）
路由发现： （ 1 ）当一个节点要发送分组给某一目的节点时，它 会首先查看自己的路由缓存中是否已有现成的路由信息 可以使用。如果存在一条到达目的节点的路由，并且其 生存期没有到期，则直接使用此路由发送分组； （ 2）如果路由缓存中没有通向目的节点的路由 , 则启 动路由发现 (route Discovery) 过程。路由发现过程使用洪 泛路由（flooding routing）技术。
混合式路由协议
DSDV
WRP
AODV
DSR
LAR
ZRP
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Ad hoc网络路由协议的分类
表驱动（Table Driven）路由协议 又称先验式路由协议，主要是沿用了传统有线网络中 路由协议的基本思想，即节点通过查询预先配置的路由 表来实现分组的转发。节点间周期性地交互各自的路由 信息，每个节点试图维护到网络中所有其他节点的路由 信息。节点在检测到周围网络拓扑发生变化时，会及时 地发送路由更新，收到路由更新的节点将更新自己的路 由表。 表驱动路由协议的时延较小，但路由协议的开销较大。 由于其先验性，每个节点都必须维护路由表，而通常网 络中只有少数节点承担着数据分组的转发任务，不会参 与分组转发的节点实际上并没有维护路由表的必要，这 样就大大浪费了宝贵的无线带宽资源。