AdHoc中的常用路由算法分析

Ad Hoc 中的常用路由算法分析

孙晓艳,李建东,张光辉,田红涛

(西安电子科技大学信息科学研究所　陕西西安　710071)

摘　要:在传统的移动无线In ternet 接入方式中,通常是以宽带有线接入网为支撑,无线用户只通过一跳(不需要在无线网中多次转接)就可以接入固定网络。在很多应用场合,如个人区域网、家域网、军事应用、抢险救灾等,无线网络没有固定的基础设施作支撑,移动用户的信息需要通过移动用户之间的多次中转才能到达目的用户,这种网络通常称为分布式或无中心式(A d hoc )网络。本文首先介绍了A d Hoc 网络,然后介绍了目前运用于A d Hoc 网络中的几种路由算法,并指出其优缺点。

关键词:A d Hoc ;D SDV ;CGSR ;W R P ;D SR ;AODV ;TORA

中图分类号:T P 30116 文献标识码:B 文章编号:1004373X (2003)1301804

Ana lysis of the Severa l Routi ng A lgor ith m s i n Ad Hoc

SUN X iaoyan ,L I J iandong ,ZHAN G Guanghu i ,T I AN Hongtao

(Institute of Info r m ati on Science ,X idian U niversity ,X i ′an ,710071,Ch ina )

Abstract :In traditi onal access m ethods to In ternet in mob ile and w ireless environm en t ,u ser can access to fixed netw o rk by one hop (w ithou t m u lti relay )based on w ideband access netw o rk 1In som e app licati on s ,such as personal local netw o rk ,hom e local netw o rk ,m ilitary app licati on ,em ergency rescue patien t care operati on s ,m essages from sou rce u sers can on ly arrive at destinati on term inals by m u lti relay (m u lti hop )among several mob ile u sers becau se w ireless netw o rk is infrastructu ral ,w h ich is so called distribu ted o r A d Hoc netw o rk 1Fo llow ing in troducti on to A d Hoc netw o rk concep ts ,rou ting algo rithm s u sually u tilized in A d Hoc 1

Keywords :A d Hoc ;D SDV ;CGSR ;W R P ;D SR ;AODV ;TORA

收稿日期:20030424

1　引　言

在通信基础设施很少或没有通信基础设施的地方,在现存的基础设施很昂贵或不方便使用的地方,例如学生使用笔记本电脑进行交互式的讲座时,商家在会议当中共享信息时,战士在战场上需要依靠信息获得地形状况[1,2]时,以及当洪水或地震后的紧急灾难援救人员共同协作时,如何来进行通信联系呢?这时就需要用A d Hoc 的思想来实现通信。A d Hoc 网络是在没有任何现存网络基础设施或是集中管理的情况下动态形成的暂时网络。由于无线节点的发射功率和无线网络接口传输范围的限制,多跳网络可能需要有一个节点或多个节点来和网络中的其他节点交换数据,而且网络中的移动节点动态的在他们之间建立路由以形成动态变化的网络。A d Hoc 网络的这个思想也称为无基础设施的网络[3]。所以由于A d Hoc 的存在,无线移动用户可能(在某种情况下)仍然可以通过一个A d

Hoc 网络来交换信息。

在这种网络中,每一个移动节点不仅作为主机而且还作为路由器来为网络中的其他不

能直接通信的节点转发分组信息。通常,在A d Hoc 网络中需要考虑的移动性有:源节点的移动性(当源节点移动时必须把这种变化通知路由上游的节点)、目的节点的移动性(当目的节点移动时必须通知路由下游节点这种变化)和中转节点的移动性(对于路由中的这种变化,采用不同协议处理的方式也不同)。由于A d Hoc 网络中的节点并不是物理上相互连接,因此通信节点就必须寻找到网络的连接。通信节点寻找网络连接是通过发现来实现的。一个新节点可以通过检测其他节点发出的信标来和这个节点相连接,然后这个新加入的节点就通知主节点这条新的连接,这个信息就会在网络中得到进一步的广播(到协议所认为必要的范围内)。现在,当源节点试图建立到这个新加入节点的链路时,查询过程就可以通过广播消息的节点来进行。每一个A d Hoc 网络路由协议的节点都允许通过网络中的其他节点发现路由。随着通信技术的发展,人们对网络更大的移动性要求和军队对于传感器网络的

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要求使得无中心控制或称为A d Hoc网络的概念得以普及。

2　Ad Hoc网络概述

211　A d Hoc的挑战

在A d Hoc网络中拓扑不断变化,所以A d Hoc主要的挑战之一就是伴随着链路断链后的寻路问题。由于寻路等实时分布信息很容易使网络进入饱和状态,这样后达到的信息就会导致网络陷于不稳定状态中。首先,在A d Hoc网络中广播树已不再是静态的了,所以广播路由就成为A d Hoc的另一个挑战。再者,对于A d Hoc网络而言,要在不断变化的环境中提供不同等级的服务质量也是需要解决的问题。因此这种自适应的服务质量必须能够应用到以往的资源预留机制中。除此之外,我们还要考虑能量的预留和预知能量的链路,这样才能在长期的链路中寻找路由。最后,位置辅助寻路的需要。这一点可以通过使用不同的定位信息来规定不同的区域以实现群寻路。

212　A d Hoc网络中的通信业务

A d Hoc网络中有不同种类型的网络通信业务,其中一些业务类似于标准的网络业务,也有不同于标准的通信业务。其主要通信业务有3种:

端到端业务　这是距离为一跳的2个节点之间的业务。这种业务通常是可靠稳定的;

远程业务　这种业务是在2个距离超过一跳的节点之间的业务。

这种业务在2个通信节点之间维持了一条稳定的路由,但是这条稳定的路由可能是在一个单独的区域内,多个处于彼此通信范围内的节点或是多个节点以群方式移动的结果。这种通信业务类似于标准的网络业务。

动态通信业务　这种业务是在网络中的节点持续动态移动时出现的。在这种情况下路由必须重新建立,这将导致网络较差的连通性和网络活动的短突发性。

3　Ad Hoc的路由协议

A d Hoc无线网络是一种分布式的PRN ET。A d Hoc无线网络的路由可分为2大类:第1类是路由表驱动的路由(T ab le D riven),第2大类是源节点触发的按需路由(Sou rce in itiated O n dem and)。第1类路由包括D SDV路由(H igh ly D ynam ic D estinati on Sequenced D istance V ecto r Rou ting),CGSR(C lu s2 terhead Gatew ay Sw itch Rou ting)和W R P(T heW ire2 less Rou ting P ro toco l)。第2类路由包括D SR(D y2nam ic Sou rce Rou ting),AODV(A d hoc O n dem and D istance V ecto r Rou ting)和TOA R(T em po rally O r2 dered Rou ting A lgo rithm)。

311　路由表驱动的协议

(1)D SDV

D SDV[4]是逐跳的距离矢量路由协议,他需要每一个节点周期的广播路由更新。D SDV相对于传统的距离矢量协议的优越性在于他保证了网络中无环路。在这种路由机制中,网络中每个节点都保存了一个路由表。路由表中含有所有可能的目的节点以及到他们的距离信息。这些路由表以在网络周期性的广播中来维持网络中节点的连通性。

D SDV通过在路由接口附加序列号的方法解决了DV路由中的环路问题。一个节点增加他的当前序列号并把他增加到自身所产生的更新消息中,因此这个序列号和距离信息一起进行传输。任何没有下一跳节点而不能进入其目的节点接口的节点,需要增加这个序列号并在这条路由的下一次广播中使用这个新的序列号。如果一个节点的邻节点广播了到相同目的节点的序列号大于此节点的序列号,则这个节点就把这个路由接口变为无效或是更改路由接口。当这个节点收到具有相同序列号(和他本身所有的一样)的路由时,这个无效接口就可以有效。对于给定目的节点的所有节点的路由表接口全部明确了一棵基于目的节点的树来发送分组到目的节点。对于D SDV,最简单的看法就是以分布的方式在每个节点都维护了一棵这样的目的节点树。

D SDV是一种较好的路由算法在于他有2种路由更新消息:一种消息较大,而另一种则很小。这种较小的路由更新消息只用于累加更新,而不用于网络拓扑改变时重新广播整个网络的结构。然而,D SDV算法的实现依赖于更新消息的周期性传输,这种传输所产生的开销以n2增长。

(2)CGSR

CGSR与D SDV类似,但是CGSR并不是一个大的平面网络。CGSR分配指定了群首节点和网关节点,其中群首节点用来控制一组节点和网关节点,而网关节点是2个群之间的节点。当一个节点要发送分组时,这个分组首先到达该发送节点的群首结点,然后群首节点把这个分组通过网关节点转发给另一个群首节点。不断重复这个过程直到分组到达目的节点。因此,每个节点都必须有其群成员的路由表。当一个节点不在任何群的范围内时或是2个或多个群首节点在彼此的范围内时,就产生一个新的群首节点。

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