關(guān)于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的探討

丁 華

（1、西安電子科技大學(xué)，陜西 西安 710126 2、陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710018）

1 引言

Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)又稱移動(dòng)自組網(wǎng)、多跳網(wǎng)絡(luò)，最初起源于20世紀(jì)70年代的美國軍事研究領(lǐng)域，是一種非凡的在不借助中心治理的情況下，在有限的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多個(gè)移動(dòng)總端的臨時(shí)互聯(lián)，它為局域網(wǎng)內(nèi)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供了一種靈活的互聯(lián)方式。

2 Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)是一種移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都兼有路由器和主機(jī)兩種功能。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下5方面：

2.1 無中心和自組織性：Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)采用無中心結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中沒有絕對的控制中心，所有節(jié)點(diǎn)的地位平等，即是一個(gè)對等式網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)通過分層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和分布式算法來協(xié)調(diào)彼此的行為，無需人工干預(yù)和任何其它預(yù)置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，可以在任何時(shí)刻任何地方快速展開，并自動(dòng)組網(wǎng)。

2.2 動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中沒有固定的通信設(shè)施和中心治理設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以隨機(jī)地以任意速度朝任何方向移動(dòng)，加上無線發(fā)射裝置發(fā)送功率的變化、環(huán)境的影響以及信號之間的互相干擾等因素，都會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化。

2.3 有限的資源：提供給Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)主機(jī)的工作能量是有限的，而且移動(dòng)主機(jī)損耗能量越多，將降低Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)功能；另一方面，網(wǎng)絡(luò)本身提供帶寬有限以及信號之間的沖突和干擾，使移動(dòng)主機(jī)可得到的有限的傳輸帶寬將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論上的最大帶寬。

2.4 多跳通信：兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由于受到可用資源的限制，不能處在同一個(gè)覆蓋網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，可采用Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)多跳通信，實(shí)現(xiàn)不同覆蓋網(wǎng)絡(luò)之間的源主機(jī)與目的主機(jī)之間的通信。

2.5 較低的安全性：Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通信通過無線信道，傳輸?shù)男畔⒎浅］p易受到監(jiān)聽、重發(fā)、篡改、偽造等各種攻擊，假如路由協(xié)議一旦遭受到上述惡意攻擊，整個(gè)自組網(wǎng)絡(luò)將無法正常工作。

3 Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議

根據(jù)Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的非凡性，近年來提出了多種Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，如DSDV，WRP等。根據(jù)路由觸發(fā)原理，目前的路由協(xié)議大致可以分為表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議、按需路由協(xié)議和混合式路由協(xié)議3種。

3.1 表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議

表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議又稱先驗(yàn)式路由協(xié)議，每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)一張包含到達(dá)節(jié)點(diǎn)的路由信息的路由表，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓S時(shí)更新路由表，所以路由表可以準(zhǔn)確地反映網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；源節(jié)點(diǎn)一旦要發(fā)送報(bào)文，可以立即獲得到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由，這類的路由協(xié)議通常是通過修改現(xiàn)有的有線路由協(xié)議來適應(yīng)Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)要求，如通過修改路由信息協(xié)議(RIP)得到的目的節(jié)點(diǎn)序列距離矢量協(xié)議（DSDV）。常用的先驗(yàn)式路由協(xié)議有DSDV，HSR，GSR，WRP等。

DSDV協(xié)議通過給每個(gè)路由設(shè)定序列號避免了路由環(huán)路的產(chǎn)生，采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)技術(shù)控制路由表的傳送，即每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在本地都保留一張路由表，其中包括所有有效信宿點(diǎn)、路由跳數(shù)、信宿路由序列號等信息，信宿路由序列號用于區(qū)別新舊路由以避免環(huán)路的產(chǎn)生。每個(gè)節(jié)點(diǎn)周期性地將本地路由表傳送給鄰近節(jié)點(diǎn)，或者當(dāng)其路由表發(fā)生變化時(shí)，也會(huì)將其路由信息傳給鄰近點(diǎn)，當(dāng)無節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)使用間隔較長的大數(shù)據(jù)包（包括多個(gè)數(shù)據(jù)單元）進(jìn)行路由更新；鄰近節(jié)點(diǎn)收到包含修改的路由表信息后，先比較信源K信宿路由序列號的大小，信宿路由序列號大的路由將被采用，而信宿路由序列號小的路由則被淘汰，若相同，則采用最佳制式的路由（如最短路徑）。

HSR(Hierarchical State Routing)是一種用于分級網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議，高級節(jié)點(diǎn)保存它所有子孫節(jié)點(diǎn)的位置信息，沿從最高級的根節(jié)點(diǎn)到最低級的葉節(jié)點(diǎn)的路徑為節(jié)點(diǎn)分配邏輯序列地址，可以用序列地址進(jìn)行節(jié)點(diǎn)尋址。

GSR稱為全局狀態(tài)路由協(xié)議，其工作原理與DSDV協(xié)議類似，采用鏈路狀態(tài)路由算法，但避免了路由報(bào)文的泛洪，它包括一個(gè)鄰近節(jié)點(diǎn)表、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔?、下一跳路由表和距離表。

無線路由協(xié)議WRP是一種距離―矢量路由協(xié)議，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都維持一個(gè)距離表、路由表、鏈路開銷表和報(bào)文重傳表，通過其鄰近節(jié)點(diǎn)的最短路徑生成數(shù)SST（Short path Spanning Tree）生成自己的SST后，再向鄰節(jié)點(diǎn)傳遞更新信息。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)路由表沒有任何變化時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)需回傳一個(gè)空閑報(bào)文以示連接，否則，修改距離表，尋找更優(yōu)路徑。這種算法的特點(diǎn)是當(dāng)檢測到任意相鄰節(jié)點(diǎn)變化時(shí)，則檢查所有相鄰節(jié)點(diǎn)的堅(jiān)固性以消除回路，具有較快的收斂性。

3.2 按需路由協(xié)議

按需路由協(xié)議又稱為反應(yīng)式路由協(xié)議，是一種當(dāng)需要時(shí)才查找路由的路由選擇方式。節(jié)點(diǎn)不需要維護(hù)及時(shí)準(zhǔn)確的路由信息，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)才發(fā)起路由查找過程。常用的反應(yīng)式路由協(xié)議有 AODV，DSR，TORA等。 AODV（Ad hoc On-demand Distance Vector Routing）協(xié)議：源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)前先廣播一個(gè)路由請求消息，四周節(jié)點(diǎn)收到后再次廣播，直到請求消息到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)或到達(dá)知道目的節(jié)點(diǎn)路由的中間節(jié)點(diǎn)，目的節(jié)點(diǎn)或中間節(jié)點(diǎn)沿原來路徑返回響應(yīng)消息，源節(jié)點(diǎn)收到響應(yīng)后就知道到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由。

DSR協(xié)議稱為動(dòng)態(tài)源路由協(xié)議，是一種源路由協(xié)議，每個(gè)分組的分組頭中包含了源目的整條路由信息。它采用路由緩存技術(shù)，用于存儲(chǔ)源路由信息，當(dāng)學(xué)習(xí)到新的路由時(shí)則修改路由緩存內(nèi)容，該協(xié)議包含兩個(gè)方面：路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)。

TORA協(xié)議稱為臨時(shí)預(yù)定路由算法，是一種源初始化按需路由選擇協(xié)議，它采用鏈路反轉(zhuǎn)的分布式算法，具有高度自適應(yīng)、高效率和較好的擴(kuò)充性，比較適合高度動(dòng)態(tài)移動(dòng)、多跳的無線網(wǎng)絡(luò)。TORA協(xié)議包括3個(gè)基本模塊：路由的創(chuàng)建、路由的維護(hù)和路由的刪除。

3.3 混合式路由協(xié)議

混合路由協(xié)議結(jié)合了表驅(qū)動(dòng)路由與按需路由的優(yōu)點(diǎn)，通過在局部的范圍內(nèi)使用表驅(qū)動(dòng)路由以維護(hù)較為準(zhǔn)確的路由信息，而在查找距離較遠(yuǎn)的路由時(shí)使用按需路由以減少全局的路由協(xié)議開銷，因此可以發(fā)揮出更好的網(wǎng)絡(luò)性能，其主要的代表性協(xié)議為ZRP協(xié)議。

4 總結(jié)和展望

近年來,越來越多的研究者開始重視移動(dòng)代理技術(shù)的應(yīng)用,并有學(xué)者提出了基于移動(dòng)代理技術(shù)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)造和有線網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)路由算法實(shí)現(xiàn)等理論、移動(dòng)代理技術(shù)具有移動(dòng)性，自主性等特點(diǎn),因此它適用于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò),研究基于移動(dòng)代理技術(shù)的Adhoc無線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議將成為今后Adhoc無線網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)研究的重點(diǎn)。

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