移动Ad-Hoc网络及其关键技术毕业论文.doc

目 录第一章 引言-3第二章 移动Ad Hoc网络的特点-42.1 无线Ad Hoc网络的概念-42.2 无线Ad Hoc网络的结构-52.2.1 节点结构-62.2.2 网络结构-62.3 无线Ad Hoc网络的应用-9第三章 移动Ad Hoc网络的关键技术-113.1 路由技术-11 3.1.1 平面泛洪路由-13 3.1.1.1 DSR-13 3.1.1.2 ABR-14 3.1.1.3 AODV-15 3.1.1.4 ZRP-16 3.1.2 平面受限路由-17 3.1.2.1 LAR-17 3.1.2.2 RDMAR-19 3.1.3 层次路由-20 3.1.4 按需路由协议分析和优化考虑-223.2 QoS提供技术-24 3.2.1 依靠MAC层的TDMA资源管理实现移动Ad Hoc网络的QoS路由-26 3.2.2 使用普通的QoS测量方法实现移动Ad Hoc网络的QoS路由-28 3.2.3 使用CDMA进行不同传输之间的冲突避免-323.3 MAC协议的性能要求及实现问题-35 3.3.1 基于CSMA/CA的MAC协议-35 3.3.1.1 IEEE802.11协议分析-35 3.3.1.2 存在的问题及其可能产生的影响-36 3.3.1.3 系统仿真与分析-37 3.3.2 基于主从节点分配的MAC协议-393.4 功率节省技术-40 3.4.1 网络层的功率控制-43 3.4.2 链路层的功率控制-44 3.4.2.1 单信道接入协议的功率控制-45 3.4.2.2 双信道接入协议的功率控制-46 3.4.2.3 多信道接入协议的功率控制-46 3.4.2.4 混合控制-47 3.4.3 分级结构Ad Hoc网络中的功率控制-47 3.4.4 Ad Hoc网络中的节能技术-48 3.4.4.1 无线网卡的能量消耗-48 3.4.4.2 节能协议的研究-48 3.4.4.3 功率控制和节能协议的发展-513.5 与Internet协议的互操作系统-53 3.5.1 主要问题-53 3.5.2 层次结构-54 3.5.3 工作过程和实现原理-55 3.5.3.1 代理搜索-55 3.5.3.2 注册-56 3.5.3.3 数据转发-57 3.5.3.4 切换-573.6 Ad Hoc网络的安全问题和安全策略-59 3.6.1 安全问题-59 3.6.2 路由协议的安全威胁-60 3.6.3 安全策略-61 3.6.3.1 基于口令认证的密钥交换-61 3.6.3.2 基于信任分散的安全策略-61 3.6.3.3 其它安全策略-63第四章 移动Ad Hoc网络面临的问题-64 4.1 特殊信道共享方式-644.2 动态拓扑-654.3 其它问题-664.4 结论-67附： 致谢、参考文献 第一章 引言 21世纪是信息高速奔腾的一个世纪，在经济全球化的带动下，社会发展和人们物质生活及精神生活水平的提高对通信提出了更新、更高的要求。传统的移动无线网络已不能满足人们，因为在很多应用场合，如通信盲区、军事应用和抢险救灾环境等，无线网络没有固定的基础设施做支撑，移动用户信息需要通过移动用户之间的多次中转才能达到目的用户。因此，Ad Hoc这一特殊的通信网应运而生。目前，所提及的无线通信网络一般都是有中心的，也就是说必须要有基于预设的基础设施才能运行。例如：GSM、CDMA等蜂窝移动通信系统要有基站的支持。但对于有些特殊的场合来说，就像上述提到盲区、战争环境、灾区这些环境下，即使有中心的移动网络也并不能完全胜任。这些重要场合的通信不能依赖于任何预设的基础设施，而需要一种能够临时快速自动组网的移动网络，无线Ad Hoc网络就可以满足这样的要求。Ad Hoc技术起源于20世纪70年代，它是在美国国防部高级研究计划局(DARPA)资助研究的“战地无线分组数据网（PRNET）”项目中产生的一种新型网络技术。DARPA当时所提出的是一种军用无线分组数据通信网络。之后，DARPA又于1983年和1994年分别资助，进行了抗毁自适应网络SURAN和全球移动信息系统GloMo两个项目的研究，以便能够建立某些特殊环境或紧急情况下的无线通信网络。Ad Hoc技术就是吸取了PRNET、SURAN以及GloMo等项目的组网思想，进而产生的一种新型的网络结构技术。美国军方一直在研究军方的Ad Hoc网络技术，后来又陆续资助了SINCGARS S1P IP网络，联合战术无线系统(JTRS)等项目。90年代初，无线Ad Hoc网络得到了长足的发展，主要是因为笔记本电脑的大量应用和各种基于无线和红外技术通信设备的广泛出现。为无线Ad Hoc网络的应用提供了广泛的空间。90年代中后期以来无线Ad Hoc网络的标准化活动推动了它的发展，其中IETF(The internet Engineering Task Force)的移动Ad Hoc网络(MANET)工作组负责对路由协议进行标准化工作，IEEE的IEEE802.11子工作组对基于冲突避免的媒体接入协议进行了标准化，部分解决了隐蔽节点的问题，使利用笔记本电脑上的802.11PCMCIA无线网卡组建无线Ad Hoc网络成为可能。随着移动通信和移动终端技术的高速发展，Ad Hoc技术不仅在军事领域中得到了充分的发展，而且在民用移动通信中也得到了应用。典型的系统有加拿大最早研究的业余分组无线网(TAPR),图书馆自动化无线电网络等。Internet任务工作组(IETE)于1996年成立了MANET工作组，专门研究Ad Hoc网络环境下基于IP协议的路由协议规范和接口设计。这使得Ad Hoc网络的设计思路也由传统的单一技术体系过渡到基于IP的多技术体系，从而导致该网络更具有开放性、适应性、灵活性，提高了开发速度。随着配备有无线收发设备的高性能移动终端的降价和将要随之而来的普及，再加上人们对于个人通信需求的日益增长，使得无线Ad Hoc网络的研究重新开始得到国内外研究人员的重视。特别是从1998年以来，无论是国内还是国外，各科研团体对无线Ad Hoc网络的研究不断升温，尤其是在网络层的路由协议方面，其研究工作已经取得了很大的进展。无线Ad Hoc有广泛而有价值的应用领域，如在军事方面的应用能够提高军队的国防战备水平。在抢险救灾领域的应用有助于挽救人民的生命财产。而在个人通信和接入网等方面的应用则具有良好的商业前景。因此，对Ad Hoc网络技术的研究既有重要的社会意义又蕴涵着潜在的经济价值。第二章 移动Ad Hoc网络的特点 第一节 无线Ad Hoc网络的概念 无线Ad Hoc网络支持随时随地的通信。根据Murphy&al一个Ad Hoc网络就是“不依赖于任何基础设施的移动节点的短时间互联“。并允许自发组建移动网络。如图所示： 图2.1.1 移动Ad Hoc网络在无线Ad Hoc网络中，每一个移动节点都可以作为一个路由进行工作。也就是说，移动节点的功能不仅仅是发射和接受，同时也具有路由选择和存储转发的功能。同时，因为无线Ad Hoc网络不需要基础设施，所以网络建设的成本会大大降低，布网也将变的非常迅速，这对应付突发事件和缓解热点地区的通信压力十分有利。无线Ad Hoc网络是一个多跳的网络，一次通信过程可能需要若干次中继才能完成，而中继节点可以灵活地选择路由，避开干扰严重的地区，因此，相对与传统的蜂窝结构而言，无线Ad Hoc网络可以在一定程度上消除建筑物阴影造成的影响，同时可以解决城市周遍地区信号质量较差的问题。另外，无线Ad Hoc网络可以更有效地利用无线资源。当两个用户距离较近时，可以直接通信，而这样的通信使用的发射功率很小，即使在多跳的情况下，总的发射功率也比直接发射功率小。这是因为无线电波的衰减是非线性的，同时由于每个用户的覆盖范围变的非常有限，这样频率的复用也成倍地提高了，从而增加了容量。 第二节 移动Ad Hoc网络的结构前面已经谈到，移动Ad Hoc网络不同于一般的网络，网络具体可划分为两种，一种是具有基础设施的网络，移动节点借助于通信范围内最近的基站实现通信。在这一类网络里，移动节点相当于移动终端，它不具备路由功能，路由和交换功能只能由移动交换机完成。这种类型的网络的典型例子就是蜂窝无线系统和办公无线局域网。由于无线Ad Hoc网络没有固定的网络设施（例如基站），所以它可以在任何时间、任何地点、构建和使用，它的运行方式也不受固定网络拓扑的限制，因此，它允许所有节点都是移动的。节点的增加和减少只有在其它节点的交互作用中才会发生。无线Ad Hoc网络是由移动主机构成的自主系统，它的主要特点包括：1）网络的自主性和常规的无线通信网络相比，无线Ad Hoc网络最大的不同就是可以在任何时刻、任何地点不需要借助现有的基础网络设施就可以实现通信。2）无严格的控制中心无线Ad Hoc网络没有严格的控制中心，所有节点的地位是平等的，并且每个节点都具备独立的主机和路由功能。3）动态拓扑从网络层来看，在无线Ad Hoc网络中，移动节点可以以任意速度和方式在网中移动，加上无线发送装置发送功率的变化、无线信道间的相互干扰、地形因素的影响，节点间通过无线信道形成的网络拓扑结构随时会发生变化。4）多跳通信由于无线电信号传播范围有限，无线Ad Hoc网络要求多跳通信。这些特有的网络特点来源于Ad Hoc网络特殊的体系结构。下面就移动Ad Hoc的网络结构做一简要阐述：2.2.1结点结构Ad Hoc 网络中的结点不仅要具备普通移动终端的功能，还要具有报文转发能力，即要具备路由器的功能。因此，就完成的功能而言可以将结点分为主机、路由器和电台三部分。其中主机部分完成普通移动终端的功能，包括人机接口、数据处理等应用软件。而路由器部分主要负责维护网络的拓扑结构和路由信息，完成报文的转发功能。电台部分为信息传输提供无线信道支持。从物理结构上分，结点可以如图 所示被分为以下几类：单主机单电台、单主机多电台、多主机单电台和多主机多电台。手持机一般采用图2.2.1的单主机单电台的简单结构。作为复杂的车载台，一个结点可能包括通信车内的多个主机。这可以采用图2.2.1的3结构，以实现多个主机共享一或多个电台。多电台不仅可以用来构建叠加的网络，还可用作网关结点来互联多个Ad Hoc 网络。 图2.2.1 移动Ad Hoc网络节点结构2.2.2 网络结构Ad Hoc网络一般 有两种结构：平面结构（见图2.2.2）和分级结构（见图2.2.3和图2.2.4）。平面结构中，所有节点的地位平等，所以又可以称为对等式结构。而分级结构中，网络被划分为簇（cluster），每个簇由一个簇头(cluster-header)和多个簇成员（cluster-member）组成，这些簇头形成了高一级的网络，在高一级网络中，又可以分簇，再次形成更高一级的网络，直至最高级。分级结构中，簇头节点负责簇间数据的转发。比如当簇1中的节点A要与簇2中的节点B通信时，节点A先把数据发送簇1的簇头；簇1的簇头分析发现B在簇2中，把数据转发给簇2的簇头（可能要经过其他簇头的转发）；簇2的簇头收到数据后，发现B是自己簇的成员，把数据发送给B。根据不同的硬件配置，分级结构又可以分为单频分级和多频分级两种：单频分级网络（图2.2.3）只有一个通信频率，所有节点使用同一个频率通信。为了实现簇头之间的通信，要有网关节点（同时属于两个簇的节点）的支持。簇头和网关形成了高一级的网络，称为虚拟骨干。而再多频分级网络中（图2.2.4），不同级采用不同的通信频率。低级的节点的通信范围较小，而高级的节点要覆盖较大的范围。高级的节点同时处于多个级中，有多个频率，用不同的频率实现不同级的通信。在图2.2.4所示的两级网络中，簇头节点有两个频率。频率1用于簇头与簇成员的通信，而频率2用于簇头之间的通信。 图2.2.2 平面结构 平面结构的网络比较简单，无需任何的结构维护过程，源站和目的站之间一般存在多条路径，可以使用多条路径实现负荷分担，也可以为不同的业务类型选择适当的路径。网络中所有节点是对等的，原则上不存在瓶颈，所以比较健壮。平面结构中结点的覆盖范围比较小，相对较安全。平面结构的最大缺点是网络规模受限。在平面结构中，每一个结点都需要知道到达其它所有结点的路由。由于结点的移动维护这些动态变化的路由信息需要大量的控制消息。网络规模越大，路由维护的开销就越大。当网络的规模增加到某个程度时，所有的带宽都可能会被路由协议消耗掉。所以平面式结构网络的可扩充性较差。 分级结构的最大优点是可扩充性好，网络规模不受限制。必要时可以通过增加簇的个数或级数来提高网络的容量。分级结构中，簇内成员的功能比较简单，基本上不需要维护路由，这大大减少了网络中路由控制信息的数量。簇头结点复杂一些，它要维护好到达其它簇头的路由，还要知道所有结点与簇的所属关系。但总的来说，在相同网络规模的条件下路由开销要比平面结构的小。如果簇内通信的信息量占较大比例时，各簇可以互不干扰地进行通信，系统的吞吐量显然要比平面结构的要高。但是分级结构也有它的缺点。首先，维护分级结构需要较复杂的簇头选择算法，簇头选择算法需要仔细设计。其次，簇间的信息都要经过簇头寻路，不一定能使用最佳路由。比如在不同簇中但互为邻居的结点，在平面结构中可以直接通信，但分簇后要通过两个簇的簇头转交。分级结构要比平面结构有优势。首先，分级结构有较好的可扩展性。其次分级结构通过路由信息局部化提高了系统的吞吐量。分级结构使路由信息局部化，簇内结点无须知道其他簇的拓扑结构，一个簇的拓扑变化不会被其它簇感知。这减小了路由控制报文的开销。再次，分级结构中结点的定位要比平面结构简单得多。在平面结构中，想知道一个结点的位置，需要在全网中执行查询操作。而在分级结构中，簇头知道自己簇成员的位置，只要查询簇头就可以得到结点的位置信息。还有，分级结构可通过移动性管理来实现序列寻址。按照结点与簇的关系为结点分配逻辑序列地址，由簇头充当类似与HLR 和VLR功能的位置管理服务器，就可以简单地实现结点定位和寻址。再有，分级结构是无中心和有中心模式的混合体，可以采用两种模式的技术优势。虽然采用分级结构后有了相对的控制中心-簇头，但是簇头和簇成员是动态变化的，结点仍是自动组网的。分级后网络被分成了相对独立的簇，每个簇都有控制中心。基于有中心的TDMA、CDMA、轮询等技术都可以在分级的网络中使用。基于有中心控制的路由、移动性管理、网络管理技术也可以移植到Ad hoc 网络中来。美国的WAMIS 项目为了实现Ad hoc 网络中多媒体信息的传输，采用了分级结构并使用了TDMA、CDMA等信道接入技术。随着对Ad hoc 网络中QOS 要求的提高，采用基于有中心的技术可能是最佳的选择。图2.2.3 单频分级结构图2.2.4 多频分级结构第三节 移动Ad Hoc网络的应用从网络应用上来看，传统的蜂窝移动通信网络和移动Ad Hoc网络在应用领域和应用层面上都不同。由于Ad Hoc 网络的特殊性，它的应用领域与普通的通信网络有着显著的区别。它适合被用于无法或不便预先铺设网络设施的场合、需快速自动组网的场合等。针对Ad Hoc 网络的研究是因军事应用而发起的。因此，军事应用仍是Ad Hoc 网络的主要应用领域。但在民用方面，Ad Hoc 网络也有非常广泛的应用前景。它的应用场合主要有以下几类：移动会议：在室外临时环境中，工作团体的所有成员可以通过Ad Hoc方式组成临时网络协同完成一项大任务，或协同完成某个计算任务。再室内环境中，办公人员携带的包含Ad Hoc收发器的PDA可以通过无线方式自动上下载电子邮件，更新工作日程表等。家庭联网：通过移动联网的方式把办公室的办公环境延伸到家庭，必要时在家庭办公，或者利用我们随身携带的个人无线Ad Hoc设备与装备了Ad Hoc收发器的家庭电器通信，自动完成开锁、开灯、打开娱乐设备、调节空调等操作。紧急服务：由于停电或其它灾害出现，网络基础设施遭到破坏时，组建一个Ad Hoc网络帮助紧急援救人员完成必要的通信工作。传感器网络：最近，人们开始关注大量分布的传感器协调工作问题。传感器可以工作在危险的环境（如化学有害物质泄露现场），通过在传感器上装备位置指示器、Ad Hoc收发器等，将传感器所在现场的信息传送到危险现场以外，避免援救人员进入现场，收集和辨别事故信息。个人域网络：通过Ad Hoc网络把个人通信、娱乐、办公等设备联网，这些设备可以或不需要与因特网相连，但在执行用户的某项活动时肯定需要彼此通信，在这种情况下，移动性不是主要问题。军事无线通信：再现代化战场上，各种军事车辆之间、士兵之间、士兵与军事车辆之间都需要保持密切的联系，以完成集中统一指挥，协调作战。这样的通信网络是一种典型的Ad Hoc网络，据报道，在最近的伊拉克战争中，移动Ad Hoc网络得到了有效的应用。其它商业应用：如未来装备Ad Hoc收发设备的机场预约和登机系统可以自动地与乘客携带的个人无线Ad Hoc设备通信，完成目前的换登机牌等手续。如商场内的商品RF标签，廉价的RF标签可以通过无线接口由Ad Hoc设备动态刷新。顾客若携带手持无线设备可以很容易地找到某种商品和价格。这种设备已由NCR公司生产。例如现有的一个Ad hoc交易系统的设想。双方通过Ad hoc移动设备进行协商，并完成现实的任务：在邮局买邮票、向图书馆还书、退换商品等。一些移动运营商在这一领域颇有建树。例如Swisscom公司的“好友地带”服务，可以帮你认识周围的新朋友，和朋友聊天，甚至对朋友的位置进行定位。最近，手表制造商Swatch发布了一种置于手表内的名为synchro.beat的移动约会设备。这个系统通过手表发出的声音向另一手表传送信息。然后，根据双方各自在synchro.beat内的信息，相应的算法可以辨识出你和另一块手表的匹配程度。以下是一个Ad Hoc网络在军事上的研究与应用实例。美国DAPRA近期资助了一项研究“自愈式雷场系统”。该项目时间跨度为2000至2003年。系统计划采用智能化的移动反坦克地雷阵来挫败敌人对地雷防线的突破。这些地雷均配备有无线通信与自组织联网单元，通过某种方式布撒之后（如通过飞机、地-地导弹或火箭弹进行远程布撒），这些地雷迅速构成移动Ad Hoc网络。在遭到敌方坦克突破之后，这种地雷通过对拓扑结构的判断，以及自动弹跳功能迅速“自愈”，即通过网络重构恢复连通。如此反复，直到系统无法重构为止，最后自行引爆。“自愈式雷场系统”可以大大限制敌军的机动能力，延缓敌军进攻或撤退的速度，在一段时间内封锁特定区域。该系统采用FHSS扩频方式，中心频率为2.4GHz,带宽为83MHz,节点之间采用声波测距定位。第三章 移动Ad Hoc网络的关键技术第一节 路由技术目前在Internet中常用的内部网关路由协议主要有两种:一种是基于距离矢量的路由协议(如RIP);一种是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来维护网络正确的路由表或网络拓扑结构图.考虑到Ad Hoc网络带宽较窄,拓扑变化频繁等因素,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:1) 动态变化的网络拓扑结构.这些变化主要体现在结点加入,离开网络以及链路权值系数的变化.而对于常规有线网络,网络拓扑结构则表现较为稳定,拓扑结构的变化通常是由于链路状态的变化(如链路拥塞,或是设备故障等)而引起的.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,将会严重降低系统性能.尤其是在拓扑变化频繁的Ad Hoc网络环境中,可能在路由算法还未收敛时,网络的拓扑结构又发生了变化.3) 单向的无线传输信道.在传统的网络路由协议中,通常认为结点间的链路是对称的双向链路.而在Ad Hoc网络中,由于无线收发设备不同或周围环境对无线信道的影响,可能会造成单向的无线传输信道.路由协议包括传播拓扑变化信息和计算到目标节点的更新路由两部分。路由协议按照其路由机制可分为基于路由表的路由协议（Table-driven）、根据需要的源路由（On-demand source routiong）以及两者的混合方式3类。基于路由表的路由协议根据拓扑的变化连续地更改网络中的陆由，可保证一旦有分组要传送，需要的路由已经存在并可立即采用。这类路由协议要求每个节点维护一个或多个表存储路由信息，采用该路由机制的不同协议的区别在于所要维护的路由表的数目以及广播网络结构变化的方法。典型的路由表路由协议有目的排序的距离矢量路由（DSDV）、簇头网关交换路由(CGSR)、无线路由协议(WRP)等。根据需要的源路由协议只有当需要传送分组，且无到达目标节点的路由时才启动路由发现协议。与前一种路由方式相比，根据需要的源路由在发送分组之前要进行全网或局部的路径搜索，因而会有相当长的时延，但因不用进行频繁的路由更新，故其路由信令信息占用带宽小、效率高。典型的根据需要的源路由协议有Ad Hoc按需距离矢量路由（AODV）、动态源路由（DSR）、暂时排序路由算法(TORA)、基于联系的路由(ABR)及信号稳定性路由(SSR)等，其路由发现方法具有更大的灵活性和多样性。为了满足延时及有效性的折衷要求，某些网络结构如分层网络结构（包括主节点层和从属节点层等）会采用两种路由机制的混合方式，例如在主节点层采用基于路由表的路由协议，而在主节点控制范围内采用根据需要的源路由协议，反之亦可，这样可提高网络路由的可扩展性。无论是那种路由机制，其路由设计的目标均可包括以下几点：分布式实现；有效利用网络带宽，及尽量减少控制信令；有效利用电池容量；快速路由更新；保证无迂回路由；优化路由选择依据，路由选择依据依网络优化的目标不同包括最大化端到端吞吐量、最小化端到端延时、最短路径/最小hop数、最小功耗、负荷平衡（及最少拥塞路径）、最小冗余（有效利用带宽）、自适应动态拓扑变化等；可支持单向链路，有些因素如链路的不对称性和信号干扰等会造成链路的单向特性，设计可运行于单向链路的路由算法会具有更广的应用适应性。Ad Hoc移动网络路由协议按照发现路由的策略可以分为两类：（1）预先路由。网络中的主机通过周期性交互路由信息得到所有其它主机的路由，大多数的传统路由采用这种机制。（2）按需路由。主机只查找和维护自己需要使用的路由，而不是到所有主机的路由。 预先路由中主机之间要不断地交互路由信息，会占用大量的网络带宽，交换的这些路由中有许多路由信息可能并不需要，这些无用信息浪费了有限的网络资源。因此，预先路由方法不太适合Ad Hoc移动网络的特性，按需路由很好地解决了这些问题，主机之间不需要周期性地交互路由信息，主机只在需要某个路由时才进行查找和维护。目前提出的Ad Hoc路由协议大多采用按需路由方式。Ad Hoc按需路由一般包含两个阶段：路由查找和路由维护。路由查找一般采用询问/回答方式，当主机S要发送数据给D时，S首先检查是否有到D的路由，若有，则按需路由发送数据，否则S发送路由请求报文，查找需要的路由，主机D或沿途有到D路由信息的主机收到请求报文后，会发送回答给S，S由此获得路由。路由维护是指当某个链路断开导致相应的路由实效时，主机通知路由源或重新查找路由，以免使用失效路由发送数据而造成数据的丢失，目前一般使用按需维护，即当主机需要使用失效路由时，才通知相应的源主机路由失效，由此减小路由维护的开销。主机一般使用主动应答、被动应答或周期性的广播报文来检测链路是否断开，主动应答是指主机收到报文后要向发送该报文的邻近主机（上游主机）发应答。被动应答是指主机通过监听下游主机发送的数据信息来确定它们之间的链路是否仍然存在。周期性的广播是指主机周期性的向所有邻居发报文，若主机在给定时间内没有收到某个邻居的广播报文，则认为它们之间的链路断开。目前提出的具有代表性Ad Hoc按需路由主要DSR,ABR,AODV,LAR,CBRP,RDMAR和ZRP。下面我们将这几种路由协议按照层次结构、查找范围分为平面泛洪、平面受限（或平面位置距离辅助）和层次路由三类分别进行说明。3.1.1 平面泛洪路由网络中的主机处于同一平面，彼此之间没有层次概念，所有主机都是平等的。在路由查找中主机将收到的路由请求报文转发给所有相邻主机，这种方法的缺点是路由查找的开销大，可能会导致整个网络都充斥着请求报文，网络的扩展性差，优点是简单、可靠。采用这种路由机制的有动态源路由协议（Dynamic Source Routing Protocol,DSR），基于结合关系的路由协议(Associativity Based Routing Protocol,ABR)，Ad Hoc按需距离向量路由协议(Ad Hoc On-demand Distance Vector Routing,AODV)和区域路由协议(Zone Routing Protocol,ZRP)。3.1.1.1 DSRDSR的特点在于使用了源路由的路由机制，在报文的头部携带要经过的路由，路由器按照该路由序列来转发报文。协议包括两部分：路由发现和路由维护。（1）路由发现当主机S需要到D的路由时，S广播“路由请求”报文，每个请求报文通过序列号和S标识唯一确定。收到“路由请求”报文的主机，若满足：（a）该主机不是目的主机D.（b）请求报文头部的源路由序列中不包含该主机。（c）该主机没有接收过同样的路由请求报文。（d）主机的路由表中没有到目的主机D的路由信息。主机将自己的地址附加到“路由请求”报文头部的路由序列中，并将报文转发给所有相邻主机，若(b),(c)不满足，主机将删除报文，防止循环处理，若(a),(b)不满足，主机将发送“路由回答”给S,回答中包含了从S到D的路由，该路由从请求报文中携带的路由序列或主机自己路由表中记录的路由信息中得到。S获得路由后，使用源路由进行数据通信。（2）路由维护DSR支持主动应答和被动应答两种链路状态检测方法，一旦主机在发送数据时发现需要使用的连接链路断开，它发送“路由出错”报文给这些断开路由的源主机，源主机收到报文后将失效路由从路由表中删除，沿途转发“路由出错的主机也从自己的路由表中删除包含该断开链路的所有路由。（3）DSR协议评价1）主机不需要周期性的发送报文，节省了电池能源和网络带宽，尤其是当没有主机要发送数据时，网络中没有通信开销，支持主机睡眠。2）支持中间主机回答，能使源主机快速获得路由，但会引起过时路由问题。3)每个报文都需要携带完整的路由信息，降低了网络带宽的利用率。3.1.1.2 ABRABR有两个独特之处：一是依据路由的持久性和质量来选择路由，另一个是路由失效时通过路由重组来快速查找路由。协议包含两部分：路由发现和路由重组。（1）路由发现ABR的路由发现包括广播查找(BQ)和回答两部分，当源主机S需要到D的路由时，S广播“广播查找”，收到查找报文的主机将主机标识、主机间结合计数值（该值通过主机间周期性交互的信标报文获得）路由的转发负载、链路的传输负载、网段计数信息附加在查找报文中并转发给所有邻居。D收到查找报文后，选择长持久性和质量（转发能力和传输能力）高的路由，并通过选择的路由反向将“路由回答”发给S，回答报文中包含S到D的完整路由，沿途转发回答报文的主机根据回答中的路由更新各自的路由表，包括源、宿、下游主机地址等。S获得路由后，就可以和D通信了。（2）路由重组ABR通过周期性的广播信标报文来监视链路状态，当主机在使用某个链路时发现该链路断开，将通过路由重组来查找新的路由，过程如下：(a)断开链路的下游主机DN向目的主机D发送“路由通知”(RN)报文，通知沿途的主机该路由失效，收到该报文的主机从路由表中将该路由删除。(b)断开链路的上游主机UP执行局部查询(LQ)查找到D的新路由。LQ和BQ很类似，只是LQ中设定的TTL值要比BQ中的小的多，UP找到新路由后，从S发来得报文将沿着S.源路由.UP.UP新查找的路由.D的路径到达D。(c)若UP超时未找到D的路由，将发送RN报文给直接的上游主机。由上游主机再重新进行局部查找，若上游主机也未找到，则继续向上回朔，LQ查找次数的上限为源路由的一半。此时若仍未找到，主机将直接发送RN给源主机S，由S重新查找路由。（3）ABR协议评价1）选择的路由持久性和质量比较高。2）路由维护中采用了局部查找，不像 DSR总是让源主机查找路由，这样可以减少路由恢复的时间和路由维护的开销。3）在路由查找中必须由目的主机选择路由，可以避免过时路由问题。但这样做会增加S获得路由的等待时间。4）需要周期性的报文，需要消耗一定的电池能源和网络带宽。5）路由重组中需要合理设置 UP 的局部查找范围，若UP在给定的有限范围内没有找到路由，要回朔查找，这样会增加新路由查找的延迟和开销。3.1.1.3 AODVAODV是基于距离向量的路由协议。协议比较有特色的是每个路由都有目的序列号，该号由目的主机产生用于防止循环，每当目的的主机和相邻主机之间的拓扑发生变化，它就会将目的序列号加1，并将该号附加在路由回答中。AODV同时还支持多址通信，协议由两部分组成：路由请求和路由维护。（1）路由请求AODV的路由请求和DSR,ABR基本类型，不同的是AODV在请求报文(RREQ)中携带了主机记录的目的序列号，收到请求报文的主机，查看路由表中是否记录有到目的主机“更新”的路由，所谓“更新”是指目的序列号大于或等于请求报文中的序列号。若没有，主机记录请求报文的源主机、目的主机、上游主机地址和目的序列号并广播，若有或主机是目的主机，将发送“路由回答”(RREP)给源主机，回答中包含“更新”的目的序列号和路由，转发“路由回答”的主机根据回答更新路由表，设置路由的下游主机、目的序列号、有效时间信息，并根据先前记录的上游主机地址将RREP报文转发给上游主机，直到源主机S。（2）路由维护AODV通过周期性的广播hello报文来监视链路状态，若主机在使用某个链路时发现该链路断开，主机将从路由表中删除包含该断开链路的路由，并发送“路由出错”报文(RRER)通知那些因链路断开而不可达的主机将对应路由从路由表中删除，沿途转发RRER的主机也删除自己路由表中的对应路由。（3）AODV协议评价1） 基于传统的距离向量路有机制，思路简单、易懂。2） 通过使用目的序列号有效地防止了循环的发生，解决了传统的基于距离向量路由协议存在的无限计数问题，并且易于编程实现。3） 支持中间主机回答，能使源主机快速获得路由，但存在过时路由问题。4） 需要周期性的报文，需要消耗一定的电池能源和网络带宽。3.1.1.4 ZRPZRP是预先路由协议和按需路由协议的结合。该协议将网络分为若干个互相重叠的区域，每个区域的半径长度由用户设定。例图，假定区域半径为2，对于主机S，和它相距两个网段距离的主机即A,B,C,D,E,F,G,H在Z中，而I,J,K,L,M不在Z中。ZRP中，同一区域内的主机通信使用区内路由协议，跨区的主机通信使用区间路由协议。 图3.1.1 ZRP路由协议（1）区内路由协议ZRP的区内路由采用传统的预先路由法，支持距离向量和链路状态两种路由策略。主机和相邻主机之间通过周期性的交互路由表获得到区内各主机的最新路由。（2）区间路由协议ZRP区间路由采用按需方式，如图中，S要和M通信，因为MZ,S发请求给本区域的边界主机,即Z,中的G,H,B,C,E,这些主机在各自的区域查找是否有到M的路由,若有,例MZ,E发送回答给S,告诉它到M的路由,若没有,则将请求报文发给本区的边界主机,依次不断循环查找,直到找到路由.由于在岛内可能有多个主机收到请求报文,这些主机都会发路由回答给S,S将选择其中的最短路由。ZRP的路由维护也是混合的,在区域路由维护中当主机需要使用的链路断开时,主机选择通知源主机或进行局部查找路由,其局部查找方法和区间路由协议中的路由查找相同,只是查找的范围小。（3）ZRP协议评价1)区内通信使用预先路由,没有按需路由中的初始延迟问题,且区域范围有限,路由更新的代价不大。2)区间通信采用了按需方式,避免预先通信路由交互开销大的问题。3)区间查找路由时,将请求报文发给边界主机,提高了路由的查找速度。4)只允许目的区域内的主机回答,延长了源主机获得路由的时间。5)需要周期性的广播报文，需要消耗一定的电池能源和网络带宽。