无线自组织网络路由协议概述

1、无线自组织网络路由协议概述唐敏 赵贵摘要：移动自组网由一组带有无线收发装置的移动节点组成，用来为远程操作、 战场和地震或者洪水救援等紧急通信和易变的移动通信提供效劳。由于移动自组网与有线网的区别，使得为移动自组网设计一个适宜的分布式路由协议具有一定 程度上的难度。本文主要是介绍了 DSR和ADOX协议以及与有线网络中DV路由协 议的区别。关键词：无线自组网、DSR ADOV无线自组织网络即 MANET(Mobile Ad Hoc Network)，是一种不同于传统 无线通信网络的技术。传统的无线蜂窝通信网络，需要固定的网络设备如基 地站的支持，进行数据的转发和用户效劳控制。而无线自组织网络不需

2、要固 定设备支持，各节点即用户终端自行组网，通信时，由其他用户节点进行数 据的转发。这种网络形式突破了传统无线蜂窝网络的地理局限性，能够更加 快速、便捷、高效地部署，适合于一些紧急场合的通信需要，如战场的单兵 通信系统。但无线自组织网络也存在网络带宽受限、对实时性业务支持较差、平安性不高的弊端。目前，国内外有大量研究人员进行此工程研究。无线自组织网络(mobile ad-hoc network)是一个由几十到上百个节点组 成的、采用无线通信方式的、动态组网的多跳的移动性对等网络。其目的是 通过动态路由和移动管理技术传输具有效劳质量要求的多媒体信息流。通常 节点具有持续的能量供给。由于Adhoc

3、网络具有节点节电、减少带宽消耗、拓扑快速变化、适应单 向信道环境等多方面的要求，使得现有的IP路由协议，如RIP选路信息协议和OSPF开放最短路径优先协议等不能满足要求，Adhoc网络路由协议的设计具有很大难度。IETF的MANE工作组重点研究无线 Adhoc中的路由 协议。主要有如下几种草案：1. AODV AdhoconDemandDistmceVectorRoutingAdhoc 网络的距离矢量 路由算法。2. TORATemporallyOrderedRoutingAlgorithm临时顺序路由算法。3. DSR DynamicSourceRouting 丨动态源路由协议。4.OLSR

4、 OptimizedLinkStateRoutingProtocol优化的链路状态路由协议。5. TBRPF TopologyBroadcastBasedonReversePathForwarding基于拓扑播送的反向路径转发。6. FSR FisheyeStateRoutingProtocol鱼眼状态路由协议。7.IERPtheInterzoneRoutingProtocol丨区域间路由协议。8.IARP the In trazo neRouti ngProtocol丨区域内路由协议。9.DSDV DestinationSequencedDistanceVector目标序列距离路由矢量算法。

5、下面我将重点就DSF和AODV5种协议进行介绍。(一) .DSR DynamicSourceRouting 丨动态源路由协议。DSR是基于源路由概念的按需自适应路由协议。移动节点需保存存储节点所知的源路由的路由缓冲器。当新的路由被发现时，缓冲器内的条目随之更 新。DSR路由协议有两个主要机制组成 路由寻找 (Route Discovery机制和 路由维护(Route Maintenance)机制。路由寻找机制在源节点需要给目的节点发送一个分组并且还不知道到达目的 节点的路由的时候使用。当源节点正在使用一条到达目的节点的源路由的时候，源节点使用路由维护 机制可以检测出因为拓扑变化不能使用的路由，

6、当路由维护指出一条源路由已经中断而不再起作用的时候，为了将随后的数据分组传输到目的节点， 源节点能够 尽力使用一条偶然获知的到达目的节点的路由，或者重新调用路由寻找机制找到一条新路由。在DSR路由协议中，路由寻找机制和路由维护机制均是完全按需操作，不需 要某个网络层次的某种周期分组，如DSR不需要任何周期性的路由播送分组、 链 路状态探测分组。DSR路由协议的的所有状态都是“软状态，因为任何状态的丧失都不会影 响DSR路由协议的正确操作，因为所有状态都是按需建立，所有状态在丧失之后 如果仍然需要的话那么能够很容易得到迅速恢复。DSR路由协议的路由寻找机制和路由维护机制的操作是的单向链和不对称路

7、 由很容易得到支持。DSR路由协议的完整版本直接使用“源路由，节点使用路由缓冲器存储节 点所知的源路由，当发现新路由时，更新缓冲器内的条目。节点所发送的每个数据分组均在其分组头中携带其将要通过的一个完整的、 按序排列的路由信息。DSR选项头格式如下：i 口1V:1 -1f 01十267 ft H0112 p 1 4 = 3亠7 M i : 01 : 2 1 J 4 | i I 67 p ; 901牛衍鼻小®| F |囂 St 茴崔,55( Ptjdoddl 1(二) .AODVAdhoconDemandDistmceVectorRoutingAdhoc 网络的距离矢量 路由算法。AO

8、DV各由协议是一种按需路由协议，实质上是DSR和 DSDV勺综合，它借用了 DSR中路由发现和路由维护的方法，及DSDV勺逐跳路由、顺序编号和路由维护阶段的周期更新机制，以DSDV为根底，结合 DSR中的按需路由思想并加以改进。和 DSDV保存完整的路由表不同的是，AODVS过建立基于按需路由来减少路由播送的次数，这是AODV寸DSDV勺重要改进。和DSR相比， AODV勺好处在于源路由并不需要包括在每一个数据分组中，这样会使路由协 议的开销有所降低。AODV是 一个纯粹的按需路由系统，那些不在路径内的节 点不保存路由信息，也不参与路由表的交换。AODV协议可以实现在移动终端间动态的、自发的路

9、由，使移动终端很快 获得通向所需目的的路由，同时又不用维护当前没有使用的路由信息，并且 还能很快对断链的拓扑变化做出反响。AODV勺操作是无环路的，在防止了无穷计数问题的同时，还提供了很快的收敛速度。AODVt别于其他协议的最显著的特点是路由表中每个项都使用了目的序列号(Destination sequenceNumber)。目的序列号是给发起节点的路由信息中使用的。使用目的序列号可以防止环路的发生。AODVt、议主要包括两个阶段：路由发现阶段和路由维护阶段。路由发现 阶段的主要任务是建立与期望目的节点之间的可靠路由，这个路由可能是以 前有的，也可能是通过算法新建立的；路由维护阶段的主要任务是

10、维护和更 新节点路由表中保存的路由表项。AODVt议中有五类控制消息：路由查询消息(RREQ)、路由回复消息(RREP)、 路由错误消息(RERR)、RREP应答消息(RREP ACK)，HELLO?肖息。当源节点需要和目的节点通信时，如果在路由表中已经存在了对应的路 由，AODV不会进行任何操作。当源节点需要和新的目的通信时，它就会发起 路由发现过程，通过播送刚姬Q信息来查找相应路由。当这个RREQJ达目的节点本身，或者是一个拥有足够新的到目的节点路由的中间节点时，路由 就可以确定了。所谓“足够新就是通过目的序列号来判断的。目的节点或 中间节点通过原路返回一个RREP信息来向源节点确定路由的

11、可用性。AODV使用了分布式的、基于路由表的路由方式，所以建立路由表后，在 路由中的每个节点都要执行路由维持、管理路由表的任务，在路由表中都需 要保持一个相应目的地址的路由表，实现逐跳转发，这就与DSR所采用的源路由方式有很大的不同。后者在路由时，只有源节点知道到目的节点的完整 路由，而中间节点都不知道有关的路由信息。在维护路由表的过程中，当路由不再被使用时，节点就会从路由表中删 除相应的项。同时，节点会监视一个活动路由(activeroute ，有限跳的，可用于数据转发的路由表)中下一跳节点的状况。当发现有链路断开的情况时， 上游的节点就会使用 RERRS知更上游的节点。在 RERF消息中，

12、指明了由于 断链而导致无法到达目的节点。每个节点都保存了一个“前驱列表 (precursor list)来帮助完成错误报告的功能，这个列表中保存了把自己作为到当前不可达节点的下一跳的相邻节点(可以通过记录RERF获得)。RREPACK由源节点应目的节点的要求发出，主要用于应答目的节点的RREP肖息；HELLO消息是一类特殊的一跳 RREP®息，该消息用于节点保持和邻居节点之 间的有效链路。AODV协议中规定节点保存的数据结构主要有：路由表、先驱表、单向链 路黑名单(black list)。路由表中保存节点到每一个目的节点的路由。先驱表用来保存使用相对应的路由的所有邻居节点，使得一旦出

13、现链路失效，本 节点能够快速的通知到相关的邻居节点。单向链路黑名单主要用于记录于本 节点间存在单向链路的上游节点。在路由表中，针对每一个表项，需要记录如下的内容：目的IP地址(Destinationip Address);目的序列号(Destination Sequenee No) ;接口(Interface);跳数计数(Hop Count);上一次的跳数(Last Hop Count);下一跳NextHop;前驱列表List ofprecursors;生存时间Life Time;路由标记RoutingFlags。其中，对序列号进行管理是防止路由环路的关键 所在。当发生断链时，通过增加序列号和

14、度量值跳数来使路由表项无效。三.Adhoc与有线网络中DV路由的区别Adhoc是由一组带有无线通信收发装置的移动终端节点组成的一个多跳临 时性自治系统；每个移动终端同时具有路由器和主机两种功能：作为主机，终 端需要运行面向用户的应用程序；作为路由器，终端需要运行相应的路由协议；节点间路由通常由多跳Hop组成;不需要网络根底设施，可以在任何地方、任何 地点快速构建.其特点是1.独立组网，不需要任何预先网络根底设施；2.动态拓 扑，节点移动，节点无线发送功率变化、无线信道干扰或者地形等因素影响；3.自组织，无控制中心，节点故障不会影响到整个网络。4.多跳路由，接收端和发送端可使用比两者直接通信小得

15、多的功率进行通信，因此节省了能量消耗，通过中间节点参与分组转发，能够有效降低对无线传输设备的设计难度和本钱，同时扩大了自组织网络的覆盖范围5.特殊的无线信道特征，无线信道提供的网络 带宽比有线信道低得多，竞争无线共享信道产生碰撞，信号衰落、噪声干扰以及信 道之间的干扰等；6.终端的局限性，能量、存储、计算等资源受限；7.平安性差, 无线链路的开放性，移动性导致节点之间信任关系的变化;8.可扩展性不强，节点 之间的相互干扰造成网络容量下降，各节点吞吐量随网络节点总数的增加而下 降;9.存在单向无线信道，终端发射功率的不同及地形环境的影响.而DV协议的通用属性那么是：定期更新Priodic Upd

16、ates丨：DV协议每经过特定时间就发送更新信息， 周期为10秒AppleTalk的RTMP到90秒Cisco的IGRF；更新信息发送间 隔过短会造成拥塞，而过长又会失去意义；邻居Neighbour丨：即共享相同数据链路的一组路由器；DV协议在信息上是依赖于邻居的逐跳更新方式；播送更新Broadcast Updates：向播送地址发送更新信息；相同路 由协议的邻接路由器收包后回应，不同路由协议的邻接路由器丢弃；更新信息包 含整个路由表，邻居会搜集自己需要的信息跳数+1，丢弃不需要的；网络矢量算法只给出了网络上的路标也就是方向和直线距离，但是没有给出沿路径行走的细节，就像叉路口的路标一样，它很容

17、易受到意外或成心的破坏； 播送更新 有一个失效计时器，也就是一定时间deadtime内hello包无回应即删除该邻 居；水平分隔Split Horizon丨：路由器向外发送包含了整个路由表的更新信 息不仅浪费了带宽，还有可能造成Full Mesh网络的网络回路也就是不断把从邻 居路由器学到的路由回发给邻居路由器 你收到并发出后经过Full Mesh回路往 往会再发给邻居，邻居有更新了按照RIP的协议规那么也会不断发给你，于是很可 能一直循环下去浪费资源造成拥塞甚至导致段网，这并不必要，因此规定只发 送路由矢量方向的路由也就是只延续收到的路由，而与路由矢量方向相反的路由是逆向路由Reverse

18、Route丨默认被水平分隔阻挡；分成简单水平分隔发送 更新时接口不能发送从本接口得到的跟新信息和毒性逆转水平分隔发送更新时通过指定跳数的inf无穷大来指定向该接口发送此更新信息的网络不可达； 跳数的无穷大：Full Mesh网络的环路下会不断循环更新某路由使跳数直到 无穷大而使路由不可达默认跳数 16的网络不可达，解决方法是设定最大跳 数15；但收敛速度大大降低！其他解决方法是触发更新和抑制计时器；触发更 新Triggered Update：路由在发生变化时立刻发布更新而不等到计时器超时； 抑制计时器Holddown Timer：路由跳数变化时立刻抑制不收发有关其的更 新信息 等时间结束后再查看， 这是折中的方法， 虽然有效解决了跳数无穷大问 题但是抑制时间过短会造成拥塞， 而