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Ad hoc无线网络路由技术或影响网络整体性能

2012-07-31 11:45 作者:吴艳君 来源:硅谷网 HV: 编辑: 【搜索试试
  【硅谷网7月31日讯】《硅谷》杂志2012年第12期刊文称,路由技术是Adhoc的关键技术,也是影响网络整体性能最重要的因素之一。对Adhoc的路由协议进行总结性分析,并研究表驱动路由协议中的DSDV和按需路由协议中的DSR和AODV协议;结合现有协议存在的一些问题,提出相应的解决方案。
  
  0引言
  成立于1991年5月的IEEE802.ll标准委员会采用了“Adhoc”一词来描述这种特殊的、自组织、对等式多跳移动通信网络,Adhoc就此诞生[1]。Adhoc(无线自组织网络)没有固定的基础设施并使用多跳中继的方式进行通信,其组网方式灵活,通信终端便携性强,并由此成为未来宽带接入的重要方式。由于Adhoc技术自身的特点,传统移动网络的路由协议已经不再适应,研究适应Adhoc的路由协议,路径选择算法与数据传输技术已成为当今人们研究的热点。
  1Adhoc网络
  Adhoc是一个局域网,它采用无线通信技术,网络中的节点互相作为其邻居节点的路由器,通过节点转发,实现移动Adhoc内部主机之间和内部主机与外部主机之间的通信。移动Adhoc较之传统网络有很大的优越性,适合于无法和不便于预先铺设网络基础设施或需要网络快速展开的场合。根据Adhoc网络的特征,一般可以将Adhoc的体系结构划分为5层,分别是:物理层,数据链路层,网络层,传输层,应用层。其具体区分以及与TCP/IP体系[2]的对应关系如图1所示。
  2Adhoc的路由协议
  2.1路由协议的分类研究
  路由协议的作用就是监控网络拓扑结构变化,交换路由信息,定位目的节点位置,产生、维护和选择路由,并根据选择的路由转发数据,提供网络的连通性,它是移动节点互相通信的基础,是Adhoc无线网络的一个核心问题[3]。Adhoc路由协议分类如图2所示。
  Adhoc路由协议根据不同的分类原则可以从多个角度进行分类。根据路由发现策略可区分为表驱动路由协议和按需路由协议。表驱动路由协议也称为主动路由协议,在这种路由协议中,每个节点维护一张包含到达其它节点的路由信息的路由表;按需路由协议是Adhoc特有的路由协议类型,又称为反应式(Reactive)路由协议,是一种当需要发送数据分组时才查找路由的路由算法。与表驱动路由协议相比,按需路由协议的开销较小,但是数据分组传送的时延较大。
图1  Ad hoc网络体系结构示意图

图2  Ad hoc路由协议分类示意图
 
  混和路由协议是对表驱动路由协议和按需路由协议的综合。它具有相对较低的带宽损耗和路由发现延迟,特别是在大规模的网络中有良好的表现,可扩展性较好。混和路由协议通常采用分级或分区结构,分级结构中需要引入簇的概念,因此增加了簇的管理与维护,在获得可扩展性的同时也引入了路由算法的复杂度和管理开销。
  2.2表驱动路由协议举例分析
  典型的表驱动路由协议有DSDV、CGSR等。
  DSDV(Destination-SequencedDistance-VectorRouting)通过给每个路由设定序列号避免了路由环路的产生,每个节点保存一份路由表,表中每一条记录一个序列号,偶数号表示此链接存在,由目的地址对应的节点生成,奇数号表示链接已经破损,由发现破损的节点生成。
  CGSR(群首网关交换路由协议)以DSDV算法为基础,使用了分群路由(或称分级结构路由)结构。将网络分为多个群,每个群内有3种节点:群首、普通节点、和网关。每个节点维护两种数据结构:路由表和簇成员表。节点使用DSDV协议,周期性地与同簇内的邻居节点交换簇成员表,更新表信息。CGSR通过分簇,大大减少了维护路由表所需要的信息量,且有较好的扩展性,但算法相对复杂,需要一定的执行代价。
  2.3按需路由协议举例分析
  典型的按需路由协议有DSR、AODV。
  2.3.1DSR协议
  DSR协议是一种源路由协议,所谓源路由,是指在每个数据分组的头部携带有在到达目的节点之前所有分组必须经过的节点的列表。此类协议最核心的问题是在节点需要发送数据时,按照需要找到目的节点,DSR协议主要包括路由发现和路由维护两个部分。
  DSR协议宽带利用率高、多径路由和缓存技术使得路由发现耗费小,但路径选择准确性查,存在路由应答风暴问题等。
  2.3.2AODV协议
  AODV使用了分布式的、基于路由表的路由方式,所以建立路由表项以后,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项,实现逐跳转发。这就与DSR所采用的源路由方式很大的不同。AODV的RREQ(路由请求数据包)分组中包括:<源节点地址、源节点序列号、广播ID,目的节点地址、目的节点序列号、跳记数器>,其中源节点地址和广播ID唯一地标识一个RREQ报文,可见它的分组只带有目的节点的信息。AODV的一个缺点就是不支持单向信道,原因是路由回答报文直接沿着路由请求的反向回到源节点。
  每种路由协议都基于不同的出发点和机制,许多路由协议都表现出较好的性能,但也存在或多或少的问题,通过对Adhoc路由协议的分析比较,其协议性能通过适当的方法进行改进,比如利用多路径路由、基于获得最短路径时间的路由、基于QoS路由技术等。
  3多路径路由
  多路径传输(简称MPT,MultiplePathTransport)是指通过一定的约束规则,在网络中找出到目的节点的多条路径,然后在这多条路径之间合理地分配负载,从而达到快速路由的目的[4]。在Adhoc中当前的多路径路由主要分为两类:备份多路径与并行多路径。
  在多路径路由中,如果一条路径断裂就重新路由,将在网络中引入大量的负载(路由维护消息),降低了网络的性能,所以最好在其中的几条断裂而没有全断裂时在发起路由请求。多路径路由协议根据节点的相关性可分为三类:节点独立多路径路由协议、链路独立多路径路由协议及相关多路径路由协议。
  多路径可以提供多条路径,有利于均衡负载,多条路径同时传送数据,可减少带宽的限制,提高网络利用率;当某些原因造成路径断裂,但只要有一条正常,数据包就可以正常传送,其容错性能较强。
  4结束语
  随着无线终端处理能力的提高与无线互联技术的发展,Adhoc网络越来越受到人们的关注。本文着重分析研究了Adhoc的路由协议,对其进行了总结性的分类研究,列出了现有协议面临的一些主要问题,并提出了相应的解决方案。Adhoc组网技术必然会随着研究的深入更加广泛的应用于日常生活中。
  作者简介:
  吴艳君(1982-),女,山东菏泽人,硕士,助教,菏泽学院,研究方向:虚拟现实技术仿真。
  
  (原文载于《硅谷》杂志2012年第12期,硅谷网及《硅谷》杂志版权所有,未经允许禁止转载)
  
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