AdHoc无线网络路由协议

设计要求

　　AdHoc网络设计中的一个关键问题是开发能够在两个节点之间提供高质量高效率通信的路由协议。网络节点的移动性使得网络拓扑结构不断变化，传统的基于因特网的路由协议无法适应这些特性，需要有专门的应用于AdHoc网络的路由协议，根据前文对AdHoc网络结构和特点的阐述，设计的路由协议必须满足以下的条件：

　　(1)必须对网络拓扑结构动态变化具有快速应变的能力，并且尽量避免路由环路的发生，提供方便简单的网络节点定位法。

　　(2)必须高效地利用有限的带宽资源，尽可能压缩不必要的开销。

　　(3)实施多跳通信的中间转接次数也是有限的，一般不要超过3次。

　　(4)必须尽可能减少发射时间和发射的数据量，节约有限的工作能源。

　　(5)在可能的条件下，使设计的路由协议具有安全性，降低遭受攻击的可能性。

算法

　　1) 先应式 ( Pro - active)算法:又称为表驱动( table - driven)路由算法。该算法将网络中每个结点当作一个独立主动的路由器进行全网络周期性的路由信息的广播和更新 ,每个结点需要维护一张完整的网络路由表 ,路由表项的内容包括目的结点、 跳数、 目的结点序号等。每个结点周期性的与邻结点交换路由信息来更新自身的路由表 ,路由发现依据路由表来进行。先应式算法的优点是通信时可以立即得到路由信息 ,缺点是当网络内结点发生变化时 ,必须重新交换路由信息以获得新路由的路径 ,这样增加了网络的负载 ,路由开销也随着网络的增大而越来越大。其代表协议有 DSDV、 OL2SR等。

　　2) 按需求 (On - demand)算法:又称反映式路由算法。无线网络当需要路由来传送数据包时才被动的进行路由发现 ,即结点仅构建和维护当前需要用来发送数据包的路由信息。网络拓扑结构和路由表内容也是按需建立的 ,不需建立去往网络内各个结点的路径 ,因此不需要周期性的广播路由信息 ,节省了一定的网络资源。按需求算法具有较小的通信控制 (路由维护更新 )开销 ,但在需要发送数据时 ,因没有通向目的结点的路由信息 ,要临时启动路由发现机制来寻找路由 ,这会带来一定的时延。代表协议有 AODV (Ad hoc On Demand Dis2tance Vect or)、 DSR、 DSRD、 T ORA协议等。

　　3) 混合式算法:结合了先应式算法和按需求算法的优势。该算法按区域将无线网络划分为几个逻辑子网 ,在逻辑子网内采用先应式的主动算法 ,在区域间采用按需求的被动算法 ,通过调节区域划分的大小和子网内结点数量以综合提高结点和无线网络的路由能力。代表协议有ZRP协议等。

分类

　　根据路由触发原理，目前的路由协议大致可以分为先验式路由协议、反应式路由协议和混合式路由协议3种。

　　1、先验式路由协议

　　先验式路由协议又称表驱动路由协议，每个节点维护一张包含到达节点的路由信息的路由表，并根据网络拓扑的变化随时更新路由表，所以路由表可以准确地反映网络的拓扑结构;源节点一旦要发送报文，可以立即获得到达目的节点的路由，这类的路由协议通常是通过修改现有的有线路由协议来适应AdHoc无线网络要求，如通过修改路由信息协议(RIP)得到的目的节点序列距离矢量协议(DSDV)。因此这种路由协议的时延较小，但是协议需要大量的路由控制报文路由，协议的开销较大。常用的先验式路由协议有DSDV，HSR，GSR，WRP等。

　　DSDV协议通过给每个路由设定序列号避免了路由环路的产生，采用时间驱动和事件驱动技术控制路由表的传送，即每个移动节点在本地都保留一张路由表，其中包括所有有效信宿点、路由跳数、信宿路由序列号等信息，信宿路由序列号用于区别新旧路由以避免环路的产生。每个节点周期性地将本地路由表传送给邻近节点，或者当其路由表发生变化时，也会将其路由信息传给邻近点，当无节点移动时使用间隔较长的大数据包(包括多个数据单元)进行路由更新;邻近节点收到包含修改的路由表信息后，先比较信源K信宿路由序列号的大小，信宿路由序列号大的路由将被采用，而信宿路由序列号小的路由则被淘汰，若相同，则采用制式的路由(如最短路径)。

　　HSR(HierarchicalStateRouting)是一种用于分级网络的路由协议，节点保存它所有子孙节点的位置信息，沿从的根节点到级的叶节点的路径为节点分配逻辑序列地址，可以用序列地址进行节点寻址。

　　GSR称为全局状态路由协议，其工作原理与DSDV协议类似，采用链路状态路由算法，但避免了路由报文的泛洪，它包括一个邻近节点表、网络拓扑表、下一跳路由表和距离表。

　　无线路由协议WRP是一种距离—矢量路由协议，每个节点都维持一个距离表、路由表、链路开销表和报文重传表，通过其邻近节点的最短路径生成数SST(ShortpathSpanningTree)生成自己的SST后，再向邻节点传递更新信息。当网络路由表没有任何变化时，接收节点需回传一个空闲报文以示连接，否则，修改距离表，寻找更优路径。这种算法的特点是当检测到任意相邻节点变化时，则检查所有相邻节点的坚固性以消除回路，具有较快的收敛性。

　　2、反应式路由协议

　　反应式路由协议又称随选路由或者按需路由，是一种当需要时才查找路由的路由选择方式。节点不需要维护及时准确的路由信息，当需要发送数据时才发起路由查找过程。与先验式路由协议相比，反应式路由协议的开销小，但是数据报传送的时延较大，不适合于实时性的应用。常用的反应式路由协议有AODV，DSR，TORA等。

　　AODV(AdhocOndemandDistanceVectorRouting)协议：源节点发送数据前先广播一个路由请求消息，附近节点收到后再次广播，直到请求消息到达目的节点或到达知道目的节点路由的中间节点，目的节点或中间节点沿原来路径返回响应消息，源节点收到响应后就知道到达目的节点的路由。

　　DSR协议称为动态源路由协议，是一种源路由协议，每个分组的分组头中包含了源—目的整条路由信息。它采用路由缓存技术，用于存储源路由信息，当学习到新的路由时则修改路由缓存内容，该协议包含两个方面：路由发现和路由维护。

　　TORA协议称为临时预定路由算法，是一种源初始化按需路由选择协议，它采用链路反转的分布式算法，具有高度自适应、高效率和较好的扩充性，比较适合高度动态移动、多跳的无线网络，其主要特点是控制报文定位在最靠近拓扑变化的一小部分节点处，因此节点只保留邻近点的路由信息。该算法中路由不一定是的，常常使用次优路由以减少发现路由的开销。

　　TORA协议包括3个基本模块：路由的创建、路由的维护和路由的删除。

　　3、混合式路由协议

　　Adhoc无线网络中单纯采用先验式或反应式路由协议都不能完全解决路由问题，因此，许多学者提出了结合先验式和反应式路由协议优点的混合式路由协议，如ZRP协议。ZRP协议是一个先验式和反应式路由协议的组合，网络内的所有节点都有一个以自己为中心的虚拟区，区内的节点数与设定的区半径有关，因此区是重叠的，这是与分群路由的区别;在区内使用先验式路由算法，中心节点使用区内路由协议IARP维持一个到区内其他成员的路由表,对区外节点的路由使用按需路由，利用区间路由协议IERP建立临时的路由。

　　但是，实施混合式路由也面临着很多困难，如族的选择和维护、先验式和反应式路由协议的合理选择以及网络工作的大流量等问题。

展望

　　AdHoc网络中路由功能是由移动主机来执行，因此路由器的位置是移动的;AdHoc网络有限的工作能源也无法提供复杂的路由功能;网络拓扑结构的动态变化性使得目前认为是的路由协议也可能会被中断或不是，这些问题使得Adhoc网络中的路由算法成为当前研究的一个热点。

　　近年来，越来越多的研究者开始重视移动代理技术的应用，并有学者提出了基于移动代理技术的移动网络拓扑结构构造和有线网络动态路由算法实现等理论。移动代理技术具有移动性、自主性等特点，因此它适用于移动网络，研究基于移动代理技术的Adhoc无线网络路由协议将成为今后Adhoc无线网络路由技术研究的重点。