Alex_McAvoy

想要成为渔夫的猎手

无线自组织网络的网络层

【Ad-Hoc 网络层体系结构】

在 Ad-Hoc 的网络层中,其存在两种结构:

1.平面结构

平面结构即完全分布式,所有节点的地位平等,网络控制、路由选择、流量管理能力相同,只要存在多条路径就能通信

简单而健壮,相对安全,但节点覆盖范围较小,路由开销大,可扩充性差,在节点数目多移动性强的环境下,维持网络最新拓扑的控制开销大

2.层次结构

层次结构即分层分布式,网络被划分为簇,每个簇由一个簇头和多个簇成员组成,簇头可形成更高一级的网络

簇成员功能简单,节点定位简单,路由信息局部化能够减少路由协议开销,可扩展性好,抗毁性好,但簇头需要选择,所有传输都通过头 路由不一定最短

【Ad-Hoc 网络层路由】

路由协议体系

在 Ad-Hoc 网络中,通信两点可能不在相互的无线传输范围内,需要其他节点承担路由器的转发工作,同时,节点移动要能改发现新路由

而由于 Ad-Hoc 网络的特性,使得路由信息不完整也不易获得,同时网络的所有结点路由信息随时可能过期,这使得常规的 DV 路由协议(距离向量协议)周期性地路由更新会消耗大量的网络带宽和节点资源,当网络节点失效时容易形成路由回路,这就要求开发一套新的路由协议,来满足 Ad-Hoc 网络的需求

针对这两种结构,开发出了平面寻址的平面路由和分层寻址的分层路由,以满足两种体系结构的路由需要

路由评价指标

路由协议的性能在不同的网络环境中表现不同,在 Ad-Hoc 中有如下评价指标:

  • 端-端的数据吞吐量和延迟:反映数据报的传输质量
  • 路由请求的时间:数据需要发送到发送出去的时间
  • 路由协议的效率:路由控制信息与数据信息的比率

平面路由

平面路由有两种驱动方式:表驱动的表驱动路由协议、按需驱动的按需路由协议

1.表驱动路由协议

表驱动路由协议是一种先应式路由,可以认为是传统的分布式最短路径路由协议,使用该方式的每个节点都会维护到网络中所有节点的路由,这使得所有路由都已经存在并且随时可用,路由请求的延迟低但路由开销高

目前,常用的协议有:

  • DSDV 协议:目的节点序列距离矢量协议,由传统的距离矢量路由协议 DV 改进得来,保持了 DV 协议的简单性的同时,能快速对拓扑变化做出反应,是表驱动路由协议的首选协议
  • OLSR 协议:优化的链路状态路由协议,是基于多点中继概念的对常规表驱动路由协议的改进,其继承了链路状态协议的稳定性,同时最小化了报文转发前的等待时间,该协议的核心是多点转播(MPRs),即在广播洪泛的过程中挑选的转发广播的节点
  • TBRPF 协议:基于拓扑广播的逆向路径转发,本质上是一种 LS 协议,该协议由邻居发现模块、路由模块组成,与传统链路状态协议相比,该协议的拓扑更新消息更小,路由开销更少,更适合拓扑迅速变化的无线网络

关于 DSDV 协议的介绍,见:目的节点序列距离矢量协议 DSDV

2.按需路由协议

按需路由协议是一种反应式路由,在源端需要的时候通过路由发现过程来确定路由,控制信息采用泛洪方式,该方式路由请求延迟高,路由开销低,有源路由(报文头携带完整的路由信息)和 hop-hop 路由两种实现技术

目前,常用的协议有:

  • DSR 协议:动态源路由协议,是基于源路由概念的按需自适应路由协议,该简单而有效,网络开销较小,是 Ad-Hoc 网络的首选路由协议
  • AODV 协议:Ad-Hoc 按需距离矢量路由协议,是 DSDV 协议和 DSR 协议的综合,借用了 DSR 协议中路由发现和路由维护的基础,采用 DSDV 协议逐跳路由(hop-by-hop)、顺序编号和路由维护阶段的周期更新机制

关于 DSR 协议的介绍,见:动态源路由协议 DSR

分层路由

分层路由协议是一种层次式路由,通过一些节点组成一个簇(Cluster)或者一个分区(Zone),这些簇和分区可组成较大的超级簇(Super Cluster)或者超级分区(Super Zone)

需要说明的是,簇内所有节点都与簇头直接通信,簇内节点间的通信一般是两跳,而分区的大小没有限制,其内节点的通信可多跳

在分层路由协议的设计上,遵循以下原则:

  • 减少参与路由计算的节点数,以降低交换路由信息的通信开销,同时要缩短路由表的长度和维护开销
  • 通过分区策略来产生较为稳定的子网,以减少拓扑结构变化对路由协议带来的影响

如下图,是一个使用分层路由协议的二级网络

目前,最常用的协议是 ZRP 协议,其混合使用了主动路由策略和按需源路由策略,对于域内的节点通信,使用域内路由协议;对于跨域节点通信,使用域间路由协议;对于边界结点通信,使用边界传播协议

关于 ZRP 协议的介绍,见:分区路由协议 ZRP

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