基于位置的Adhoc网络路由协议研究报告

基于位置的Ad hoc网络路由协议研究【摘要】基于位置的ad hoc网络路由协议利用节点地理位置信息指导数据包的转发，具有可扩展性强，路由效率高等优点。

分析了ad hoc网络中基于位置的路由协议以及位置信息服务，对几种协议进行了分析比较，并指出了基于位置的路由协议的研究重点。

【关键词】ad hoc网络；路由；协议；位置【abstract 】ilocation-based unicast routing protocol uses geographical location information of nodes to direct the forward of data package, superior to scalability and high efficiency in routing. in this paper, we introduced location-based unicast routing protocols and location information services for ad hoc network. analysed and pared several protocols, we pointed at the research emphasis onlocation-based unicast routing protocol.【keywords 】ad hoc network;routing;protocol;location1 引言ad hoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的多跳临时自治系统。

路由协议一直是ad hoc网络研究的重点。

根据不同的路由策略，ad hoc网络的路由协议可以分为基于拓扑的路由协议和基于位置的路由协议。

与传统的基于拓扑的路由协议相比，基于位置的路由协议利用节点的位置信息来指导包的转发，其基本思想是利用节点的位置信息来选择下一跳，将包向目的节点的方向上进行转发，不需要对路由进行建立和维持，具有开销小、高可扩展性、高性能等优点。

为使位置信息得以有效利用，基于位置的路由协议的研究有两个要点：一是假设源节点在发消息时已知目的节点的位置信息的基础上，设计出基于位置的路由协议；二是位置信息服务的实用性，位置信息服务需要记录节点位置信息的实时更新情况，以应答位置查询。

2 基于位置的路由协议与比较基于位置的路由协议主要有：dream、基于定额的位置信息服务gl、基于家乡区域的位置信息服务slurp，以及基于位置的路由协议lar、gpsr、gra、gedir、zhls、grid、geotora、gdsr和gzrp等。

（1）协议对位置信息的利用程度ad hoc网络的路由协议包括3个部分：查找路由、转发数据分组、路由维护。

根据对位置信息的利用程度，可以将这些协议分为部分的和完全基于位置信息的路由协议。

在此介绍的几种路由协议中，只有grid 仅根据节点位置信息就能解决路由协议的3个问题，因此，它是完全基于位置信息的路由协议。

其他协议仅利用位置信息解决其中部分问题。

（2）协议间比较影响位置的路由协议性能的两个重要因素是网络规模和网络拓扑变化程度。

位置辅助的路由协议和基于位置信息的路由协议差别在于是否保存路由表。

当网络规模很大时，前者将增加节点的存储开销。

若网络拓扑变化频繁，位置辅助的路由协议需要不停地发送rreq查找路由，这会引入过多的找路时延和开销。

同时，链路变化快，导致很多数据分组在传输过程中丢失。

而对于基于位置信息的路由协议，节点根据自己掌握的当前位置信息转发数据分组，不存在事先找路的问题，没有找路时延。

此外，基于位置信息的路由协议只需要知道本地的拓扑信息，即便网络拓扑变化频繁时，也可根据本地拓扑信息找到最新的有效路径。

lar在dsr中用地理位置信息限制路由查找分组广播的X围，它可用于其他采用泛洪找路的协议（比如aodv）中，以降低开销。

lar可根据实际定义相应的期望域和寻找域，其本质仍为反应式路由，当网络变化快时，将频繁修复链路，但不适合网络拓扑变化过快的环境。

dream能保证无路由环路。

每次转发都将分组发送给目的节点方向的多个节点，类似于提供了到目的节点的多条路径，且某条链路上分组的丢失不会影响其它链路上的分组，鲁棒性好，dream中的控制分组只有位置更新分组和ack分组，且分组携带信息较少；更重要的是，节点根据自己的移动速度独立确定发送位置更新分组的周期，且只有移动节点才发送位置更新分组，最大限度地节省了控制分组占用带宽。

dream虽然限制了到目的节点的泛洪X围，但其本质还是基于泛洪的。

因此，dream不适用于节点数目多、数据量大的网络。

terminodes和grid 属于分层路由，适合于大规模网络。

在terminodes中，节点同时保存多条到某个节点的anchor路径，可适应高速变化的网络拓扑；同时，在多条独立的路由上传输数据分组可均衡网络中的流量，降低网络拥塞发生的可能性。

grid中的路由生存时间较长，路由对节点的移动不太敏感。

另外，路由控制分组的开销与网络中节点密度关系不大。

相反，在其他路由协议（如dsr，aodv，lar，zrp等）中，一旦路径上的任一中间节点移动，就可能导致整条路由失败。

3 ad hoc网络位置信息服务基于位置的路由协议研究中的一个主要挑战为，如何得知目的节点的准确位置信息。

一些协议（如，dream和lar）在协议中包含了位置信息交换的过程，而大部分基于位置的路由协议假设有一个独立的机制为节点提供位置信息。

比如所有地理转发路由协议都假设目的节点的位置为已知。

实际上，在这些协议的仿真过程中，位置信息不产生任何开销的提供给了全部节点。

这样会导致仿真结果显示包含了对目的节点位置信息维持过程的某些协议的开销要更高，如dream协议。

因此，对这种独立的位置交换机制，即位置信息服务的研究是对基于位置的路由协议的研究过程中的重要组成部分。

目前已有的ad hoc网络位置信息服务可以被分为三种类型：反应式位置系统，先验式位置数据库系统和先验式位置分发系统。

3.1 反应式位置系统（rls）反应式位置服务系统基于需要对位置进行查询。

反应式位置服务系统可以归为all-for-some方式，网络中的所有节点保持所需的某些其它节点的位置信息。

反应式位置服务可以分为rls和rls’。

在rls协议中，当移动节点需要另一个节点的位置，且该位置信息未知时，发起节点首先向邻居节点询问所需节点的位置信息。

当邻居节点在一定时间内未对其有所反馈时，节点将全网泛洪位置查询包。

与rls相类似的按需协议有lar，dsr和lotar等。

3.2 先验式位置数据库系统先验式位置数据库系统可以分为两种类型：家乡区域型位置服务和基于定额的位置服务。

在先验式位置数据库系统中，网络中的一些特定节点充当其它一些特定节点的位置数据库。

节点移动至一个新的位置时将位置信息更新给该节点的位置数据库节点，即位置数据库服务器；当需要寻找节点的位置时，对该节点位置数据库服务器查询其所在位置。

大部分位置数据库系统可以称为all-for-some 模式。

即网络中所有节点都作为数据库服务器，并且每个数据库服务器维持网络中一些特定节点的位置信息。

3.3 先验式位置分发系统在先验式位置分发系统中，网络中所有节点都定期接收一个指定节点的位置更新。

即，在某个指定节点的位置信息表中，所有节点的位置信息都是有效的。

先验式位置分发系统可以称之为all-for-all 方式，网络中每个节点维持所有其它节点的位置信息。

先验式位置分发系统可以分为六类：dls（dream位置服务），sls （简单位置服务），leap（图例交换与增加协议），蚁群算法，地理区域概要服务，航位推测法（位置预测技术）。

dream位置服务（dls）由dream协议作者提出。

每个更新位置信息表的位置信息包（lp）包含源节点的调整，这些调整基于源节点的速度和lp包传输的时间等。

当ad hoc网络中的每个节点以指定速率传输lp包给较近的节点，并以较低速率传递给较远节点。

移动节点传输lp包的速率取决于从它最近一次位置更新点移动的距离。

dream通过对lp包传输的频率及长度对位置信息的精确程度进行控制。

近距离lp包传输：远距离lp包传输：每个近距离lp包发一个远距离lp包，或每秒发送一个远距离lp包，其中，为移动节点传输X围，为移动节点平均速率，为比例因子。

在dls中，较近节点为1跳邻居节点；更新至较远节点的lp包全网节点更新，包括较近节点。

4 结论基于位置的ad hoc网络路由协议一般要求每个节点都必须配有一个可以确定自身位置的定位系统。

各个节点周期性地广播hello包，将自己的当前状态、准确的地理位置告知其通信半径内的邻节点。

这样，每个节点都存有一X表，用来记录邻节点的地理位置信息。

在进行数据传输之前，源节点需要知道目的节点的地理位置，并把这个信息写入数据XX部，目的节点地理位置的确定由位置信息服务来完成，源节点首先更新该信息，然后根据某种数据包传输策略选择一个合适的邻节点进行数据转发，直至到达目的节点完成整个传输过程。

为维持位置信息的实时性和有效性，基于位置的ad hoc 网络路由协议需要有位置信息服务来辅助其完成数据包的转发过程。

为此，本为主要介绍了现有基于位置的路由协议以及位置信息服务的研究情况。

基于位置的路由算法既不需要建立、也不需要维护路由，因此通常认为基于位置的路由具有高度的扩展性，对于经常的拓扑变化也具有较好的鲁棒性。

移动自组织网络中的节点通常采用便携式的电池供电，由于它常处于比较恶劣的工作环境，所以它的能量资源、计算能力和带宽都非常有限。

这就决定了移动自组织网络协议的设计应以能源有效性为研究目标。

在设计基于位置的ad hoc网路路由协议时，协议的开销应成为衡量位置路由协议优劣的重要因素。

参考文献[1] r.jain,a.puri,and r.sengupta.geographical routing using partial information for wireless ad hoc networks. ieee personal munications, pp.48-57,february 2001.[2] t. camp,j.boleng,b.williams,l.wilcox,and w.navidi.performance evaluation of two location based routing protocols.in proceedings of the joint conference of the ieee puter and municationssocieties(info),pp.1678-1687,2002.。