自组织基本路由协议及混合型路由协议技术

自组织基本路由协议及混合型路由协议技术自组织基本路由协议及混合型路由协议技术自组网的路由技术主要是设计能自适应网络拓扑动态变化的分布式路由协议路由协议，并避免产生路由环路，尽可能减小路由开销，具有一定的可扩展性，使网络节点能根据网络情况的变化，具各分布式管理的路由功能。

自组织网络自组织网络是一个多跳的临时性的自治系统，在这种环境中，由于结点的无线通信覆盖范围的有限性，两个无法直接通信的移动结点可以借助其他结点进行分组转发来进行数据通信。

自组网结点之间是通过多跳数据转发机制进行数据交换，需要按路由协议进行分组转发决策。

IETF于1996年成立了自组网工作小组（MANETWG），其核心任务就是研究自组网环境下基于IP协议的路由协议规范和接口设计。

目前MANETWG已经提出了许多协议草案，比如DSR、AODV、TORA、ZRP等。

这些自组网路由协议根据不同的角度可以进行不同的分类。

按路由发现的策略划分，可以分为主动式主动式路由协议、被动式路由协议和混合型路由协议。

自组织网络主要有以下路由协议。

研究基于分布式算法，具有网络自组织和自设置功能的自组织基本路由协议，主要有两类：表驱动路由协议（主动式路由协议）和按需路由协议（反应式路由协议），。

主动式路由协议尽力维护网络中每个节点至所有其他节点的一致的最新路由信息，并要求网络中的每个节点都建立和维护一个或多个存储路由信息的表格。

在网络拓扑变化时周期性地广播路由更新信息。

这样减少了获得路由的时延，但是需要花费较大的开销保持路由更新。

按需路由协议只有在源节点需要时才建立路由，节点不需要花费代价来维护无用的路由信息，节省了一定的网络资源，但是路由发现过程时延比较大。

自组织网络路由协议按驱动模式的分类迄今为止，已提出的主动式协议主要有WRP、DSDV等。

下面简单介绍这两种协议。

（1）WRP协议无线路由协议（wirelessroutmgprotocol，WRP）是一个基于距离矢量的协议，其路由算法是对路径发现算法PFA的改进。

它利用去往目标结点的路径长度和相应路径到倒数第二跳结点信息加速路由协议收敛速度，改善路由环路问题。

WRP对PFAD的改进之处在于当结点i监测到与邻居结点j的链路链路发生变化时，i会检查所有邻居结点关于倒数第二跳信息的一致性，而PFA只会检查结点j 关于倒数第二跳结点信息的一致性。

这种改进可以进一步地减少出现路由环路的次数，加快算法的收敛速度。

WRP协议的主要思想如下：每个结点维护四张表，即距离表、路由表路由表、链路费用表和消息重发表，并通过UPDATE消息通告给邻居结点。

设结点为i，信宿结点为j，结点i的邻居结点为k。

①距离表。

距离表包括k的通告的相关内容有经过k到j的路由的距离Dijk的前趋结点Piik。

②路由表。

每个表项包括信宿结点地址、到信宿的距离Dij、到j的最短路由j的前趋结点Pij、i的下一跳（后继）Sij等。

③链路费用表。

通过结点乃的链路费用和从上一次收到无误消息后所经过的时间。

④消息重发表。

可包括多个重发表项，每个表项包括更新消息的序号、重发计数、ACK标志（是否发过相应的ACK）、更新消息列表。

WRP通过发送ACK实现可靠传输，结点通过接收ACK和其他消息来测试其邻居结点的存在性。

如果结点没有发现数据分组，则周期性地发HELLO消息来得到与邻居结点的连通性消息。

如果在一定的时间内收不到某邻居结点的任何消息，则认为与邻居结点的链路出现了故障；当有新的邻居结点时，把自己的路由表通告给新的结点。

当结点收到一个更新消息后，采用路由发现算法进行路由表的更新，并克服“计数到无穷”问题。

WRP对路由发现算法进行了改进，其独特性表现如下。

①距离表更新。

对每一个更新消息（如k的通告），结点i检测其所有邻居结点{B∈Ni|b≠k}，凡是经过b结点到j且包括有花结点的路由，距离值需要重新计算为Dibj＝Dikj＋Dij，路由前趋更新为Pijb＝Pkj。

②路由表更新。

当邻居P→J路由不包括i，且是邻居结点中到j的最短路由，则结点i选择邻居p作为其到j的下一跳结点，即更新Sij＝p。

（2）DSDV协议目的序列距离矢量协议DSDV（destinatiONsequenceddistancevector，DSDV）是一种基于Bellman_ord算法的主动路由协议。

它被认为是最早的自组网路由协议。

它的主要特点是采用了序列号机制来区分路由的新旧程度，防止可能产生的路由环路。

它的缺点是不适应变化速度快的自组网，不支持单向信道。

DSDV的主要设计思想如下：①路由表结构。

每个结点维护一个路由表，每个路由表项包括：信宿地址、到达信宿的度量值（如跳数）、信宿相关的序列号（由信宿发出）。

该序列号用以识别路由的新旧，作为路由更新和分组转发的依据。

②信息通告。

各结点周期性地向邻居结点通告其当前的路由表，而不是才用洪泛法向网络中的所有结点进行通告。

这相当于各结点对收到的其他结点的信息进行处理后再进行广播通告，从而可大大减少通告的信息量。

为了进一步减少路由信息的传输开销，DSDV中使用了两类更新报文。

（a）完全转存（fulldamp）。

该报文包括了结点当前路由表的所有表项，可能需要多个NPDU进行传输，占用的传输容量大。

这种报文仅仅在结点频繁移动的情况下使用。

（b）递增更新（incrementalupdate）。

该报文包括上一次“完全转存”报文传输以后发生了变化的表项。

结点根据每个路由表项变化的程度决定是否进行“递增更新”报文的发送。

例如，当到达信宿的度量值变化时，可认为需要对相应的表项进行“递增更新”了。

③链路断。

如果在相当长的一段时间内不能收到邻居结点的广播消息，可推断出链路断；同时，MAC层实体也可检测到。

（a）在DSDV中，断的链路度量值＝∞。

（b）结点检测路由表，下一跳经过该链路的路由表项的度量值标记为∞，并分配一个新的序列号。

这种情况下的序列号为奇数，以区别于信宿发出的更新报文。

（c）度量值为∞的表项的变化程度足以触发“递增更新”报文的立即发送。

经过上述过程，在较短的时间内，该链路的变化将通告到网络的各个结点。

④路由选择准则与波动抑制。

DSDV中路由选择的准则为：序列号新或度量值小。

DSDV中路由的选择考虑到下述事实：结点的路由信息通告是异步事件，结点可能先接收到度量值大的路由信息，更新路由的下一跳；当收到新的度量值小的路由信息时，即使信宿结点没有移动，通过路由选择算法也会改变路由的下一跳结点。

这种现象导致需要通告的路由表项的频繁波动。

DSDV采取的办法是维护两张表：一是转发表；二是广播表。

两张表的操作规则有所区分。

广播表以信宿地址为关键字，表项中设置一个“平均通告时间间隔”字段，该字段是对该表项过去通告时间间隔的加权平均，最近通告的时间加杈大。

当收到一个新的网络变化通告时，查询广播表的相应表项的“平均通告时间间隔”字段，决定是否进行通告广播。

需要注意的是，当接收到度量为∞的通告时，不延迟，立即进行广播。

WRP和DSDV 的比较如表1所示。

表1主动路曲协议的比较目前，提交到IETFMANET组的路由协议及其他研究人员提出的路由协议，大都是基于信源按需建立的特征。

这种特征成为自组织网络路由协议设计的一种趋势。

迄今为止，已提出的按需路由协议（ondemand）主要有源动态路由协议（dynamlcsourceroutmg，DSR）、按需距离矢量协议（AdHocondemanddistancevector，AODV）等。

下面简要介绍这两种协议。

（1）DSR协议DSR协议是最早采用按需路由思想的路由协议。

它包括路由发现和路由维护两个过程。

它的主要特点是使用了源路由机制进行分组转发。

这种机制最初是IEEE802.5协议用于在网桥互联的多个令牌环网中的结点寻找路由。

DSR协议借鉴了这种机制，并加人了按需思想而形成。

它的优点在于中间结点不用维护去往全网所有结点的路由信息，而且可以避免出现路由环路。

它的缺点是每个数据分组都携带了路径信息，造成协议开销较大，而且也不适合网络直径大的自组网，网络可扩展性不强。

该协议的路由发现过程如下：①RREQ分组。

结点有分组要发时，动态地广播“路由请求分组”RREQ。

RREQ分组应包括信宿、请求分组发送结点地址、本分组ID、路由记录路由记录。

{请求分组发送结点地址＋本分组ID}用于唯一地识别RREQ，以便于RREQ的接收处理，这里称为RREQ标识。

路由记录将积累地记下RREQ分组逐跳传播时所顺序经过的结点地址，从而完成路由发现的功能。

②结点对RREQ分组的处理。

（a）如果在最近收到的f历史RREQ列表”中已存在，则丢弃该RREQ分组，不作进一步的处理；（b）如果“路由记录”中包括本结点，则丢弃该RREQ分组，不作进一步的处理；（c）如果本结点就是RREQ指定的信宿，发送“路由回答分组”RREP，否则将本结点的地点添加到“路由记录”的后面，重新广播更新后的RREQ分组。

③信宿的路由回答RREP。

RREP包含有由信宿接收到RREQ分组的路由记录。

RREP的目的是如何把这个路由记录告诉给信源。

先假设网络中所有的链路是双向的。

如果信宿到信源的“反向路由”存在，则RREP分组沿“反向路由”点到点传输到信源；如果信宿到信源的“反向路由”不存在，则按RREQ中的“路由记录”（前向路由）进行反向传送。

④存在单向链路。

信宿执行与信源相同的反向路由发现过程，所不同的是信宿RREQ分组稍带传送RREP分组。

按需路由协议中，没有周期性的网络测试过程，各结点需要执行路由维护进程，动态地监视活动路由的运行情况。

该协议的路由维护过程如下：①“逐跳MAC确认”的网络。

这种网络中，链路的故障或变化由MAC层通告，结点将发送“路由错误分组”RRER到信源；信源结点将删除该路由，重新进行路由发现。