主動(dòng)路由協(xié)議

對(duì)于目前所提出的眾多MANET路由協(xié)議，協(xié)議性能的分析和比較重點(diǎn)集中在 DSDv,AODV,DSR和ToRA等幾種路由算法上，通過報(bào)文發(fā)送率、路由開銷、路徑最優(yōu)性、吞吐量、平均端到端時(shí)延等參數(shù)對(duì)路由協(xié)議的性能進(jìn)行評(píng)估和比較。根據(jù)國(guó)內(nèi)外公布的 MANET路由協(xié)議仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行研究，可以得出這樣的結(jié)論 ：各種不同情況的比較下，如不同的數(shù)據(jù)源數(shù)目，不同的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性，不同的自組織網(wǎng)絡(luò)模型以及不同的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載等等， 反應(yīng)式路由協(xié)議的性能明顯優(yōu)于先應(yīng)式路由協(xié)議。根據(jù)路由建立時(shí)機(jī)與數(shù)據(jù)發(fā)送的關(guān)系可以把路由協(xié)議分為三種 ：主動(dòng)路由協(xié)議、按需路由協(xié)議、混合路由協(xié)議。主動(dòng)路由協(xié)議是事先給定所有路徑， 并不考慮實(shí)際中是否用到具體的路徑。這種方式路由的建立、 維護(hù)的開銷都很大，資源要求高，不適合于傳感器網(wǎng)絡(luò)。按需路由協(xié)議是在傳輸中需要路徑時(shí)才按需要去計(jì)算合適的路徑， 這種方式會(huì)產(chǎn)生較大的時(shí)延?；旌下酚蓞f(xié)議是綜合利用前面兩者的一個(gè)結(jié)合體。 由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能量有限，且只具有局部網(wǎng)絡(luò)信息，一般都是采用按需路由或者是混合路由協(xié)議。根據(jù)路由過程中節(jié)點(diǎn)的通信模式可以把路由協(xié)議分為以下幾種 ：?jiǎn)翁鴧f(xié)議，傳感器節(jié)點(diǎn)把采集到的數(shù)據(jù)直接發(fā)送給基站節(jié)點(diǎn)。 在這種方式中，如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，則節(jié)點(diǎn)的能量會(huì)很快耗盡；隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)沖突也會(huì)變得更加嚴(yán)重。洪泛式路由協(xié)議，這是一種簡(jiǎn)單的協(xié)議，它不需要維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由計(jì)算。 接收到數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)以廣播的方式轉(zhuǎn)發(fā)給所有鄰居節(jié)點(diǎn)。雖然這種方式的路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)很直接， 但它有嚴(yán)重的缺陷，會(huì)帶來網(wǎng)絡(luò)內(nèi)信息的內(nèi)爆和交疊。而且對(duì)資源有很大的浪費(fèi)。平面型路由協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都是地位平等的。 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)給基站節(jié)點(diǎn)時(shí)，可以通過其它節(jié)點(diǎn)作為中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)， 最后到達(dá)基站節(jié)點(diǎn)。也是一種多跳的傳輸數(shù)據(jù)的方式。一般來說，在基站節(jié)點(diǎn)附近的節(jié)點(diǎn)參于數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)的概率要大于遠(yuǎn)離基站節(jié)點(diǎn)的傳感器節(jié)點(diǎn)。因此，基站節(jié)點(diǎn)附件的傳感器節(jié)點(diǎn)由于頻繁的參于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)而會(huì)很快的耗盡能源。 平面型路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，健壯性好：但建立、維護(hù)路由的開銷較大，數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶鴶?shù)多，一般適用于規(guī)模小的網(wǎng)絡(luò)。層次型路由協(xié)議，基本思想是把傳感器節(jié)點(diǎn)分成不同的簇， 簇內(nèi)部的通信工作由簇頭節(jié)點(diǎn)完成，同時(shí)簇頭節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)聚集和融合；少通信的數(shù)據(jù)量，最后簇頭節(jié)點(diǎn)還要負(fù)責(zé)把處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給基站節(jié)點(diǎn)。這種路由協(xié)議可以很好的滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性， 適用于大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。但是簇的維護(hù)開銷較大，簇頭節(jié)點(diǎn)是路由的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其產(chǎn)生和維護(hù)都很重要，一旦失效會(huì)對(duì)路由造成較大影響。從不同的應(yīng)用性能角度出發(fā)可以將路由協(xié)議分為多種類型?；诓樵兊穆酚蓞f(xié)議，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、戰(zhàn)場(chǎng)評(píng)估等應(yīng)用中，需要不斷查詢傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)；基站節(jié)點(diǎn)發(fā)出查詢?nèi)蝿?wù)，傳感器節(jié)點(diǎn)向查詢節(jié)點(diǎn)報(bào)告采集的數(shù)據(jù)。在這類應(yīng)用中，通信流量主要是查詢節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間的命令和數(shù)據(jù)傳輸， 同時(shí)傳感器節(jié)點(diǎn)的采集信息在傳輸路徑上通常要進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，通過減少通信流量來節(jié)省能量。地理位置路由協(xié)議，它利用節(jié)點(diǎn)的地理位置信息， 把查詢或者數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給特定的區(qū)域， 從而縮小了數(shù)據(jù)的傳輸范圍。在一些目標(biāo)跟蹤類應(yīng)用中，往往需要喚醒距離跟蹤目標(biāo)最近的傳感器節(jié)點(diǎn)，以得到關(guān)于目標(biāo)的更精確位置等相關(guān)信息。 在這類應(yīng)用中，通常需要知道目的節(jié)點(diǎn)的精確或者大致的地理位置。把節(jié)點(diǎn)的位置信息作為路由選擇的依據(jù)， 可以對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行域的化分，從而縮小數(shù)據(jù)發(fā)送的范圍，還可以幫助完成節(jié)點(diǎn)的路由功能， 并降低系統(tǒng)專門維護(hù)路由協(xié)議的能耗。以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議，它提出對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)用特定的描述方式命名， 數(shù)據(jù)傳輸

基于查詢并依賴于數(shù)據(jù)命名，所有數(shù)據(jù)通信限制在局部范圍內(nèi)。某些應(yīng)用中要求查詢或者上報(bào)具有某種類型的數(shù)據(jù)，這是以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議的應(yīng)用基礎(chǔ)。這種方式的通信不再依賴于特定的節(jié)點(diǎn)，而是依賴于網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)， 從而減少了網(wǎng)絡(luò)中大量傳輸?shù)娜哂鄶?shù)據(jù)， 降低了不必要的開銷，以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期，但需要分類機(jī)制對(duì)數(shù)據(jù)類型進(jìn)行命名。路由選擇中如果考慮服務(wù)質(zhì)量（Qos）的約束，就成為可靠的路由協(xié)議。這類路由在建立時(shí)，需要考慮時(shí)延、丟包率等服務(wù)質(zhì)量因素。在某些無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中對(duì)通信的實(shí)時(shí)性、可靠性等有較高的要求，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，通信信道質(zhì)量比較低、 拓?fù)渥兓l繁，要實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量保證，就需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的可靠的路由協(xié)議。另外根據(jù)傳輸過程中采用的路徑的數(shù)目分為單路徑路由協(xié)議和多路徑路由協(xié)議， 單路徑節(jié)約存儲(chǔ)空間，通信量少。多路經(jīng)容錯(cuò)性強(qiáng)，健壯性好，可以從多條路徑中選擇一條最優(yōu)路由。根據(jù)是否進(jìn)行了數(shù)據(jù)聚合處理可以分為數(shù)據(jù)聚合的路由協(xié)議和非數(shù)據(jù)聚合的路由協(xié)議。 數(shù)據(jù)聚合能減少通信量，但需要時(shí)間同步技術(shù)的支持，并且使傳輸?shù)臅r(shí)延增加。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議按采用的通信模式、 路由結(jié)構(gòu)、路由建立方式、狀態(tài)維護(hù)以及應(yīng)用場(chǎng)景等不同的方法可以有很多的分類。在實(shí)際的研究中一般考慮多方面因素，組合多種策略實(shí)現(xiàn)路由機(jī)制，所以同一路由協(xié)議有時(shí)可以分屬不同分類。些結(jié)論：表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議中重點(diǎn)介紹了DBF協(xié)議，另外DSDVWRP也進(jìn)行了簡(jiǎn)單的描敘。而按需路由協(xié)議重點(diǎn)介紹了AODV與LAR另外還介紹了DSRTORAABR、SSR等重要的路由協(xié)議。最后對(duì)各種路由協(xié)議進(jìn)行了總結(jié)和對(duì)比。通過對(duì)DSDV,DSR,AODV和TORA4種典型路由協(xié)議在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性可變， 通信源可變的情況下分組交付率、數(shù)據(jù)分組的平均端到端時(shí)延、標(biāo)準(zhǔn)化路由載荷和平均端到端吞吐量 4種性能指標(biāo)的對(duì)比分析可知：表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議端到端延時(shí)好于按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議端到端延時(shí)， 而按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議在數(shù)據(jù)報(bào)文交付率和路由負(fù)荷方面好于表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議。 由此得出：沒有一種路由協(xié)議是“萬能”的，各協(xié)議在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中各有優(yōu)勢(shì)：在對(duì)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)要求較高的環(huán)境下，一般選用表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議， DSDV依賴于路由消息的周期性廣播，在高速移動(dòng)的AdHoc網(wǎng)絡(luò)中不宜使用；而那些對(duì)數(shù)據(jù)包完整性和帶寬要求嚴(yán)格的場(chǎng)合應(yīng)盡量選擇按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議[9]，AODV和DSR兩個(gè)協(xié)議表現(xiàn)突出，兩者均使用按需路由尋找，但是路由算法機(jī)制不同：對(duì)于面向應(yīng)用的如時(shí)延和吞吐量之類的性能指標(biāo)，在比較寬松 （即節(jié)點(diǎn)較少或移動(dòng)性較弱）的環(huán)境中，DSR協(xié)議優(yōu)于AODV協(xié)議；但是在較苛刻的環(huán)境中則 AODV優(yōu)于DSR協(xié)議，并且隨著環(huán)境變得越來越苛刻 （即載荷變得越重，移動(dòng)性變得越強(qiáng)），AODV協(xié)議相對(duì)于DSR協(xié)議的性能優(yōu)勢(shì)越來越明顯。從仿真實(shí)驗(yàn)可以看出出相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)DSR）但分組投遞率4總結(jié)曲于各協(xié)議的實(shí)現(xiàn)機(jī)制不同，因此三種協(xié)議在不同的性能參數(shù)方面表現(xiàn):表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議（DSDV）的平均時(shí)延要小于按需路由協(xié)議從仿真實(shí)驗(yàn)可以看出出相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)DSR）但分組投遞率銷和能量消耗等性能不如按需路由另外，在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度增加節(jié)點(diǎn)停留時(shí)間減小的情況下，三種路由協(xié)議的性能都有著不同程度的下降綜合來講，AODV協(xié)議具有較強(qiáng)地適應(yīng)能力，適用于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁的環(huán)境 ；DSR適用于節(jié)點(diǎn)較少網(wǎng)絡(luò)變化較小且對(duì)時(shí)延要求不高的環(huán)境 ；DSDV協(xié)議更適用于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度較小的環(huán)境由于移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境的多樣性，導(dǎo)致了不同的環(huán)境下追求不同的性能所以應(yīng)結(jié)合具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境尋找最優(yōu)的路由協(xié)議 另外，通過大量仿真實(shí)驗(yàn)分析各協(xié)議的缺點(diǎn)和不足，可以便于今后學(xué)習(xí)以及研究其可行的改進(jìn)策略在AdHoc無線網(wǎng)絡(luò)中AODV采用按需路由的方式，源節(jié)點(diǎn)可以快速獲得網(wǎng)絡(luò)的路由情況，能快速響應(yīng)活躍路徑上的網(wǎng)絡(luò)變化情況。從圖 1和圖2中可以看出，一旦路由建立后，數(shù)據(jù)包的延時(shí)要明顯優(yōu)于DSDVo如果將圖1和圖2在同一張圖中進(jìn)行描述，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于兩個(gè)場(chǎng)景中的AODV協(xié)議，在3.5-5.9S時(shí)的延時(shí)是完全一樣的，即AODV的穩(wěn)定程度要優(yōu)于DSDV。場(chǎng)景1和場(chǎng)景2的區(qū)別僅在于增加了一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，從圖 2和表2中可以看出，這時(shí)AODV的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)得更為明顯，丟包率從6.61%下降到0，而DSDV從0上升到6.61%。實(shí)際上，隨著移動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度的增加， AODV的優(yōu)勢(shì)將更加明顯。四結(jié)論本文對(duì)AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的三種典型路由協(xié)議（AODV,DSR,DSDV的運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行了介紹， 并通過NS2軟件建立了AdHoc仿真環(huán)境，對(duì)這三種路由協(xié)議進(jìn)行了仿真并結(jié)合仿真結(jié)果進(jìn)行性能分析。從仿真結(jié)果可以得出，在節(jié)點(diǎn)高速移動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁時(shí)， AODV和DSR的包投遞率要比DSDV好。但是在節(jié)點(diǎn)慢速移動(dòng)時(shí)， DSDV的端到端平均時(shí)延要好于 AODV和DSR這說明不同的路由協(xié)議有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合，在實(shí)際工作中應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的環(huán)境選擇合適的路由協(xié)議。，得出結(jié)論LAR路由協(xié)議適合于節(jié)點(diǎn)以中低速移動(dòng) ，節(jié)點(diǎn)平均密度稍高但網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不宜過高，報(bào)文發(fā)送率中高的環(huán)境。LAR路由協(xié)議的前提條件是假設(shè)源節(jié)點(diǎn)知道目的節(jié)點(diǎn)的位置信息以及該節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的移動(dòng)速度 ，雖然GPS技術(shù)的發(fā)展使得此前提條件的保證成為可能，但是實(shí)際應(yīng)用時(shí)的困難還是在一定程度上限制了 LAR的應(yīng)用，另外節(jié)點(diǎn)位置信息的不精確性會(huì)影響協(xié)議性能甚至使路由出錯(cuò) [6],因此，如何獲取地理位置信息以及提高位置信息的精確性是將來的研究方向。在 LAR中，路由查詢之后，數(shù)據(jù)分組的發(fā)送是基于源路由信息 ，位置信息并沒有被用來為其轉(zhuǎn)發(fā)的決定而服務(wù) ，所以位置信息沒有被充分利用，將來可以考慮在這一點(diǎn)對(duì)LAR協(xié)議加以改進(jìn)。結(jié)束語結(jié)合各種分簇算法的優(yōu)點(diǎn)本文提出的CBRP算法采用了一種新的分簇方法 在選取簇首節(jié)點(diǎn)時(shí)引入了節(jié)點(diǎn)的帶權(quán) ID綜合考慮了節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)量 位置和有效帶寬CBRP算法簇首的選取更加合理提高了MANET的可擴(kuò)展性簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)通信時(shí)采用表驅(qū)動(dòng)的路由算法不同簇的節(jié)點(diǎn)通信時(shí)使用按需路由算法 降低了路由計(jì)算時(shí)間改善了大規(guī)模MANET的路由計(jì)算效率利用在路由請(qǐng)求信息中使用數(shù)字簽名的方法 確保由CBRP路由安全性仿真結(jié)果表明與當(dāng)前廣泛使用的 SEAD協(xié)議比較CBRP算法適合于結(jié)點(diǎn)較多節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度受到一定限制的MANET但在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度相當(dāng)快的 MANET中CBRP算法導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)開銷迅速增大嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)性能如何改進(jìn)算法使之適應(yīng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度極快的 值得進(jìn)一步研究本文介紹了無線自組網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分類，重點(diǎn)介紹了 AODV、DSR和GPSR最后對(duì)三個(gè)路由協(xié)議通過仿真進(jìn)行了定量分析。 GPSR協(xié)議采用貪心法和周邊遍歷法，與采用 Flooding算法的協(xié)議相比降低了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提高了投遞成功率，縮短了路由跳數(shù)，所以它更適用于較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。若選取更多的性能參數(shù)進(jìn)行比較， 貝忙們之間的比較將更加細(xì)致， 對(duì)協(xié)議的研究也將更加深入。⑶優(yōu)缺點(diǎn)AODv協(xié)議綜合了DSDV和DSR兩者的特點(diǎn)。與基于表驅(qū)動(dòng)的DSDV相比，AODv采用了按需路由的方式，不需要維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔?，僅在沒有相應(yīng)路由發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)，才發(fā)起路由請(qǐng)求過程。與 DSR相比，AODv通過讓路由上的中間節(jié)點(diǎn)建立和維護(hù)路由表，使得數(shù)據(jù)報(bào)文頭部不再需要攜帶完整路由信息，減少了數(shù)據(jù)報(bào)文頭部路由信息對(duì)信道的占用，節(jié)約了信道資源，提高了系統(tǒng)性能。因此，AoDv協(xié)議對(duì)帶寬利用率高，能夠及時(shí)相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?，同時(shí)能避免路由環(huán)路現(xiàn)象。AODv協(xié)議也存在一些問題。由于在路由請(qǐng)求報(bào)文的廣播過程中建立了反向路由，用于回送路由應(yīng)答報(bào)文，所以要求傳輸信道是雙向的，因此 AODv僅適用于雙向傳輸信道的網(wǎng)絡(luò)；路由表僅維護(hù)一條到指定目的節(jié)點(diǎn)的路由；AODv的前向路由生存時(shí)間定時(shí)器會(huì)刪除生存時(shí)長(zhǎng)內(nèi)未使用的路由，即使相應(yīng)路由是有效地。本章小結(jié)介紹了幾種經(jīng)典的AdHoc路由協(xié)議雖然應(yīng)用比較廣，被研究得比較多，但是仍然存在許多不足。其中，DsDv協(xié)議的應(yīng)用非常受限，無法支持網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，拓?fù)渥兓鄬?duì)頻繁的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。AoDv和DSR可以很好地支持中小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，而對(duì)于大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)需要通過分簇算法來擴(kuò)展。在相同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，OLSR和DSDV協(xié)議的時(shí)延整體上小于其他三種協(xié)議；DSDV協(xié)議的分組傳送率低于其他協(xié)議；路由開銷方面，TORA協(xié)議的最大，DSR最小，OLSR的開銷也較小,DSDV的開銷基