主動路由協(xié)議

對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集中在 DSDv,AODV,DSR和ToRA等幾種路由算法上，通過報文發(fā)送率、路由開銷、路徑最優(yōu)性、吞吐量、平均端到端時延等參數(shù)對路由協(xié)議的性能進行評估和比較。根據(jù)國內外公布的 MANET路由協(xié)議仿真實驗結果進行研究，可以得出這樣的結論 ：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)點移動性，不同的自組織網(wǎng)絡模型以及不同的網(wǎng)絡負載等等， 反應式路由協(xié)議的性能明顯優(yōu)于先應式路由協(xié)議。根據(jù)路由建立時機與數(shù)據(jù)發(fā)送的關系可以把路由協(xié)議分為三種 ：主動路由協(xié)議、按需路由協(xié)議、混合路由協(xié)議。主動路由協(xié)議是事先給定所有路徑， 并不考慮實際中是否用到具體的路徑。這種方式路由的建立、 維護的開銷都很大，資源要求高，不適合于傳感器網(wǎng)絡。按需路由協(xié)議是在傳輸中需要路徑時才按需要去計算合適的路徑， 這種方式會產生較大的時延?；旌下酚蓞f(xié)議是綜合利用前面兩者的一個結合體。 由于無線傳感器網(wǎng)絡中節(jié)點能量有限，且只具有局部網(wǎng)絡信息，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)點的通信模式可以把路由協(xié)議分為以下幾種 ：單跳協(xié)議，傳感器節(jié)點把采集到的數(shù)據(jù)直接發(fā)送給基站節(jié)點。 在這種方式中，如果網(wǎng)絡規(guī)模較大，則節(jié)點的能量會很快耗盡；隨著節(jié)點數(shù)目的增加，網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)沖突也會變得更加嚴重。洪泛式路由協(xié)議，這是一種簡單的協(xié)議，它不需要維護網(wǎng)絡的拓撲結構和路由計算。 接收到數(shù)據(jù)的節(jié)點以廣播的方式轉發(fā)給所有鄰居節(jié)點。雖然這種方式的路由協(xié)議實現(xiàn)很直接， 但它有嚴重的缺陷，會帶來網(wǎng)絡內信息的內爆和交疊。而且對資源有很大的浪費。平面型路由協(xié)議，網(wǎng)絡中所有節(jié)點都是地位平等的。 當一個節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)給基站節(jié)點時，可以通過其它節(jié)點作為中間節(jié)點進行轉發(fā)， 最后到達基站節(jié)點。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)點附近的節(jié)點參于數(shù)據(jù)中轉的概率要大于遠離基站節(jié)點的傳感器節(jié)點。因此，基站節(jié)點附件的傳感器節(jié)點由于頻繁的參于數(shù)據(jù)轉發(fā)而會很快的耗盡能源。 平面型路由協(xié)議實現(xiàn)簡單，健壯性好：但建立、維護路由的開銷較大，數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶鴶?shù)多，一般適用于規(guī)模小的網(wǎng)絡。層次型路由協(xié)議，基本思想是把傳感器節(jié)點分成不同的簇， 簇內部的通信工作由簇頭節(jié)點完成，同時簇頭節(jié)點完成數(shù)據(jù)聚集和融合；少通信的數(shù)據(jù)量，最后簇頭節(jié)點還要負責把處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給基站節(jié)點。這種路由協(xié)議可以很好的滿足傳感器網(wǎng)絡的可擴展性， 適用于大規(guī)模的網(wǎng)絡。但是簇的維護開銷較大，簇頭節(jié)點是路由的關鍵節(jié)點，其產生和維護都很重要，一旦失效會對路由造成較大影響。從不同的應用性能角度出發(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、戰(zhàn)場評估等應用中，需要不斷查詢傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)；基站節(jié)點發(fā)出查詢任務，傳感器節(jié)點向查詢節(jié)點報告采集的數(shù)據(jù)。在這類應用中，通信流量主要是查詢節(jié)點和傳感器節(jié)點之間的命令和數(shù)據(jù)傳輸， 同時傳感器節(jié)點的采集信息在傳輸路徑上通常要進行數(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)點的地理位置信息， 把查詢或者數(shù)據(jù)轉發(fā)給特定的區(qū)域， 從而縮小了數(shù)據(jù)的傳輸范圍。在一些目標跟蹤類應用中，往往需要喚醒距離跟蹤目標最近的傳感器節(jié)點，以得到關于目標的更精確位置等相關信息。 在這類應用中，通常需要知道目的節(jié)點的精確或者大致的地理位置。把節(jié)點的位置信息作為路由選擇的依據(jù)， 可以對節(jié)點進行域的化分，從而縮小數(shù)據(jù)發(fā)送的范圍，還可以幫助完成節(jié)點的路由功能， 并降低系統(tǒng)專門維護路由協(xié)議的能耗。以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議，它提出對傳感器網(wǎng)絡中的數(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。某些應用中要求查詢或者上報具有某種類型的數(shù)據(jù)，這是以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議的應用基礎。這種方式的通信不再依賴于特定的節(jié)點，而是依賴于網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)， 從而減少了網(wǎng)絡中大量傳輸?shù)娜哂鄶?shù)據(jù)， 降低了不必要的開銷，以延長網(wǎng)絡的生命周期，但需要分類機制對數(shù)據(jù)類型進行命名。路由選擇中如果考慮服務質量（Qos）的約束，就成為可靠的路由協(xié)議。這類路由在建立時，需要考慮時延、丟包率等服務質量因素。在某些無線傳感器網(wǎng)絡的應用中對通信的實時性、可靠性等有較高的要求，而無線傳感器網(wǎng)絡中，通信信道質量比較低、 拓撲變化頻繁，要實現(xiàn)服務質量保證，就需要設計相應的可靠的路由協(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)約存儲空間，通信量少。多路經(jīng)容錯性強，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，但需要時間同步技術的支持，并且使傳輸?shù)臅r延增加。由于無線傳感器網(wǎng)絡的路由協(xié)議按采用的通信模式、 路由結構、路由建立方式、狀態(tài)維護以及應用場景等不同的方法可以有很多的分類。在實際的研究中一般考慮多方面因素，組合多種策略實現(xiàn)路由機制，所以同一路由協(xié)議有時可以分屬不同分類。些結論：表驅動路由協(xié)議中重點介紹了DBF協(xié)議，另外DSDVWRP也進行了簡單的描敘。而按需路由協(xié)議重點介紹了AODV與LAR另外還介紹了DSRTORAABR、SSR等重要的路由協(xié)議。最后對各種路由協(xié)議進行了總結和對比。通過對DSDV,DSR,AODV和TORA4種典型路由協(xié)議在節(jié)點移動性可變， 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延、標準化路由載荷和平均端到端吞吐量 4種性能指標的對比分析可知：表驅動路由協(xié)議端到端延時好于按需驅動路由協(xié)議端到端延時， 而按需驅動路由協(xié)議在數(shù)據(jù)報文交付率和路由負荷方面好于表驅動路由協(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)絡環(huán)境中各有優(yōu)勢：在對網(wǎng)絡延時要求較高的環(huán)境下，一般選用表驅動路由協(xié)議， DSDV依賴于路由消息的周期性廣播，在高速移動的AdHoc網(wǎng)絡中不宜使用；而那些對數(shù)據(jù)包完整性和帶寬要求嚴格的場合應盡量選擇按需驅動路由協(xié)議[9]，AODV和DSR兩個協(xié)議表現(xiàn)突出，兩者均使用按需路由尋找，但是路由算法機制不同：對于面向應用的如時延和吞吐量之類的性能指標，在比較寬松 （即節(jié)點較少或移動性較弱）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，移動性變得越強），AODV協(xié)議相對于DSR協(xié)議的性能優(yōu)勢越來越明顯。從仿真實驗可以看出出相應的優(yōu)點和缺點DSR）但分組投遞率4總結曲于各協(xié)議的實現(xiàn)機制不同，因此三種協(xié)議在不同的性能參數(shù)方面表現(xiàn):表驅動路由協(xié)議（DSDV）的平均時延要小于按需路由協(xié)議從仿真實驗可以看出出相應的優(yōu)點和缺點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)點移動速度增加節(jié)點停留時間減小的情況下，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)議具有較強地適應能力，適用于網(wǎng)絡拓撲變化頻繁的環(huán)境 ；DSR適用于節(jié)點較少網(wǎng)絡變化較小且對時延要求不高的環(huán)境 ；DSDV協(xié)議更適用于網(wǎng)絡節(jié)點移動速度較小的環(huán)境由于移動AdHoc網(wǎng)絡應用環(huán)境的多樣性，導致了不同的環(huán)境下追求不同的性能所以應結合具體的網(wǎng)絡應用環(huán)境尋找最優(yōu)的路由協(xié)議 另外，通過大量仿真實驗分析各協(xié)議的缺點和不足，可以便于今后學習以及研究其可行的改進策略在AdHoc無線網(wǎng)絡中AODV采用按需路由的方式，源節(jié)點可以快速獲得網(wǎng)絡的路由情況，能快速響應活躍路徑上的網(wǎng)絡變化情況。從圖 1和圖2中可以看出，一旦路由建立后，數(shù)據(jù)包的延時要明顯優(yōu)于DSDVo如果將圖1和圖2在同一張圖中進行描述，可以發(fā)現(xiàn)對于兩個場景中的AODV協(xié)議，在3.5-5.9S時的延時是完全一樣的，即AODV的穩(wěn)定程度要優(yōu)于DSDV。場景1和場景2的區(qū)別僅在于增加了一個移動節(jié)點，從圖 2和表2中可以看出，這時AODV的優(yōu)勢體現(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%。實際上，隨著移動節(jié)點數(shù)目和節(jié)點移動速度的增加， AODV的優(yōu)勢將更加明顯。四結論本文對AdHoc網(wǎng)絡中的三種典型路由協(xié)議（AODV,DSR,DSDV的運行機制進行了介紹， 并通過NS2軟件建立了AdHoc仿真環(huán)境，對這三種路由協(xié)議進行了仿真并結合仿真結果進行性能分析。從仿真結果可以得出，在節(jié)點高速移動，網(wǎng)絡拓撲變化頻繁時， AODV和DSR的包投遞率要比DSDV好。但是在節(jié)點慢速移動時， DSDV的端到端平均時延要好于 AODV和DSR這說明不同的路由協(xié)議有各自的優(yōu)缺點，適用于不同的應用場合，在實際工作中應當根據(jù)不同的環(huán)境選擇合適的路由協(xié)議。，得出結論LAR路由協(xié)議適合于節(jié)點以中低速移動 ，節(jié)點平均密度稍高但網(wǎng)絡負載不宜過高，報文發(fā)送率中高的環(huán)境。LAR路由協(xié)議的前提條件是假設源節(jié)點知道目的節(jié)點的位置信息以及該節(jié)點當前的移動速度 ，雖然GPS技術的發(fā)展使得此前提條件的保證成為可能，但是實際應用時的困難還是在一定程度上限制了 LAR的應用，另外節(jié)點位置信息的不精確性會影響協(xié)議性能甚至使路由出錯 [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發(fā)的決定而服務 ，所以位置信息沒有被充分利用，將來可以考慮在這一點對LAR協(xié)議加以改進。結束語結合各種分簇算法的優(yōu)點本文提出的CBRP算法采用了一種新的分簇方法 在選取簇首節(jié)點時引入了節(jié)點的帶權 ID綜合考慮了節(jié)點的鄰居節(jié)點數(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的可擴展性簇內節(jié)點通信時采用表驅動的路由算法不同簇的節(jié)點通信時使用按需路由算法 降低了路由計算時間改善了大規(guī)模MANET的路由計算效率利用在路由請求信息中使用數(shù)字簽名的方法 確保由CBRP路由安全性仿真結果表明與當前廣泛使用的 SEAD協(xié)議比較CBRP算法適合于結點較多節(jié)點的移動速度受到一定限制的MANET但在節(jié)點移動速度相當快的 MANET中CBRP算法導致網(wǎng)絡開銷迅速增大嚴重影響網(wǎng)絡性能如何改進算法使之適應節(jié)點移動速度極快的 值得進一步研究本文介紹了無線自組網(wǎng)絡協(xié)議的分類，重點介紹了 AODV、DSR和GPSR最后對三個路由協(xié)議通過仿真進行了定量分析。 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)絡負載，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。若選取更多的性能參數(shù)進行比較， 貝忙們之間的比較將更加細致， 對協(xié)議的研究也將更加深入。⑶優(yōu)缺點AODv協(xié)議綜合了DSDV和DSR兩者的特點。與基于表驅動的DSDV相比，AODv采用了按需路由的方式，不需要維護整個網(wǎng)絡的拓撲信息，僅在沒有相應路由發(fā)送數(shù)據(jù)報文時，才發(fā)起路由請求過程。與 DSR相比，AODv通過讓路由上的中間節(jié)點建立和維護路由表，使得數(shù)據(jù)報文頭部不再需要攜帶完整路由信息，減少了數(shù)據(jù)報文頭部路由信息對信道的占用，節(jié)約了信道資源，提高了系統(tǒng)性能。因此，AoDv協(xié)議對帶寬利用率高，能夠及時相應網(wǎng)絡拓撲變化，同時能避免路由環(huán)路現(xiàn)象。AODv協(xié)議也存在一些問題。由于在路由請求報文的廣播過程中建立了反向路由，用于回送路由應答報文，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；路由表僅維護一條到指定目的節(jié)點的路由；AODv的前向路由生存時間定時器會刪除生存時長內未使用的路由，即使相應路由是有效地。本章小結介紹了幾種經(jīng)典的AdHoc路由協(xié)議雖然應用比較廣，被研究得比較多，但是仍然存在許多不足。其中，DsDv協(xié)議的應用非常受限，無法支持網(wǎng)絡規(guī)模較大，拓撲變化相對頻繁的網(wǎng)絡環(huán)境。AoDv和DSR可以很好地支持中小規(guī)模的網(wǎng)絡，而對于大規(guī)模的網(wǎng)絡需要通過分簇算法來擴展。在相同的網(wǎng)絡環(huán)境下，OLSR和DSDV協(xié)議的時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