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无线自组织网络路由协议概述
作者: 唐敏 赵贵
摘要: 移动自组网由一组带有没有线收发装置移动节点组成, 用来为远程操作、 战场和地震或者洪水救援等紧急通信和易变移动通信提供服务。因为移动自组网与有线网区分, 使得为移动自组网设计一个适宜分布式路由协议含有一定程度上难度。本文关键是介绍了DSR和ADOV协议以及与有线网络中DV路由协议区分。
关键词: 无线自组网、 DSR、 ADOV

无线自组织网络即MANET(Mobile Ad Hoc Network), 是一个不一样于传统无线通信网络技术。传统无线蜂窝通信网络, 需要固定网络设备如基地站支持, 进行数据转发和用户服务控制。而无线自组织网络不需要固定设备支持, 各节点即用户终端自行组网, 通信时, 由其她用户节点进行数据转发。这种网络形式突破了传统无线蜂窝网络地理不足, 能够愈加紧速、 便捷、 高效地布署, 适合于部分紧急场所通信需要, 如战场单兵通信系统。但无线自组织网络也存在网络带宽受限、 对实时性业务支持较差、 安全性不高弊端。现在, 中国外有大量研究人员进行此项目研究。
　　无线自组织网络(mobile ad-hoc network)是一个由几十到上百个节点组成、 采取无线通信方法、 动态组网多跳移动性对等网络。其目是经过动态路由和移动管理技术传输含有服务质量要求多媒体信息流。通常节点含有连续能量供给。
因为Adhoc网络含有节点节电、 降低带宽消耗、 拓扑快速改变、 适应单向信道环境等多方面要求, 使得现有IP路由协议, 如RIP（选路信息协议）和OSPF（开放最短路径优先协议）等不能满足要求, Adhoc网络路由协议设计含有很大难度。IETFMANET工作组关键研究无线Adhoc中路由协议。关键有以下多个草案:
1.AODV（AdhoconDemandDistmceVectorRouting）Adhoc网络距离矢量路由算法。
2.TORA（TemporallyOrderedRoutingAlgorithm）临时次序路由算法。
3.DSR（DynamicSourceRouting）动态源路由协议。
　 4.OLSR（OptimizedLinkStateRoutingProtocol）优化链路状态路由协议。
　 5.TBRPF（TopologyBroadcastBasedonReversePathForwarding）基于拓扑广播反向路径转发。
　 6.FSR（FisheyeStateRoutingProtocol）鱼眼状态路由协议。
　 7.IERP（theInterzoneRoutingProtocol）区域间路由协议。
　 8.IARP（theIntrazoneRoutingProtocol）区域内路由协议。
9.DSDV（DestinationSequencedDistanceVector）目标序列距离路由矢量算法。
下面我将关键就DSR和AODV两种协议进行介绍。
(一)．DSR（DynamicSourceRouting）动态源路由协议。
DSR是基于源路由概念按需自适应路由协议。移动节点需保留存放节点所知源路由路由缓冲器。当新路由被发觉时, 缓冲器内条目随之更新。
DSR路由协议有两个关键机制组成——路由寻求(Route Discovery）机制和路由维护(Route Maintenance)机制。
路由寻求机制在源节点需要给目节点发送一个分组而且还不知道抵达目节点路由时候使用。
当源节点正在使用一条抵达目节点源路由时候, 源节点使用路由维护机制能够检测出因为拓扑改变不能使用路由, 当路由维护指出一条源路由已经中止而不再起作用时候, 为了将随即数据分组传输到目节点, 源节点能够尽力使用一条偶然获知抵达目节点路由, 或者重新调用路由寻求机制找到一条新路由。
在DSR路由协议中, 路由寻求机制和路由维护机制均是完全按需操作, 不需要某个网络层次某种周期分组, 如DSR不需要任何周期性路由广播分组、 链路状态探测分组。
DSR路由协议全部状态都是“软状态”, 因为任何状态丢失都不会影响DSR路由协议正确操作, 因为全部状态都是按需建立, 全部状态在丢失以后假如仍然需要话则能够很轻易得到快速恢复。
DSR路由协议路由寻求机制和路由维护机制操作是单向链和不对称路由很轻易得到支持。
DSR路由协议完整版本直接使用“源路由”, 节点使用路由缓冲器存放节点所知源路由, 当发觉新路由时, 更新缓冲器内条目。
节点所发送每个数据分组均在其分组头中携带其将要经过一个完整、 按序排列路由信息。
DSR选项头格式以下:

(二). AODV（AdhoconDemandDistmceVectorRouting）Adhoc网络距离矢量路由算法。
AODV路由协议是一个按需路由协议, 实质上是DSR和DSDV综合, 它借用了DSR中路由发觉和路由维护方法, 及DSDV逐跳路由、 次序编号和路由维护阶段周期更新机制, 以DSDV为基础, 结合DSR中按需路由思想并加以改善。和DSDV保留完整路由表不一样是, AODV经过建立基于按需路由来降低路由广播次数, 这是AODV对DSDV关键改善。和DSR相比, AODV好处于于源路由并不需要包含在每一个数据分组中, 这么会使路由协议开销有所降低。AODV是一个纯粹按需路由系统, 那些不在路径内节点不保留路由信息, 也不参与路由表交换。
AODV协议能够实现在移动终端间动态、 自发路由, 使移动终端很快
取得通向所需目路由, 同时又不用维护目前没有使用路由信息, 而且还能很快对断链拓扑改变做出反应。AODV操作是无环路, 在避免了无穷计数问题同时, 还提供了很快收敛速度。
AODV有别于其她协议最显著特点是路由表中每个项都使用了目序
列号(Destination sequenceNumber)。目序列号是目节点创建, 并在发给提议节点路由信息中使用。使用目序列号能够避免环路发生。
AODV协议关键包含两个阶段: 路由发觉阶段和路由维护阶段。路由发觉
阶段关键任务是建立与期望目节点之间可靠路由, 这个路由可能是以前有, 也可能是经过算法新建立; 路由维护阶段关键任务是维护和更新节点路由表中保留路由表项。
AODV协议中有五类控制消息: 路由查询消息(RREQ)、 路由回复消息(RREP)、 路由错误消息(RERR)、 RREP应答消息(RREP．ACK), HELLO消息。
当源节点需要和目节点通信时, 假如在路由表中已经存在了对应路由, AODV不会进行任何操作。当源节点需要和新目通信时, 它就会提议路由发觉过程, 经过广播刚姬Q信息来查找对应路由。当这个RREQ抵达目节点本身, 或者是一个拥有足够新到目节点路由中间节点时, 路由就能够确定了。所谓“足够新”就是经过目序列号来判定。目节点或中间节点经过原路返回一个RREP信息来向源节点确定路由可用性。
AODV使用了分布式、 基于路由表路由方法, 所以建立路由表后, 在路由中每个节点都要实施路由维持、 管理路由表任务, 在路由表中都需要保持一个对应目地址路由表, 实现逐跳转发, 这就与DSR所采取源路由方法有很大不一样。后者在路由时, 只有源节点知道到目节点完整路由, 而中间节点都不知道相关路由信息。
在维护路由表过程中, 当路由不再被使用时, 节点就会从路由表中删除对应项。同时, 节点会监视一个活动路由(activeroute, 有限跳, 可用于数据转发路由表)中下一跳节点情况。当发觉有链路断开情况时, 上游节点就会使用RERR通知更上游节点。在RERR消息中, 指明了因为断链而造成无法达成目节点。每个节点都保留了一个“前驱列表”(precursor list)来帮助完成错误汇报功效, 这个列表中保留了把自己作为到目前不可达节点下一跳相邻节点(能够经过统计RERR取得)。RREP—ACK由源节点应目节点要求发出, 关键用于应答目节点RREP消息; HELLO消息是一类特殊一跳RREP消息, 该消息用于节点保持和邻居节点之间有效链路。
AODV协议中要求节点保留数据结构关键有: 路由表、 先驱表、 单向链路黑名单(black list)。路由表中保留节点到每一个目节点路由。先驱表用来保留使用相对应路由全部邻居节点, 使得一旦出现链路失效, 本节点能够快速通知到相关邻居节点。单向链路黑名单关键用于统计于本节点间存在单向链路上游节点。
在路由表中, 针对每一个表项, 需要统计以下内容: 目IP地址(DestinationIp Address); 目序列号(Destination Sequence No); 接口(Interface); 跳数计数(Hop Count); 上一次跳数(Last Hop Count); 下一跳(NextHop); 前驱列表(List ofprecursors); 生存时间(Life Time); 路由标识(RoutingFlags)。其中, 对序列号进行管理是预防路由环路关键所在。当发生断链时, 经过增加序列号和度量值(跳数)来使路由表项无效。
（三） .Adhoc与有线网络中DV路由区分
Adhoc是由一组带有没有线通信收发装置(移动)终端节点组成一个多跳临时性自治系统;每个(移动)终端同时含有路由器和主机两种功效: 作为主机, 终端需要运行面向用户应用程序; 作为路由器, 终端需要运行对应路由协议;节点间路由通常由多跳(Hop)组成;不需要网络基础设施, 能够在任何地方、 任何地点快速构建.其特点是1.独立组网, 不需要任何预先网络基础设施; 2.动态拓扑, 节点移动, 节点无线发送功率改变、 无线信道干扰或者地形等原因影响; 3.自组织, 无控制中心, 节点故障不会影响到整个网络。4. 多跳路由, 接收端和发送端可使用比二者直接通信小得多功率进行通信, 所以节省了能量消耗, 经过中间节点参与分组转发, 能够有效降低对无线传输设备设计难度和成本, 同时扩大了自组织网络覆盖范围5.特殊无线信道特征,无线信道提供网络带宽比有线信道低得多,竞争无线共享信道产生碰撞,信号衰落、 噪声干扰以及信道之间干扰等; 6.终端不足,能量、 存放、 计算等资源受限; 7.安全性差,无线链路开放性,移动性造成节点之间信任关系改变;8.可扩展性不强,节点之间相互干扰造成网络容量下降,各节点吞吐量随网络节点总数增加而下降;9.存在单向无线信道,终端发射功率不一样及地形环境影响.
而DV协议通用属性则是:
定时更新（Priodic Updates）: DV协议每经过特定时间就发送更新信息, 周期为10秒（AppleTalkRTMP）到90秒（CiscoIGRP）; 更新信息发送间隔过短会造成拥塞, 而过长又会失去意义;
  邻居（Neighbour）: 即共享相同数据链路一组路由器; DV协议在信息上是依靠于邻居逐跳更新方法;
  广播更新（Broadcast Updates）: 向广播地址（IP网为255.255.255.255）发送更新信息; 相同路由协议邻接路由器收包后回应, 不一样路由协议邻接路由器丢弃; 更新信息包含整个路由表, 邻居会搜集自己需要信息（跳数＋1）, 丢弃不需要; 网络矢量算法只给出了网络上路标也就是方向和直线距离, 不过没有给出沿路径行走细节, 就像叉路口路标一样, 它很轻易受到意外或有意破坏; 广播更新有一个失效计时器, 也就是一定时间（deadtime）内hello包无回应即删除该邻居;
  水平分隔（Split Horizon）: 路由器向外发送包含了整个路由表更新信息不仅浪费了带宽, 还有可能造成Full Mesh网络网络回路也就是不停把从邻居路由器学到路由回发给邻居路由器（你收到并发出后经过Full Mesh回路往往会再发给邻居, 邻居有更新了根据RIP协议规则也会不停发给你, 于是很可能一直循环下去浪费资源造成拥塞甚至造成段网）, 这并无须要, 所以要求只发送路由矢量方向路由也就是只延续收到路由, 而与路由矢量方向相反路由是逆向路由（Reverse Route）默认被水平分隔阻挡; 分成简单水平分隔（发送更新时接口不能发送从本接口得到跟新信息）和毒性逆转水平分隔（发送更新时经过指定跳数inf无穷大来指定向该接口发送此更新信息网络不可达）;
  跳数无穷大: Full Mesh网络环路下会不停循环更新某路由使跳数直到无穷大而使路由不可达（默认跳数16网络不可达）, 处理方法是设定最大跳数15; 但收敛速度大大降低! 其她处理方法是触发更新和抑制计时器; 触发更新（Triggered Update）: 路由在发生改变时立即公布更新而不等到计时器超时; 抑制计时器（Holddown Timer）: 路由跳数改变时立即抑制（不收发相关其更新信息）等时间结束后再查看, 这是折中方法, 即使有效处理了跳数无穷大问题不过抑制时间过短会造成拥塞, 而过长又会失去意义, 不提议低端路由器使用;
  异步更新（Asynchronous Update）: MP子接口中避免碰撞。
DV路由协议是为小型网络环境设计。在大型网络环境下, 这类协议在学习路由及保持路由将产生较大流量, 占用过多带宽。假如在9 0秒内没有收到相邻站点发送路由选择表更新, 它才认为相邻站点不可达。每隔30秒, 距离向量路由协议就要向相邻站点发送整个路由选择表, 使相邻站点路由选择表得到更新。这么, 它就能从别站点（直接相连或其她方法连接）搜集一个网络列表, 方便进行路由选择。距离向量路由协议使用跳数作为度量值, 来计算抵达目地要经过路由器数。