移动自组织网络路由协议简介

MANET为Mobile Ad hoc network的简称,Ad hoc网络是一种自组织网络。
 由于 MANET 网络中无线通信节点的能量一般都是受限的,通信范围并不能从源节点直接覆盖网络中的所有其他通信节点。节点间进行数据通信时,一般需要其他网络节点的协助,通过多跳传输才可以转发到并未直接相连的目的节点,所以路由协议是 MANET 网络关键技术中十分重要的一部分。在传统的通信网络中,路由器一般不移动,很少出现路由器在通信的过程中随意加入或者离开网络的情况,普通的路由协议对于 MANET 这类拓扑频繁动态变化的网络显然是不适用的。因此,有必要针对具体的移动无线自组织网络应用环境的特点,设计相应的 MANET 路由算法。
 如图所示,MANET 网络的路由协议分类方法有很多种,并且新的路由协议也在不断的出现。根据路由发现机制的不同,基本可以被分为表驱动路由协议、按需路由协议以及混合式路由协议三种类型。

MANET网络路由协议分类

表驱动路由协议

又称为先验式路由协议。网络中的节点维护一个包含其它网络节点信息的路由表。MANET网络中的每个节点都周期性地广播路由分组,同时通过从网络接收到的路由分组信息,持续更新自身的路由表。在发生网络拓扑结构性改变的时候,通信节点打包更新消息并发送给其它通讯节点,让它们更新最新路由。这样网络中的节点都一直保持准确最新的路由信息,无论是否有数据通信的需要。当有数据转发需求的时候,节点根据自身维护的路由表选择路由,作为发送或者转发数据包的下一跳节点。表驱动路由协议可以实现较低的端到端时延(End-to-End Delay),但是为了计算路由而周期性广播信标会产生较大的网络开销。DSDV(目的序号距离矢量)协议、OLSR(优化链路状态路由)协议是此类协议的主要代表。

按需路由协议

又称为反应式路由协议。当自组织网络中的节点有通信需求的时候,进行路由搜索操作,本身并不保存路由信息。当通讯节点有发送数据包的需求时,该节点将会在网络中进行路由搜索,查找可以到达目的节点的路径;只有找到一条满足条件的可用路径后,数据包的发送过程才执行。把先前获得的路由信息缓存到本地当中,作为后续发送使用,可以加速网络效率。比起表驱动路由,按需路由没有周期性广播控制消息,因此降低了路由开销,极大的节省了网络带宽。按需路由协议有一个缺点是,如果在发送数据包的时候,找不到可用的路由路径信息,需要发起路由搜索。端到端时延(End-to-End Delay)在按需路由协议中可能比较高。AODV(无线自组网按需平面距离向量路由)协议、DSR(动态源路由)协议是按需路由协议的主要代表。

混合(分级)路由协议

混合(分级)路由协议,就是结合上述两种路由协议的优势而得到的一类路由协议。在上文提到的两种路由协议中,所有节点的功能都为平等的,通常来说这两种路由协议都是单层架构的平面路由协议。而在分级路由协议中,层次指的是一个“区”或“簇”,可以采用两种方法来对节点分级。一种分级的方式是隐式的,被称为逻辑分级:每一个网络节点都被包含于某一个本地范围内,而对于本地范围的内部与外部则分别使用不同的路由发现机制。另一种分级的方式是物理分级。首先是构建簇,将那些在地理位置方面具有紧密联系的相关节点构建成一个显式的簇,然后从每个簇中选择出一个节点作为该簇的簇首,选择出的簇首节点与同一个簇内的各个节点都是可以直接进行一跳通信的。网络由若干个节点组成,在层内的节点使用先验式路由算法,在层间节点间则用反应式路由算法。混合路由协议避免了前面两类协议的缺陷:表驱动路由协议中过量的拓扑控制消息流量问题和按需路由协议中的长时延问题。常见的混合路由协议有ZRP(区域路由)协议、CBRP(分簇路由)协议等。

地理位置辅助路由协议

这是不同于以前提到的三种路由协议。由于目前大量的通信节点都带了定位装置,使这类型协议开始流行。利用位置信息,可以优化的路由性能的自组织网络,再通过限制路由发现的洪泛,以减少拓扑控制消息的数量。GPSR(贪婪周边无状态路由)和LAR(地理信息辅助路由)路由协议都属于地理位置辅助路由协议。

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