?

　　自組網(wǎng)的路由技術(shù)主要是設(shè)計能自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化的分布式路由協(xié)議，并避免產(chǎn)生路由環(huán)路，盡可能減小路由開銷，具有一定的可擴(kuò)展性，使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況的變化，具各分布式管理的路由功能。自組織網(wǎng)絡(luò)是一個多跳的臨時性的自治系統(tǒng)，在這種環(huán)境中，由于結(jié)點(diǎn)的無線通信覆蓋范圍的有限性，兩個無法直接通信的移動結(jié)點(diǎn)可以借助其他結(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。自組網(wǎng)結(jié)點(diǎn)之間是通過多跳數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，需要按路由協(xié)議進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)決策。

　　自組織網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議按驅(qū)動模式的分類

　　迄今為止，已提出的主動式協(xié)議主要有WRP、DSDV等。下面簡單介紹這兩種協(xié)議。

　　(1)WRP協(xié)議

　　無線路由協(xié)議(wireless routmg protocol，WRP)是一個基于距離矢量的協(xié)議，其路由算法是對路徑發(fā)現(xiàn)算法PFA的改進(jìn)。它利用去往目標(biāo)結(jié)點(diǎn)的路徑長度和相應(yīng)路徑到倒數(shù)第二跳結(jié)點(diǎn)信息加速路由協(xié)議收斂速度，改善路由環(huán)路問題。WRP對PFAD的改進(jìn)之處在于當(dāng)結(jié)點(diǎn)i監(jiān)測到與鄰居結(jié)點(diǎn)j的鏈路發(fā)生變化時，i會檢查所有鄰居結(jié)點(diǎn)關(guān)于倒數(shù)第二跳信息的一致性，而PFA只會檢查結(jié)點(diǎn)j關(guān)于倒數(shù)第二跳結(jié)點(diǎn)信息的一致性。這種改進(jìn)可以進(jìn)一步地減少出現(xiàn)路由環(huán)路的次數(shù)，加快算法的收斂速度。WRP協(xié)議的主要思想如下：

　　每個結(jié)點(diǎn)維護(hù)四張表，即距離表、路由表、鏈路費(fèi)用表和消息重發(fā)表，并通過UPDATE消息通告給鄰居結(jié)點(diǎn)。

　　設(shè)結(jié)點(diǎn)為i，信宿結(jié)點(diǎn)為j，結(jié)點(diǎn)i的鄰居結(jié)點(diǎn)為k。

　?、倬嚯x表。距離表包括k的通告的相關(guān)內(nèi)容有經(jīng)過k到j(luò)的路由的距離Dijk的前趨結(jié)點(diǎn)Piik。

　?、诼酚杀?。每個表項包括信宿結(jié)點(diǎn)地址、到信宿的距離Dij、到j(luò)的最短路由j的前趨結(jié)點(diǎn)Pij、i的下一跳(后繼)Sij等。

　　③鏈路費(fèi)用表。通過結(jié)點(diǎn)乃的鏈路費(fèi)用和從上一次收到無誤消息后所經(jīng)過

　　的時間。

　?、芟⒅匕l(fā)表。可包括多個重發(fā)表項，每個表項包括更新消息的序號、重發(fā)計數(shù)、ACK標(biāo)志(是否發(fā)過相應(yīng)的ACK)、更新消息列表。

　　WRP通過發(fā)送ACK實現(xiàn)可靠傳輸，結(jié)點(diǎn)通過接收ACK和其他消息來測試其鄰居結(jié)點(diǎn)的存在性。如果結(jié)點(diǎn)沒有發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組，則周期性地發(fā)HELLO消息來得到與鄰居結(jié)點(diǎn)的連通性消息。如果在一定的時間內(nèi)收不到某鄰居結(jié)點(diǎn)的任何消息，則認(rèn)為與鄰居結(jié)點(diǎn)的鏈路出現(xiàn)了故障;當(dāng)有新的鄰居結(jié)點(diǎn)時，把自己的路由表通告給新的結(jié)點(diǎn)。當(dāng)結(jié)點(diǎn)收到一個更新消息后，采用路由發(fā)現(xiàn)算法進(jìn)行路由表的更新，并克服“計數(shù)到無窮”問題。WRP對路由發(fā)現(xiàn)算法進(jìn)行了改進(jìn)，其獨(dú)特性表現(xiàn)如下。

　?、倬嚯x表更新。對每一個更新消息(如k的通告)，結(jié)點(diǎn)i檢測其所有鄰居結(jié)點(diǎn){B∈Ni|b≠k}，凡是經(jīng)過b結(jié)點(diǎn)到j(luò)且包括有花結(jié)點(diǎn)的路由，距離值需要重新計算為Dibj=Dikj+Dij，路由前趨更新為Pijb=Pkj。

　?、诼酚杀砀?。當(dāng)鄰居P→J路由不包括i，且是鄰居結(jié)點(diǎn)中到j(luò)的最短路由，則結(jié)點(diǎn)i選擇鄰居p作為其到j(luò)的下一跳結(jié)點(diǎn)，即更新Sij=p。

　　(2)DSDV協(xié)議

　　目的序列距離矢量協(xié)議DSDV(destinatiON sequenced distance vector，DSDV)是一種基于Bellman_ord算法的主動路由協(xié)議。它被認(rèn)為是最早的自組網(wǎng)路由協(xié)議。它的主要特點(diǎn)是采用了序列號機(jī)制來區(qū)分路由的新舊程度，防止可能產(chǎn)生的路由環(huán)路。它的缺點(diǎn)是不適應(yīng)變化速度快的自組網(wǎng)，不支持單向信道。DSDV的主要設(shè)計思想如下：

　　①路由表結(jié)構(gòu)。每個結(jié)點(diǎn)維護(hù)一個路由表，每個路由表項包括：信宿地址、到達(dá)信宿的度量值(如跳數(shù))、信宿相關(guān)的序列號(由信宿發(fā)出)。

　　該序列號用以識別路由的新舊，作為路由更新和分組轉(zhuǎn)發(fā)的依據(jù)。

　　②信息通告。各結(jié)點(diǎn)周期性地向鄰居結(jié)點(diǎn)通告其當(dāng)前的路由表，而不是才用洪泛法向網(wǎng)絡(luò)中的所有結(jié)點(diǎn)進(jìn)行通告。這相當(dāng)于各結(jié)點(diǎn)對收到的其他結(jié)點(diǎn)的信息進(jìn)行處理后再進(jìn)行廣播通告，從而可大大減少通告的信息量。

　　為了進(jìn)一步減少路由信息的傳輸開銷，DSDV中使用了兩類更新報文。

　　(a)完全轉(zhuǎn)存(full damp)。該報文包括了結(jié)點(diǎn)當(dāng)前路由表的所有表項，可能需要多個NPDU進(jìn)行傳輸，占用的傳輸容量大。這種報文僅僅在結(jié)點(diǎn)頻繁移動的情況下使用。

　　(b)遞增更新(incremental update)。該報文包括上一次“完全轉(zhuǎn)存”報文傳輸以后發(fā)生了變化的表項。結(jié)點(diǎn)根據(jù)每個路由表項變化的程度決定是否進(jìn)行“遞增更新”報文的發(fā)送。例如，當(dāng)?shù)竭_(dá)信宿的度量值變化時，可認(rèn)為需要對相應(yīng)的表項進(jìn)行“遞增更新”了。

　　③鏈路斷。如果在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)不能收到鄰居結(jié)點(diǎn)的廣播消息，可推斷出鏈路斷;同時，MAC層實體也可檢測到。

　　(a)在DSDV中，斷的鏈路度量值=∞。

　　(b)結(jié)點(diǎn)檢測路由表，下一跳經(jīng)過該鏈路的路由表項的度量值標(biāo)記為∞，并分配一個新的序列號。這種情況下的序列號為奇數(shù)，以區(qū)別于信宿發(fā)出的更新報文。

　　(c)度量值為∞的表項的變化程度足以觸發(fā)“遞增更新”報文的立即發(fā)送。

　　經(jīng)過上述過程，在較短的時間內(nèi)，該鏈路的變化將通告到網(wǎng)絡(luò)的各個結(jié)點(diǎn)。

　?、苈酚蛇x擇準(zhǔn)則與波動抑制。

　　DSDV中路由選擇的準(zhǔn)則為：序列號新或度量值小。

　　DSDV中路由的選擇考慮到下述事實：結(jié)點(diǎn)的路由信息通告是異步事件，結(jié)點(diǎn)可能先接收到度量值大的路由信息，更新路由的下一跳;當(dāng)收到新的度量值小的路由信息時，即使信宿結(jié)點(diǎn)沒有移動，通過路由選擇算法也會改變路由的下一跳結(jié)點(diǎn)。這種現(xiàn)象導(dǎo)致需要通告的路由表項的頻繁波動。

　　DSDV采取的辦法是維護(hù)兩張表：一是轉(zhuǎn)發(fā)表;二是廣播表。兩張表的操作規(guī)則有所區(qū)分。廣播表以信宿地址為關(guān)鍵字，表項中設(shè)置一個“平均通告時間間隔”字段，該字段是對該表項過去通告時間間隔的加權(quán)平均，最近通告的時間加杈大。當(dāng)收到一個新的網(wǎng)絡(luò)變化通告時，查詢廣播表的相應(yīng)表項的“平均通告時間間隔”字段，決定是否進(jìn)行通告廣播。需要注意的是，當(dāng)接收到度量為∞的通告時，不延遲，立即進(jìn)行廣播。WRP和DSDV的比較如表1所示。

　　表1 主動路曲協(xié)議的比較

?

　　目前，提交到IETF MANET組的路由協(xié)議及其他研究人員提出的路由協(xié)議，大都是基于信源按需建立的特征。這種特征成為自組織網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計的一種趨勢。

　　迄今為止，已提出的按需路由協(xié)議(on demand)主要有源動態(tài)路由協(xié)議(dynamlc source routmg，DSR)、按需距離矢量協(xié)議(Ad Hoc on demand distancevector，AODV)等。下面簡要介紹這兩種協(xié)議。

　　(1)DSR協(xié)議

　　DSR協(xié)議是最早采用按需路由思想的路由協(xié)議。它包括路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)兩個過程。它的主要特點(diǎn)是使用了源路由機(jī)制進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)。這種機(jī)制最初是IEEE 802.5協(xié)議用于在網(wǎng)橋互聯(lián)的多個令牌環(huán)網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)尋找路由。DSR協(xié)議借鑒了這種機(jī)制，并加人了按需思想而形成。它的優(yōu)點(diǎn)在于中間結(jié)點(diǎn)不用維護(hù)去往全網(wǎng)所有結(jié)點(diǎn)的路由信息，而且可以避免出現(xiàn)路由環(huán)路。它的缺點(diǎn)是每個數(shù)據(jù)分組都攜帶了路徑信息，造成協(xié)議開銷較大，而且也不適合網(wǎng)絡(luò)直徑大的自組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性不強(qiáng)。

　　該協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)過程如下：

　　①RREQ分組。結(jié)點(diǎn)有分組要發(fā)時，動態(tài)地廣播“路由請求分組”RREQ。RREQ分組應(yīng)包括信宿、請求分組發(fā)送結(jié)點(diǎn)地址、本分組ID、路由記錄。{請求分組發(fā)送結(jié)點(diǎn)地址+本分組ID}用于唯一地識別RREQ，以便于RREQ的接收處理，這里稱為RREQ標(biāo)識。路由記錄將積累地記下RREQ分組逐跳傳播時所順序經(jīng)過的結(jié)點(diǎn)地址，從而完成路由發(fā)現(xiàn)的功能。

　?、诮Y(jié)點(diǎn)對RREQ分組的處理。

　　(a)如果在最近收到的f歷史RREQ列表”中已存在，則丟棄該RREQ分組，不作進(jìn)一步的處理;

　　(b)如果“路由記錄”中包括本結(jié)點(diǎn)，則丟棄該RREQ分組，不作進(jìn)一步的處理;

　　(c)如果本結(jié)點(diǎn)就是RREQ指定的信宿，發(fā)送“路由回答分組”RREP，否則將本結(jié)點(diǎn)的地點(diǎn)添加到“路由記錄”的后面，重新廣播更新后的RREQ分組。

　　③信宿的路由回答RREP。RREP包含有由信宿接收到RREQ分組的路由記錄。RREP的目的是如何把這個路由記錄告訴給信源。先假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中所有的鏈路是雙向的。如果信宿到信源的“反向路由”存在，則RREP分組沿“反向路由”點(diǎn)到點(diǎn)傳輸?shù)叫旁?如果信宿到信源的“反向路由”不存在，則按RREQ中的“路由記錄”(前向路由)進(jìn)行反向傳送。

　　④存在單向鏈路。信宿執(zhí)行與信源相同的反向路由發(fā)現(xiàn)過程，所不同的是信宿RREQ分組稍帶傳送RREP分組。

　　按需路由協(xié)議中，沒有周期性的網(wǎng)絡(luò)測試過程，各結(jié)點(diǎn)需要執(zhí)行路由維護(hù)進(jìn)程，動態(tài)地監(jiān)視活動路由的運(yùn)行情況。該協(xié)議的路由維護(hù)過程如下：

　?、佟爸鹛鳰AC確認(rèn)”的網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)中，鏈路的故障或變化由MAC層通告，結(jié)點(diǎn)將發(fā)送“路由錯誤分組”RRER到信源;信源結(jié)點(diǎn)將刪除該路由，重新進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)。

　?、凇爸鹛鳰AC不確認(rèn)”的網(wǎng)絡(luò)。這種情況下，可利用無線傳輸?shù)目臻g廣播性，實現(xiàn)等效的“被動ACK”。當(dāng)結(jié)點(diǎn)A轉(zhuǎn)發(fā)分組到下一跳B時，B到C的分組轉(zhuǎn)發(fā)可被A監(jiān)聽到。

　?、劾谩岸说蕉舜_認(rèn)”的路由維護(hù)。端到端的確認(rèn)(如TCP層的確認(rèn)機(jī)制)也可以實現(xiàn)路由維護(hù)，信源端將檢測到并發(fā)起新的路由請求。

　　(2)AODV協(xié)議

　　AODV協(xié)議是在DSDV協(xié)議基礎(chǔ)上，結(jié)合類似DSR中的按需路由機(jī)制進(jìn)行改進(jìn)后提出的。不同之處在于AODV采用了逐跳轉(zhuǎn)發(fā)分組方式，而DSR是源路由方式。因此，AODV在每個中間結(jié)點(diǎn)隱式保存了路由請求和回答的結(jié)果，而DSR將結(jié)果顯示保存在路由請求和路由回答分組中。此外，AODV的另一個顯著特點(diǎn)是它加人了組播路由協(xié)議擴(kuò)展，并支持QoS。它的缺點(diǎn)是不支持單向信道，原因是AODV協(xié)議基于雙向信道的假設(shè)工作，路由回答分組直接沿著路由請求的反方向回到源結(jié)點(diǎn)。AODV與DSR的路由發(fā)現(xiàn)有所不同，該協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)過程如下：

　?、賀REQ分組。結(jié)點(diǎn)在需要(沒有到信宿的活動路由)時，向其鄰居廣播RREQ分組用于路由發(fā)現(xiàn)。RREQ分組包括信源地址、信源序列號、廣播ID、信宿地址、信宿序列號、跳計數(shù)。

　　(a)(信源地址+廣播ID)唯一地標(biāo)識了一個RREQ分組;

　　(b)信源序列號由信源結(jié)點(diǎn)維護(hù)，用于表示“到信源的反向路由”的新舊;

　　(c)信宿序列號表示信源可接受的“到信宿的前向路由”的新舊，等于過去接收到的有關(guān)信宿的最大序列號?？梢?，結(jié)點(diǎn)需要為每一個信宿維護(hù)一個信宿序列號;

　　(d)RREQ的跳計數(shù)=0。

　　②對RREQ的處理。接收到RREQ的結(jié)點(diǎn)的處理方法為：創(chuàng)建一個表項，先不分配有效的序列號，用于記錄反向路徑。如果在“路由發(fā)現(xiàn)定時”內(nèi)已收到一個具有相同標(biāo)識的RREQ分組，則拋棄該分組，不作任何的處理，否則對該表項進(jìn)行更新如下：

　　(a)信源序列號=RREQ分組的信源序列號;

　　(b)下一跳結(jié)點(diǎn)=廣播RREQ的鄰居;

　　(c)跳數(shù)=RREQ分組的“跳計數(shù)”字段值;

　　(d)設(shè)置表項的“過時定時器”。

　　如果該結(jié)點(diǎn)是信宿，結(jié)點(diǎn)的路由表中有到信宿的活動表項，且表項的信宿的序列號大于RREQ中的信宿序列號(新)，則該結(jié)點(diǎn)將產(chǎn)生“路由回答分組”RREP，并發(fā)送到信源，否則更新RREQ分組，并廣播更新后的RREQ分組。

　　(a)信宿序列號=本結(jié)點(diǎn)收到的該信宿相關(guān)的最大序列號;

　　(b)跳計數(shù)加1。

　　③RREP的產(chǎn)生。產(chǎn)生RREP的條件如上所述。RREP分組各字段設(shè)置如下。

　　信宿結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的RREP：

　　(a)如果收到的相應(yīng)RREQ的信宿序列號與信宿維護(hù)的當(dāng)前序列號相等，則信宿將自己維護(hù)的序列號加1，否則不變;

　　(b)信宿序列號=信宿維護(hù)的序列號;

　　(c)跳計數(shù)=0;

　　(d)定時器值。

　　中間結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的RREP：

　　(a)本結(jié)點(diǎn)所獲得的該信宿的最大序列號;

　　(b)跳計數(shù)=本結(jié)點(diǎn)到信宿的跳數(shù);

　　(c)更新本結(jié)點(diǎn)維護(hù)的“前向路由表項”的下一跳和“反向路由表項”的前一跳。

　　④對RREP的處理。結(jié)點(diǎn)對接收到的RREP的處理方法為：如果沒有與RREP分組中的信宿相匹配的表項，則先創(chuàng)建一個“前向路表”的空表項，否則滿足如下條件對已有表項進(jìn)行更新：

　　(a)現(xiàn)有表項的信宿序列號小于RREP分組中的信宿序列號;

　　(b)現(xiàn)有的表項沒有激活;

　　(c)信宿序列號相同，但RREP分組的“跳計數(shù)”值小于表項相對應(yīng)的值;通過更新或創(chuàng)建，產(chǎn)生一個新的前向路徑;

　　(d)下一跳=廣播RREP的鄰居結(jié)點(diǎn);

　　(e)信宿序列號=RREP中的信宿序列號;

　　(f)跳計數(shù)加1。

　　按照上述的過程，任何轉(zhuǎn)發(fā)RREP的結(jié)點(diǎn)，都記錄了到信宿的下一跳，當(dāng)RREP到達(dá)信源時，結(jié)點(diǎn)地址匹配，不再轉(zhuǎn)發(fā)RREP，信源到信宿的前向路徑已建立起來了。信源可以沿這條前向路徑進(jìn)行分組傳輸。

　　該協(xié)議的路由維護(hù)過程如下：

　?、倥c活動路由無關(guān)的結(jié)點(diǎn)移動，并不影響信源到信宿的尋徑。

　?、谌绻旁唇Y(jié)點(diǎn)移動導(dǎo)致路由不可用，則由信源重新發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)的過程。

　?、郛?dāng)信宿結(jié)點(diǎn)或活動路由的中間結(jié)點(diǎn)移動，導(dǎo)致鏈路中斷，則鏈路的“上游結(jié)點(diǎn)”主動發(fā)送一個RREP，該RREP的信宿序列號大于其所獲取的信宿序列號，跳計數(shù)的值設(shè)為∞，并傳播到所有的活動鄰居。該過程重復(fù)，直至所有的相關(guān)信源結(jié)點(diǎn)被通告到。信源結(jié)點(diǎn)如果需要，可重發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程。

　　AODV與DSR的比較：

　?、貲SR使用源路由技術(shù)進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)，AODV通過“路由請求分組”洪泛進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)，DSR在一次路由發(fā)現(xiàn)過程中結(jié)點(diǎn)獲取的路由信息遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于AODV。從這個角度看，AODV進(jìn)行“路由發(fā)現(xiàn)”可能更頻繁，所帶來的開銷比較大。

　?、贒SR在一次路由發(fā)現(xiàn)過程中或獲取到多個替代的路由，而AODV只響應(yīng)一個路由，后續(xù)的在定時內(nèi)的申請被丟棄。

　　上述的表驅(qū)動路由協(xié)議和按需路由協(xié)議統(tǒng)稱為平面型路由協(xié)議，還有一類路由協(xié)議混合了二者優(yōu)點(diǎn)，稱為層次性路由協(xié)議或混合型路由協(xié)議。在平面型路由協(xié)議中，所有節(jié)點(diǎn)功能都是對等的;在層次型路由協(xié)議中，各層次由若干個節(jié)點(diǎn)組成，在層次內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間采用表驅(qū)動路由算法，在各層次間采用按需路由算法，代表性的協(xié)議有區(qū)域路由協(xié)議(zone routing protocol，ZRP)。ZRP協(xié)議是第一個利用分級結(jié)構(gòu)混合使用按需和主動路由策略的自組網(wǎng)路由協(xié)議。ZRP中，分級被稱作域(zone)。域形成算法較為簡單，它是通過一個重要的協(xié)議參數(shù)-區(qū)域半徑，指定每個結(jié)點(diǎn)維護(hù)的區(qū)域大小，即所有距離不超過區(qū)域半徑的結(jié)點(diǎn)都屬于該區(qū)域。一個結(jié)點(diǎn)可能同時屬于多個區(qū)域。為了綜合利用按需路由和主動路由的各自優(yōu)點(diǎn)，ZRP規(guī)定每個結(jié)點(diǎn)采用DVA主動路由協(xié)議維護(hù)去往區(qū)域內(nèi)結(jié)點(diǎn)的路由，采用類似DSR協(xié)議中的按需路由機(jī)制尋找去往區(qū)域外結(jié)點(diǎn)的路由。ZRP協(xié)議的性能很大程度上由區(qū)域半徑參數(shù)決定。通常，小的區(qū)域半徑適合在移動速度較快的結(jié)點(diǎn)組成的密集網(wǎng)絡(luò)中使用;大的區(qū)域半徑適合在移動速度慢的結(jié)點(diǎn)組成的稀疏網(wǎng)絡(luò)中使用。