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路由协议范文第1篇
关键词：路由协议；分类；原理；应用
1 什么是路由协议
路由协议（routing protocol）就是用来计算、维护路由信息的协议。路由协议常用一定的算法，以产生路由；并用一定的方法确定路由的有效性，来维护路由。那么何谓路由呢？路由是指网络信息从信源到信宿的路径。路由器提供了将异种网络互联起来的机制，实现将一个数据包从一个网络发送到另一个网络。路由指导IP数据包发送的路径信息。在互联网中路由选择使用路由器，路由器只是根据所收到的数据报头的目的地址选择一个合适的路径，将数据包传送到下一个路由器，整个路径的最后一个路由器负责将数据报送交目的主机。
2 路由分类
2.1 直连路由
直连路由是由链路层协议发现的。直连路由无须配置，在接口存在IP地址时，由路由进程自动生成，并以直连路由出现在路由表中。它的特点是开销小，配置简单，无需人工维护，但只能发现本接口所属网段的路由。
2.2 静态路由
由网管员手动配置而生成的路由称为静态路由。静态路由的缺点是无法自动根据网络拓扑变化而变化，当网络拓扑结构或链路的状态发生变化时，网络管理员需要手工去修改路由表中相关的静态路由信息。出于安全方面可以考虑在小型网络采用此路由。静态路由无开销，配置简单，适合简单的拓扑结构的网络。静态路由的好处在于可以减少路由器之间的数据传输量，这对于带宽紧张、线路冗余度低的网络比较适合。使用静态路由的另外一个优点在于路由的保密性好，在默认情况下是私有的，即它不会传递给其他的路由器。
2.3 动态路由
动态路由协议自动发现和维护的路由称为动态路由。动态路由的优点是无需人工配置具体的路由表项，而由协议自动发现和计算。这样当网络拓扑结构复杂时，使用动态路由可以减少管理员的配置工作，且减少配置的错误。另外动态路由协议支持路由备份，如果原有路由链路故障导致路由表项失效，协议可以自动计算和使用另外的路径，无需人工维护。但是路由器更新路由表信息使用广播报文的方式，会占用一部分链路开销。因此动态路由更新不能太频繁。其次，在使用动态路由时，需要路由器之间频繁的交换各自的路由表，而通过对路由表的分析可以揭示网络的拓扑结构和网络地址等信息。进而造成网络安全问题。
3 静态路由应用
根据如上配置我们应当注意两个点。第一：如RTA、RTD当目的地址和子网掩码都为0的时候，配置的是缺省静态路由，当路由查找失败，根据缺省路由进行数据包的转发。RTB、RTC配置的为静态路由。
第二:配置静态路由时，要注意进行双向配置，避免出现单程路由。因为Internet很多业务都是双向传输的，如HTTP。
4 动态路由协议
4.1 路由协议分类
根据作用的范围，路由协议可分为：
内部网关协议（Interrior Gateway Protocol,简称IGP）：在一个自治系统内部运行，常见的IGP协议包括RIP、OSPF和IS-IS。
外部网关协议（Exterior Gateway Protocol,简称EGP）：运行于不同自治系统之间，BGP是目前最常用的EGP。
根据使用的算法，路由协议可分为：
距离矢量协议（Distance-Vector）：包括RIP和BGP。其中，BGP也被称为路径矢量协议（Path-Vector）。
链路状态协议（Link-State）：包括OSPF和IS-IS。
4.2 路由协议工作原理
各种动态路由协议所共同的目的是计算与维护路由。通常，各种动态路由协议的工作过程大致相同，都包含以下几个阶段。
邻居发现
交换路由信息
计算路由
维护路由
5 路由协议性能参数
5.1 可伸缩性
可伸缩性是确定IP路由协议选择的最基本问题之一，即路由协议将如何有效地支持大型网络或可能增长的网络。路由协议的可伸缩性是由以下因素确定的，如它如何有效地处理路由更新以及它如何才能迅速地应对大型网络上的更改作出反应。
5.2 路由更新
IP路由协议的可伸缩性总是部分由处理路由更新的效率确定。距离矢量路由协议通过向网络中所有其他路由器定期广播它们的路由表来交换路由信息可以通过制定一些更新策略来提高距离矢量路由协议的更新速度，影响策略制定的因素有以下几个：
1）增量更新比定期交换更好；
2）多路广播比广播更好；
3）跳数越小越好。
5.3 路由协议的稳定性
路由协议的稳定性可在网络传输期间（如链接中断或其他形式的布局更替）进行测试。路由协议对布局更替作出反应，并通过网络传播有关更替的信息。在路由协议分发信息期间，路由器将排除不一致的信息。（即有一些路由器将知道更新而有一些将不知道）。这种不一致可能导致特定类型的路由问题，称为路由回路。
距离矢量路由协议对路由回路具有潜在的敏感性，因为它们不维护除路由表以外的有关网络布局的任何附加信息。链路状态路由协议维护网络上所有子网的数据库，并知道何种路由器附加到了子网上，因此，它不大可能在布局改变后立即按照错误信息动作。
距离矢量路由协议合并了下列功能以帮助避免路由回路：
1）定义最大量度
2）分割范围
3）路由中毒
4）停止运行计时器
5.4 收敛速度
网络收敛的定义是从网络拓扑改变到每个路由器确认该改变所消耗的时间。如果网络拓扑结构改变，如丢失或增加子网，在从第一个路由器开始更新路由信息起到全部路由器都更新了路由信息止，需要一定的时间。在依赖多种因素（路由协议本身的操作特性是最重要的因素）的网络上，收敛速度的变化很明显。收敛速度通常与路由器的错误检测机制、路由更新机制、路由运算法则以及传输介质有关。
5.5 路由量度
如果运行特定IP路由协议的路由器收到多个可到达目的站网络的公布路径，它将选择具有最佳量度的路径并将之放入路由表中。如果多条路径有最佳量度，则每个这种费用最低的路径放入路由表中，并且执行等量费用负担平衡。不同的路由协议使用不同的量度，即每个路由协议都可以按自己的方式决定到达目的站的最佳路径。
5.6 VLSM的支持
对于网络来说，若需要拥有除了足够的IP地址空间之外的条件，则可能需要使用VLSM。VLSM可有效地使用IP地址和子网空间。五类路由协议（如OSPF、RIP2版、EIGRP、IS-IS和BGP）支持VLSM，因为它们包括掩码和更新。而无类协议（如RIP1版和IGRP）不能支持VLSM。
6 常见路由协议比较
目前常见路由协议包括RIP-1/2、IGRP、OSPF、IS-IS、BGP等五种，现对其协议特点进行简单的比较。
RIP协议是最早的路由协议，基于距离矢量算法，属于内部网关协议；RIP采用广播（RIP-1）或组播（RIP-2）方式在邻居之间传送协议报文，传输层采用UDP（User Datagram Protocol）报文封装。RIP协议以到达目的地址所经过的路由器个数（跳数）为衡量路由好坏的度量值，最大跳数为15； RIP-2支持明文认证和MD5密文认证，并支持可变长子网掩码。RIP协议适用于基于IP的中小型网络。
IGRP是从RIP基础之上发展而来的。它比较RIP而言，主要有以下几点改进：
1）IGRP路由的跳数不再受16跳的限制，同时在路由更新上引入新的特性，使得IGRP协议适用于更大的网络；
2）引入了触发更新、路由保持、水平分割和毒性路由等机制，使得IGRP对网络变化有着较快的响应速度，并且在拓扑结构改变后仍然能够保持稳定；
3）在Metric值的范围和计算上有了很大的改进，使得路由的选择更加准确，同时使路由的选择可以适应不同的服务类型。
OSPF是目前应用最广泛的IGP协议。是为大中型网络提供分层次、可划分区域的路由协议。算法复杂，但能够保证无域内环路。OSPF采用IP来进行承载，所有的协议报文都由IP封装后进行传输，端口号89.由于IP是尽力而为的，不可靠、无连接的网络层协议。为了保证协议报文的传输的可靠性，OSPF采用确认机制。OSPF还支持验证，使网络安全性得到保证。
IS-IS是一种链路状态型的路由协议，采用的是SPF算法，支持路由分组管理与划分区域，同样可应用在大中型网络中，可扩展性好。IS-IS的运行直接基于链路层，其所有的协议报文通过链路层协议来承载。所以IS-IS也可以运行在无IP的网络中，如OSI网络。IS-IS同样设计了确认机制和报文验证来保证网络的可靠性、安全性。
BGP协议是唯一的EGP协议。目前最新的版本是BGP-4。BGP采用TCP来保证协议传输的可靠性，TCP端口是179.TCP，本身有三次握手机制，运行BGP的路由器首先建立可靠的TCP连接，然后通过TCP连接来交换BGP协议报文。鉴于此，BGP协议不需要自己设计可靠的传输机制，降低了协议报文的复杂度和开销。同样，BGP的安全性也有TCP来保证。
参考文献:
路由协议范文第2篇
【关键词】无线自组网 车载自组网 路由协议
1 车载自组网主要特点
车载自组网是极其特殊的移动自组织 网络 ，它同样存在一般无线自组网所固有的问题，如隐藏点问题、暴露点问题、信道捕获问题等。不过也带有自身独特的特性。
车载自组网的主要特点包括：由于节点高速移动性(速度大致在5}42m/s之间)，导致网络拓扑结构变化快，路径寿命短。
（1）无线信道质量不稳定，受多种因素影响，其中包括路边建筑、道路情况、车辆类型和车辆相对速度等。
（2）节点通过发动机可以提供源源不断的电力支持，车辆的承载空间也可以确保天线的尺寸和其他额外的通信设备，同时还具有强大的 计算 能力和存储能力等。
（3）节点移动具有一定的 规律 性，只能沿着车道单/双向移动，具有一维性。
道路的静态形状使得车辆移动是受限制的，车辆轨道一般可预测。
2 车载自组网路由研究
2.1传统无线自组网路由协议
到目前为至，根据自组网的特性研究人员已经提出了一些路由协议。这些移动自组网的路由协议，可以根据不同的分类原则，从多个角度加以分类：
(1)表驱动型路由(table driven),按需驱动型路由(on demand-driven)和混和型路由(hybrid)。wWw.133229.cOM
(2)平面型路由(flat)和层次型路由(hierarchical)。
(3)单路径型路由(single-path)和多路径型路由(multi-path)。
(4) gps辅助型路由(gps assisted)和非gps辅助(non-gfs assisted)型路由。
在以上这几种自组网路由协议分类中，表驱动型路由、按需驱动型路由和混和型路由的分类方式是目前使用的最为普遍的。
2.2车载自组网路由协议设计面临的问题
在车载自组网中，网络节点能量有限且一般没有能量补充，因此路由协议需要高效利用能量;同时由于wsns节点数目通常很大，节点只能获取局部的网络拓扑结构信息，路由协议还要能在局部网络信息的基础上选择合适的路径。
因此移动自组网路由协议，如aodv, dsr等，并不适合车载自组网，这主要是由于以下几个原因：
（1）频繁而可预测的拓扑变化。由于车载自组网络中车辆运动的绝对和相对速度快(在大多数道路情况下，车辆的运行速度超过801cm/h，甚至更高)，车载自组网的拓扑结构变法十分频繁。
（2）通信链路生命期短。观察和实验结果显示，即使假定车辆的信号范围是500米，通信链路的有效生命周期也仅平均为1分钟。并且，如果消息的传递需要多跳完成，有效传输时间将进一步被减小。
（3）频繁的网络分隔。由于车载自组网络的高速移动性，网络会被频繁地分割(或重新组合)成很多部分。一个车辆很有可能无法与离它不是很远的另一车辆通信。
（4）有限的冗余度。在车载自组网络中，系统的冗余能力，或者临时性地，或者功能性地受到了限制。
（5）丰富的资源。在车载自组网中，节点往往没有这些硬件资源的限制，而对协议其它方面的性能有更高的要求。
2.3分布式路由协议
根据数据传输的紧急程度不同，我们可以把适合vanets中的路由协议分为两类，一类是和安全相关的紧急应用中的消息分发机制，一类是非紧急应用的路由协议。消息分发传递的数据是突发的、少量的，通信时间短，而且通常没有固定的消息接收者，这类通信要求数据传递时延小、可靠性高。经典路由算法的路由建立需要较长的时间，不适合紧急消息分发。非紧急应用的路由协议往往用来在车辆间实现资源的共享，或者通过车载自组网向车辆提供internet接入服务。这种数据通信的持续时间较长，能够容忍一定的时延和数据丢失。
（1）dpp路由
dpp路由协议处理高速路车载自组网的消息传播。其主要思想是把高速路上的车辆划分为簇，每个簇都有一个簇头和一个簇尾，簇内节点的数据根据目的地的方向分别被传给簇头或簇尾。簇头和簇尾负责转发收到的数据给下一个相邻簇，并保存数据直到收到对数据被正确接收的确认。
（2）sar(sgaially aware routing )路由
算法的主要思想是利用静态的数字地图数据构建 网络 的拓扑图，然后根据图算法找到从源节点到目的节点的一条路径。数据包根据发现的路径，采用源路由方法，被传递到目的节点。此外，如果车辆找不到前向数据的邻居节点，它采用下面三种方法之一来恢复路由:①缓存该数据一定的时间然后重新发送；②放弃源路由，采用贪婪前向算法；③重新根据数字地图 计算 另一条路径。
（3）cblr路由
cblr路由算法假设所有的车辆能够通过gps获得自身的位置，它把网络划分为多个簇，每个簇由一个簇头和多个在簇头通信范围内的成员组成。簇头和簇成员通过下面的方法产生：车辆广播一个消息，如果它收到簇头的回复，则把自己作为簇头的成员;如果没有收到，则其自身成为簇头。簇头为了维持自己的簇，每隔一定的时间发送一消息通知成员。
（4）osr路由
gsr，其主要的目的是解决城市中障碍物的问题。gsr要求车辆装备有gps设备和当前车载自组网工作区域的数字地图。服务请求者根据的dijkstra算法在数字地图上找出从服务请求者到目的节点的最短路径，然后数据按照这条路径来路由数据包。
3 结束语
随着人们对个人通信要求的提高，人们越来越希望有一种更安全、高效率的方式移动到目的地。目前，虽然一些新的策略已经被引入到车载无线自组网路由协议的设计中，如充分挖掘用户需求，使用位置、能量信息等，在一定程度上解决了vanets路由协议的自适应性和自配置性问题，但总的说来，车载自组网中路由研究还处于探索阶段，还需要对各种车载网环境中的路由问题进行全面的分析和设计。
参考 文献 ：
[1]史美林，英春.自组网路由协议综述[j].通信学报，2001，22.
[2]程伟明.无线移动自组网及其关键技术[j].数据通信，2002，3.
路由协议范文第3篇
Thispaperintroducesanadvancedsave-parewiththeoldenergymechanism,itcouldeffectivelyreducetheenergyconsumptionofidlenodesinthenetanddeclinethenumberofAgentnodetoonlyoneineachcommunicationarea,whichis50%oftheoldmechanism,andcreateEdge-Agent,whichisclassifiedbyfunction.Theexperimentshows,thenewmechanismcouldimprovethelife-timeofthewholenet,guaranteetheefficiencyandrobustnessofthe
netandbalancetheenergyoftheEdge-Agent.
Keywords:Adhocnetwork,QoSroutingprotocol,Agent,Save-energy
1.引言
Adhoc网络的特点是各节点地位平等，能自由移动，并且通过无线信道进行通信[1,2]。由于移动终端本身由电池供电，因此在Adhoc网络中采用各种节能机制成为延长电池工作时间的一种重要手段。另外，从降低网络运行成本和节约自然资源的角度来说，采用节能机制也是一项意义重大的措施。现阶段，Adhoc网络的节能机制已经提出不少方案，如利用电源休眠[3]或者设置Agent方式[4]节能。然而所提出的方案并不能完全解决Adhoc网络的节能问题。如利用电源休眠，虽然可以达到一定的节能效果，但休眠状态电池同样有一定的耗损，且这部分耗损并没有做任何有效功；再如采用设置能量方式，现有的能量方式通常选择出的数量过多，有的达到了所有网络节点数量的一半，选择数量过多往往对网络资源也会造成不必要的耗损。
2.能量消耗模型
一般的，认为只有在发送和接收分组的时候才会有功率消耗,并且在研究MAC协议时，往往只考虑收发分组时消耗的能量。然而，节点在处于监听和空闲状态时，也同样消耗电量，
即：
其中，T(a,b)表示从节点a到节点b的路由路径上所有节点所消耗的能量，Ex是节点
处于监听和空闲所消耗的能量。之所以需要将监听和空闲状态的能量消耗计入总消耗是因为电波有一个相当大的广播范围，再此范围内的所有节点都必须接收每个数据包以判断是否是本地接收，虽然多数分组都被很快丢弃，但是接收它们是也需要消耗能量，研究表明[5]，空闲、接收和发送状态三者能量消耗的比例是1：1.2：1.7。从公式（1）可知，在不关闭节点k
然而，仅考虑全网能量消耗具有一定的片面性，因为Adhoc网络中的个别节点有可能UDP业务，该节点均不承担发送及转发任务，但能量消耗也非常严重。在未发送及转发任
何数据的情况下，节点能量状态由0.80下降到0.64，消耗了16%的能量，却未对全网的数据传递起到作用，因此，该16%的能量消耗为无用功。而改进后的空闲节点由于采用了关闭电源及间歇式检测信号等机制，使得空闲消耗降低。图3表示了在该实验中节点1未改进和改进后的性能比较。
对于非空闲节点，由于能量因素成为建立路由路径的必要条件，因此与原有的利用AODV建立起来的路由有所差别。改进后的路由机制重点关注全网可达的持续性及边界Agent节点的轮换工作，这样，每个节点的能量均可得到有效利用，而非仅仅有业务流量的节点消耗能量，而空闲节点不做功的情况下，也消耗能量。以节点3至节点6的UDP业务为例，利用AODV建立起来的路由路径为3—2—6。改进机制首先建立区域Agent及边界Agent，节点3的能量状态最大为0.97，因此当选Agent，负责区域内的信息传递及转发，在该例中，节点3既是Agent，又是业务起始节点；边界Agent由两区域信号交叉部分的能量状态最大者担任，在该例中，节点5为边界Agent，转发节点由原来的节点2变为节点5，路由路径变为3—5—6。当节点5的能量仅为原来的50%时，将重新选举边界Agent，此时节点4成为边界Agent，路由路径变为3—4—6。该选举过程将一直持续下去，直到边界节
点能量不足以支持业务。如图4所示，全网可达的时间由原来的1178.90s升至3855.43s。因为节点能量不足而无法完成转发任务，即在公式（1）中忽略了节点的能量状态，其定义为：Pre
其中，Pre为节点现有能量，Pst为节点理想状态下的能量最大值。
3.改进方案
由公式（1）可知，整个网络的消耗由两部分组成，一部分是路由部分消耗的能量
，这部分能量只有通过改善路由算法，使尽量少的节点参与到路由过程之中；
k
另一部分是其余空闲节点的待机能量i 1，这部分能量可通过关闭其无线网卡实现。无线
网卡的关闭可分为两部分：一部分为路由建立过程之前网卡关闭模式，即网络中无数据流而仅有控制流的时候，此时关闭网卡采用定时开启模式，每隔5秒开启检查是否有数据传输要求，若有，则全网节点开启，建立路由，路由建立完成后，将进入网卡关闭的第二部分，即路由建立过程之后的网卡关闭模式，此时，没有转发任务的节点可关闭无线网卡，仅留有路k
由任务的网络节点，这样，空闲节点的待机能量i 1从理论上可接近于0。
另外，采用无线节点Agent也是提高转发效率以及提高能量利用率的一个有效途径。移动Agent是一段程序代码，能控制自己在网络中移动，并能在每个节点独立地完成各种不同的任务。移动Agent在分布式应用中十分有效，特别适用于动态的网络环境，这些Agent在节点之间跳动，在节点中收集信息，并能将这些信息给新的节点和Agent。这样，在短时间内，每个节点都能接受到Agent访问他们带来的更新信息，网络开始运行时，所有节点只知道他们自己和邻居信息，而不知道别的节点的信息，当Agent开始路由时，这些节点就会得到别的节点的信息。
在本文中，每个节点均有属于自己的通信区域，在通信区域中，利用公式（2），将现有节点能量状态最高者定为Agent，将收到两个及以上通信区域的能量状态最高节点设为边界Agent，这样，较文献[4]中随机设定Agent的方法，可大大减少网络中Agent的数量。例如，如图1所示。
图1中，节点名称后表示为节点现有能量状态，由改进的能量机制可得，区域A中，节点3为Agent，区域B中，节点6为Agent节点，在交叉区域中，节点5为边界Agent。改进后的能量机制将节点空闲以及待机时消耗能量降为最低，并且引入了Agent模式，
有效的利用了全网能量，使能量状态高的节点得到充分利用，其工作流程如图2所示。
从图5可知，两个通信区域之间的能量最大节点在能量状态仍然最大时，较原有的能量消耗无异，但当能量消耗的一定水平时，启动边界能量（Edge-Agent）改选机制，通过节点的轮流工作节省能量。在图5中，转发节点的能量消耗在20s之前并不能显示新能量模型的优越性，但20s时发生Edge-Agent的改选，此时，能量状态最大的节点成为新的Edge-Agent，开始转发数据包，这一过程在30s时再次发生，转发工作又一次被其它高能量节点所替代。
但通过对分组到达时延进行研究后发现，虽然Edge-Agent轮换工作方式对分组的到达时间会有一定的影响，但分组的时延并没有因此而出现提高，图7显示了利用新能量模型前后分组的发送时延比较。
从图7中发现，在传送第4000个数据包之前，新能量模型的时延小于原有模型的时延；
但在传送第5000个包时，时延突然增大，随后的转送过程中会出现脉冲式的时延增大的情况，但随后时延会逐渐减小，但任高于原有模型的网络时延。通过对实验的分析后得知，在传送第4000号至第5000号包之间的时间间隔内，Edge-Agent进行了改选，在改选过程中的网络时延会有所增加，且随后的脉冲式时延增加也是由此所引起的，同时，在Edge-Agent能量状态相近时，这种轮换会非常频繁，导致时延的增加。
而且，在一定范围内的网络规模的增大和节点数量的增加会改善新能量模型的运行效果，对节省网络的能量消耗较有效，但超过一定范围后，节能效果反而会下降，如图8所示。
如图8中，网络中的节点数达到20时，节点剩余能量最多，若网络中节点数再继续增大，节点剩余能量反而会减少。经研究后发现，这种节能性能的下降主要是因为Edge-Agent的频繁的轮换工作所致。当网络节点数增加而所在范围一定时，节点的密度也相对增加，同时，在一定区域内出现相近能量节点的概率也增加了，而过多次的决定哪个节点是转发Edge-Agent时，必然会消耗更多的能量。因此，在多个能量相近节点成为或可能成为Edge-Agent时，这种轮换机制反而对网络的节能性能有消极影响。
另外，在新能量模型中，节点数与网络平均时延也存在着一定的关系。如图9所示，无论是原能量模型还是新的能量模型，其网络平均时延都会随节点数的增加而增加。但新的能量节点的网络时延增加的更为明显。研究后发现，其主要原因仍是由于Edge-Agent的轮换机制造成的。当某个Edge-Agent因其能量消耗而被其它节点取代时，它们之间会发生切换过程，此时，数据包是不能被转发的。当节点数增加，其轮换工作机制会频繁发生，从而导致网络平均时延的增大。
由以上实验所得数据可知，采用Edge-Agent的节能机制对小规模的Adhoc网络确实能起到一定的节省电池消耗，提高网络生存时间的效果，但不适用于网络节点数较多的Adhoc网络，否则会出现网络平均时延增加和转发节点能量消耗增加等问题。
5.小结
本文介绍了一种改进的Adhoc网络节能机制。较以往的节能机制，其特点是大大降低了空闲节点的能耗；将作为Agent节点的概率由原来的50%下降为每个通信区域仅一个；并通过功能划分，增加了边界Agent节点。实验表明，虽然该节能机制对Agent节点的依赖较一般Adhoc网络路由对单个节点的依赖有所增加，但其能有效的提高全网可达时间，保证了网络传输的有效性及鲁棒性，使得Edge-Agent的能耗趋向平衡，但同时实验研究表明，该节能机制并不适用于节点数较多的大规模Adhoc网络，否则会出现节能性能下降以及网络平均时延增加等问题。而且，将该节能机制加入到现有的Adhoc网络路有协议中，只能满足延长电池工作时间的要求，对网络时延等对传输多媒体数据有实质性影响的参数，并没有太大的积极作用。因此，研究提高网络传输能力，减小时延等QoS参数的路由协议是下一步的重点。
参考文献
[1]李腊元,李春林.计算机网络技术.第2版,北京:国际工业出版社,2004.7.
[2]郑少仁,王海涛,赵志峰.Adhoc网络技术.北京:人民邮电出版社,2005.1
[3]PALCHAUDHURIS.PowerModeSchedulingforAdhocNetworkRouting[D].MasterThesis,ComputerScience,RichUniversity,2002
路由协议范文第4篇
关键字 分簇路由协议；LEACH协议；多跳路由；能量消耗
1 引言
无线传感器网络路由协议按照最终形成的拓扑结构，可以划分为平面路由协议和层次路由协议[1]。在平面路由协议中，所有节点的地位是平等的，可扩充性比较差，维护动态变化的路由需要大量的控制信息。在层次结构的网络中，群成员的功能比较简单，不需要维护复杂的路由信息。这大大减少了网络中路由控制信息的数量，具有很好的可扩充性。同其它通信网络一样，传感器网络的主要设计属性之一是可扩展性。随着传感器节点密度的增加，单层网络可能会引起网关节点负载过重。这种过重负载可能会引起通信延迟和不能及时跟踪监测事件。另外，对于覆盖更大区域的大规模传感器网络，由于传感器节点不支持长距离通信，单层网络结构将是不可扩展的。为了使系统能够在不降低服务质量的情况下处理额外的负责和覆盖更大范围的区域，人们采用了分簇的方式组织传感器网络。
分簇式路由协议与其他路由协议相比具有一定的优势[2]：
（1）分簇式路由协议消耗能量少且能量消耗分布均匀，能有效的延长网络寿命，平衡网络负载。
（2）分簇式路由协议是基于某种簇形成策略，选举产生一个较为稳定的子网络，从而减少了拓扑结构变化对路由协议带来的影响。
（3）簇头节点对所在簇内的节点进行管理，能方便地向基站传达节点的各种信息，例如能量、安全性、故障等。另外基站通过头节点可以有效地向网络中其他节点发送命令，这是平面路由所不能有效实现的。
2 LEACH协议
分簇结构的簇首的选举是基于传感器节点的能量储备情况。LEACH协议是最早被提出的层次路由协议。虽然有一些层次路由协议独立于LEACH协议而单独开发的，但大多数层次路由协议是收到LEACH协议的启发。
2.1 LEACH算法的物理模型
在LEACH的路由算法中，使用的能量消耗公式是一阶无线电模式[3]（first order radio model）。
LEACH协议的这个模式基于以下假设：
（1）网络里所有节点完全相同并且能量非常有限。
（2）无线电信号在各个方向上能量消耗相同。
（3）汇聚节点（基站）是固定的，并且离整个无线传感器网络较远。
路由协议范文第5篇
关键词：无线网状网；BMX6；OLSR；Babel
1 引言
由于部署的时间和成本的因素，在临时场所或灾难地区进行组网存在着较大的困难，WMN就是针对该问题而提出的解决方案[1]。近年来以和AWMN为代表的社区无线网络的设计和部署进一步推动其发展[2-3]，大量私有和开源的WMN路由协议被提出和实现。其中具有代表性的是OLSR、Babel、BMX6、B.A.T.M.A.N-ADV[4-6]。由于WMN路由协议会对其性能产生决定性作用，因此掌握其性能特征对WMN网络的开发和对协议的改进具有重要的意义。
本文首先对这几种网络协议的工作机制和选路原理进行分析和对比，然后在校园网环境下构建了小型WMN测试平台。最后在此平台的基础上，测试这几种路由协议的网络开销、收敛速度等指标，并对实验数据进行分析。
2 WMN路由协议
WMN是一种典型的Ad-Hoc网络，当前根据WMN产生路由表的方式可以将协议分为主动式、被动式和混合式。主动路由协议在节点的链路上定期或者触发式的传递链路状态信息或路由表，以实现全网可达。主动式路由协议适合在设备供电较为稳定的场景，该场景通常有较高的链路带宽，从而降低路由协议在整体网络中的开销。被动式路由协议适合设备供电紧张，节点移动性高，链路带宽较低的场景。这类路由协议事先不生成任何路由表，仅在有效数据发送时才进行路由信息的计算。混合型路由协议则兼具上述两类路由协议的特征，本文中所对比的路由协议属于主动式路由协议。
2.1 OLSR路由协议
OLSR即Optimized Link Status Routing Protocols[5]，是一种典型的链路状态路由协议。链路状态协议在节点的链路上进行链路信息的宣告和传递，在每个节点内保存整个网络拓扑并以此来计算路由。由于无线电资源本身容易受到干扰且802.11中媒体接入控制层的竞争机制，WMN会因为大量的链路状态更新而造成较高的开销。OLSR引入了Multi-Point Relays（MPR）的方案来避免这一问题，MPR是网络节点的一个子集，由参与OLSR协议的节点选出。网络的拓扑仅存储在MRP节点上，并由MRP节点来完成洪泛。这种机制极大减少了链路状态更新的次数，也极大提升了端到端的吞吐量。
由于链路状态协议在节点间信息不一致的情况下会产生路由环路，而WMN节点的移动性则会加剧节点间信息不一致的状况。为了避免这一现象，OLSR增加了鱼眼机制（Fish eye）的支持，即降低对较远节点的链路状态更新频率来避免环路。由于OLSR提出较早而具有较多的实现，本文使用OLSRD来进行实验和性能对比。
2.2 Babel路由协议
Babel属于距离向量路由协议[6]，该协议不仅支持在无线网络也支持有线网络。与RIP为代表的有线网络协议相比，Babel不再使用跳数来进行最优路径的选择，而是使用“期望传输跳数”Expected Transmission Count（ETC）来计算到达某一节点的跳数。ETC不仅考虑了到达某一节点的跳数信息，还综合考虑了链路带宽、拥塞度等一系列指标来作为选路的依据。然而ETC会由于无线环境的变化和网络节点的加入/退出不断变化，这也就造成路由的不断翻转使得网络难以收敛。因此Babel使用历史感知机制（History-sensitive）来加速网络的收敛，即具有相近ETC值的情况下选择曾经使用过的路径。与OLSR不同，Babel在网络收敛后不会在整个网络范围内进行周期性的路由更新和宣告，只有当节点信息和状态发生变化时才会被动触发更新。
面向Babel协议的实现主要有Babled和Quagga。Babled是针对Babel的独立实现，Babeld支持将物理层信息作为选路的依据，从而降低不同频率间的干扰。而Quagga则集成了各种路由协议，除了支持Babel还支持OSPF和BGP等协议，本文选择Quagga来做性能对比。
2.3 BMX6路由协议
BMX6即B.A.T.M.A.N-Experimental version 6是B.A.T.M.A.N路由协议的一个分支。BMX6是一个主动式路由协议，也是一个距离向量路由协议。该协议使用内部描述符表、哈希表、全局描述符表来降低路由协议所带来的开销。内部描述符仅存储邻接点的信息，全局描述符存储所有节点的信息，而哈希表将两个描述符中的表项做映射。节点的全局描述符信息在节点启动后仅进行一次洪泛，而后使用其哈希值来代描述符，从而减少协议的网络开销。通过这种方式节点在移动后仅需要重建本地描述符表，减少了节点移动带来的网络开销。除此之外BMX6的路由协议将社会关系信任模型应用到节点之间的关系上，通过在节点间建立信任关系来作为选路的依据，从而保证了网络的流量从可以信赖的节点进行转发，这种机制降低了由于恶意接入而带来安全问题。由于BMX6的这种安全特征，在社区无线网络中应用较多[2]。
当前针对BMX6的实现为bmx6d，本论文选择其作为实验平台。
3 实验设计和性能对比
本实验在一栋五层高的大楼内进行，本次试验共使用无线节点七十个，为了减少外界电磁波的干扰，实验选择了5.8GHz作为无线频率。为了实验和设备编址方便，对设备进行编号。设备号码为1到60，而设备的接口地址也依照编号进行编制。本实验的设备为tl-wr2543nd，安装过OpenWRT和三种路由协议后开始配置接口。首先将每台设备的无线网卡设置为ad-hoc模式，ssid统一设定为lab-mesh，然后设置设备的wlan0和eth0接口的网络层地址。由于BMX6d和Quagga（babel）仅支持ipv6协议，在针对BMX和Babel的实验中将其eth0的地址设定为2001：DA8：5015：3010：：X/64，其中X分别为设备对应的编号，而wlan接口则使用ipv6的本地链接地址。针对OLSR的实验，则使用ipv4进行编址，eth0接口的地址为192.168.X.1/16，wlan0接口的地址为10.10.x.1/16，X为设备的编号。
在实验中，首先测试了在所有节点启动后所产生的网络开销，其结果见图一。从图中可以看出，OLSR协议在在160ms左右出现了一个流量高峰（58kbps/s），这是因为此时每个节点都在最大量的发送并接受链路状态信息。在此之后网络开始缓慢收敛，在收敛状态下OLSR协议所带来的网络开销稳定在25kbps左右。而Babel导致每个节点启动后会发现邻居节点，会进行路由信息宣告，在25ms左右进入网络流量的高峰，达到40kbps/s。由于实验选用5GHz的频段，该频道受干扰较小，网络收敛后没有明显的邻居信息的变化，因此Babel协议不会额外发送链路信息，此时Babel只会周期性探测邻居点的可达性量。由于这种开销仅出现在局部，此时网络的开销仅有即15kbp/s左右。而BMX协议在整个启动的过程中会传递节点描述信息，并在在48ms左右进入稳定状态。由于BMX协议在收敛后仅仅会周期性传递节点信息的哈希值，协议所带来的网络开销稳定在20kbp/s左右。
在图二的实验中，作者每次启动10个节点，并收集网络的整体流量数据。从图中可以看出，BMX6和Babel中网络开销随时间增长较慢，而OLSR协议会随着网络中节点数目的增多而迅速增加。这主要是由于OLSR属于链路状态协议，其会在整个网络中广播链路状态信息。而随着网络的增大，链路状态信息的数量也在迅速增多，从而带来更大的网络开销。而BMX6和Babel则属于距离矢量路由协议，在这两个协议中都采用了策略来减少网络的协议开销。
在图三的实验中为网络收敛速度的实验，该实验分别测试了跳数对网络收敛带的影响。图中显示OLSR的收敛时间会随着跳数的增加而迅速增加，这是由于OLSR的鱼眼机制所造成的。鱼眼机制通过减少对较远节点的链路状态更新来避免环路，这也不可避免的导致较远的节点的收敛速度与跳数成正比。与OLSR不同，Babel和BMX6的收敛速度基本不受节点跳数的影响。起因在于Babel协议采用了被动更新机制，当其侦测到邻居的存在状态变化时能迅速传输新的网络拓扑信息，这一机制加快了网络的收敛速度。而BMX6协议只使用了相比于Babel更高的频率去检查邻居点的存在状态，并通过周期性的广播来将网络信息发送出去，这也导致了其具备最高的收敛速度。
4 结论
本文对WMN的几个主动式路由协议，BMX6、Babel、OLSR的工作机机制进行了深入的分析，并在真实的环境和测试平台下对比了这几个路由协议的网络开销和收敛速度这几个性能指标。从实验的结果来看Babel有着最低的网络开销，同时其收敛速度接近于BMX6。但由于本次实验所处的电磁波环境较为安静，而Babel被动式的路由更新策略必然使其具有最低的开销。但在真实的网络环境中，电磁干扰和邻接点信息的变化会让其不断进行路由信息的更新并使其网络开销迅速增加。因此在复杂的网络环境中使用BMX6协议将会具有最好的网络性能。
[参考文献]
[1]方旭明，等.下一代无线因特网技术：无线Mesh网络.人民邮电出版社. 2005年5月第1版.pp.108110.
[2]Luigi Iannone，et al.“Cross-Layer Routing in Wireless Mesh Networks”， Computer Networks. March 2005，445～487.
[3]David Murray，Michael Dixon and Terry Koziniec.An Experimental Comparison of Routing Protocols in Multi Hop Ad Hoc Networks.In Proc.ATNAC 2010.2010.
[4]Jesús Friginal，Juan-Carlos Ruiz，David de Andrés and Antonio Bustos.Mitigating the Impact of Ambient Noise on Wireless Mesh Networks Using Adaptive Link-Quality-based Packet Replication.DSN'2012：1-8.2013.
