無線網(wǎng)狀網(wǎng)路由技術與協(xié)議分析

高方勇

摘要無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡是由Ad Hoc網(wǎng)絡發(fā)展而來的一種多點對多點的無線網(wǎng)絡，目前無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡的路由協(xié)議都從很大程度上參考Ad Hocl~絡的路由協(xié)議，其中經典型路由協(xié)議更是直接將Ad Hoc路由協(xié)議應用于無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡環(huán)境。對經典型無線網(wǎng)狀網(wǎng)路由協(xié)議進行介紹，并對其中具有代表性的協(xié)議進行重點分析。

關鍵詞無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡Ad Hoc路由協(xié)議

中圖分類號：TP3文獻標識碼：A文章編號：1671—7597(2009)0410061—01

一、無線網(wǎng)狀網(wǎng)的路由協(xié)議

傳統(tǒng)的路由協(xié)議是專為有線網(wǎng)絡設計的，并不適用于無線網(wǎng)狀網(wǎng)環(huán)境。因為傳統(tǒng)的路由協(xié)議不能夠很好處理無線網(wǎng)狀網(wǎng)環(huán)境中常見的拓撲結構和鏈接質的快速變化。無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡都有一些顯著的特性，例如：高動態(tài)性，智能性，端對端最佳路徑選擇，多跳性，通常帶寬有限和計算能力不足。無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡的高動態(tài)性的原因有兩個：第一，路由器本身可能移動，并造成網(wǎng)絡拓撲結構的快速變動。第二，即使路由器本身不移動，由于干擾、地理和環(huán)境等因素，無線電鏈路的質量仍可能發(fā)生快速變化。

從以上這些特性可以知道，完備的無線網(wǎng)狀網(wǎng)路由協(xié)議必須需要具備以下特點：①分布式操作；②快速收斂(適應更快的移動)；③可擴展性：④適用于大量的小型設備；⑤只占用有限的帶寬和計算能力主動式操作(減少初始延遲)：⑥在選擇路由時考慮無線電鏈路的質量和容量；⑦避免環(huán)路：⑧安全性。

由于無線網(wǎng)狀網(wǎng)是由Ad Hoc網(wǎng)絡發(fā)展而來的無線網(wǎng)絡。Ad Hoc網(wǎng)絡和無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡之間具有一定的相似性，因此現(xiàn)有的主流無線網(wǎng)狀網(wǎng)路由協(xié)議也是從AdHoc網(wǎng)絡的路由協(xié)議發(fā)展而來的，主要包括三種類型的路由協(xié)--議：一種為先驗式路由協(xié)議：一種為反應式路由協(xié)議；另外一種就是二者的混合，稱為混合式路由協(xié)議。

二、先驗式路由協(xié)議

(一)簡介

先驗式路由協(xié)議是一種基于表格的路由協(xié)議。在這種協(xié)議中，每個節(jié)點維護一張或多張表格，這些表格包含到達網(wǎng)絡中其它所有節(jié)點的路由信息。當檢測到網(wǎng)絡拓撲結構發(fā)生變化時，節(jié)點在網(wǎng)絡中發(fā)送路由更新信息。收到更新信息的節(jié)點更新自己的表格，以維護一致的、及時的、準確的路由信息。不同的先驗式路由協(xié)議的區(qū)別在于拓撲更新信息在網(wǎng)絡中傳輸?shù)姆绞胶托枰鎯Φ谋淼念愋?。先驗式路由協(xié)議不斷的檢測網(wǎng)絡拓撲和鏈路質量的變化，根據(jù)變化更新路由表，所以路由表可以準確地反映網(wǎng)絡的拓撲結構。源節(jié)點一旦需要發(fā)送報文，可以立即得到到達目的節(jié)點的路由。

(二)典型先驗式路由協(xié)議DSDV協(xié)議

DSDV的基本原理是：每一個節(jié)點維持一個到其它節(jié)點的路由表，表的內容為路由的“下一跳”節(jié)點。DSDV創(chuàng)新之處是為每一條路由設置一個序列號，序列號大的路由為優(yōu)選路由，序列號相同時，跳數(shù)少的路由為優(yōu)選路由。正常情況下，節(jié)點廣播的序列號是單調遞增的偶數(shù)，當節(jié)點B發(fā)現(xiàn)到節(jié)點D的路由(路由序列號為s)中斷后，節(jié)點B就廣播一個路由信息，告知該路由的序列號變?yōu)閟+l，并把跳數(shù)設置為無窮大，這樣，任何一個通過B發(fā)送信息的節(jié)點A的路由表中就包括一個無窮大的距離，這一過程直到A收到一個到達D的有效路由(路由序列號為s+1-1)為止。

在此方案中，網(wǎng)絡內所有的移動終端都建立一個路由表，包括所有的目的節(jié)點到達各個目標節(jié)點的跳躍次數(shù)(或標識距離矢量的路徑矩陣)。每個路由記錄都有一個由目標節(jié)點設定的序列號。序列號使移動終端可以區(qū)分當前有效路由路徑和已過時的路由路徑。路由表周期性地做全網(wǎng)更新以維護全網(wǎng)的通信有效性。通常，為了減少由于路由表更新而產生的大量路由信息傳遞，減少網(wǎng)絡路由開銷，可以采用兩種路由更新方式。第一種是全清除方式，即通過多個網(wǎng)絡協(xié)議數(shù)據(jù)單元將路由更新信息在全網(wǎng)中傳輸。如果網(wǎng)絡內終端出現(xiàn)移動，則產生的新路由分組信息不定期的傳達至網(wǎng)絡內所有終端。第二種是部分更新方式，或稱為增量更新方式，即在最后一次全清除傳輸后，只傳遞那些涉及變化了的路由信息進行傳輸，這些信息通常被放置在一個標準的NPDU里，從而減少路由信息的傳遞量。在增量更新方式中移動終端可以增加另外一個附加的表來存儲路由更新信息。

新路由信息的廣播信息包含目標節(jié)點的地址，到每個目標節(jié)點的跳數(shù)、接收信息的序列號，以及獨有的廣播序列號。新路由信息適用最新的序列號。如果兩次更新具有相同的序列號，則具有較小的距離矢量陣的路由具有優(yōu)先權。因為它代表路徑最短(或跳數(shù)最少)。在通常情況下，從源節(jié)點到目的節(jié)點可能存在多條路徑，在最佳路由路徑的確定過程中，移動終端跟蹤不同路由路徑的時間，最佳路由路徑就是時間最短的路徑。在找到最佳路徑之前，該時間呈收斂性漲落。一旦路徑確定，這些信息就存放到每一個終端的路由表中，直到節(jié)點收到新的路由信息。

三、反應式硌由協(xié)議

反應式路由選擇協(xié)議是一種當需要一條從源節(jié)點到目的節(jié)點的路徑進行數(shù)據(jù)發(fā)送時才查找路由的路由選擇方式。節(jié)點并不保存整個網(wǎng)絡的及時準確的路由信息。當源節(jié)點要向目的節(jié)點發(fā)送報文時，源節(jié)點在網(wǎng)絡中發(fā)起路由查找過程，找到相應的路由后，才開始發(fā)送報文。為了提高效率，節(jié)點可以將找到的路由保存在緩存中供后續(xù)發(fā)送使用。反應式路由協(xié)議按需路由的特點可以較好地適應節(jié)點移動較為頻繁的無線網(wǎng)絡環(huán)境，節(jié)點發(fā)生移動后，只需要更新需要發(fā)送數(shù)據(jù)的相關路徑的路由信息即可。

四、混合式路由協(xié)議

混合式路由是將前面兩種路由方式結合起來，在局部范圍內使用先驗式路由協(xié)議，維護準確的路由信息，并可以縮小路由控制消息傳播的范圍。當目標節(jié)點較遠時，則使用反應式路由協(xié)議查找發(fā)現(xiàn)路由。ZRP協(xié)議就是混合式路由協(xié)議的代表。ZRP協(xié)議是一種專為多變的通信環(huán)境(如可重構無線網(wǎng)絡，RwN)設計的平鋪式路由協(xié)議。在每個節(jié)點定義一個區(qū)域，此區(qū)域包含一些節(jié)點，這些節(jié)點的距離(也就是跳數(shù))在一個限定的范圍之內。這個距離被成為區(qū)域半徑rzone。每一個節(jié)點只需要知道它的路由區(qū)域內的拓撲結構，而且其路由信息隨著區(qū)域內的拓撲更新而更新。這樣，盡管網(wǎng)絡很大，但更新僅僅在局部區(qū)域進行。由于距離大于1，這樣區(qū)域就有大量重疊。

若s要與D通信，則s發(fā)送query消息，并一級一級廣播下去，直到到達D，D響應這個請求，表明路山為：S-H-B-D。

B知道路由路徑的機制成為路由累積。累積過程如下：query消息每經過一個節(jié)點，則在query消息中加上該節(jié)點的信息。為了限定信息大小并能反應出路由發(fā)現(xiàn)過程，在query消息中加入跳數(shù)限制，并且每經過一個節(jié)點，跳數(shù)減l，若跳數(shù)域為0，則丟棄該消息。區(qū)域內部采用先驗式路由協(xié)議。

可以看出ZRP僅需要一些相對小數(shù)量的query信息，這些信息只是發(fā)給周邊節(jié)點的信息。由于區(qū)域半徑相對于整個網(wǎng)絡來說總是比較小，得知區(qū)域內部拓撲的開銷只是整個網(wǎng)絡很少的一部分。而且，每一個節(jié)點儲蓄的信息也大為減小。另外，ZRP協(xié)議比全網(wǎng)的反應式路由發(fā)現(xiàn)機制要快得

五、結論

無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡作為一種可以解決“最后一公里”網(wǎng)絡接入瓶頸問題的方案，和智能天線、Ad Hoc網(wǎng)絡以及超寬帶技術一起，正在成為無線通信領域中壓倒一切的技術。因此在無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡的協(xié)議標準尚桌統(tǒng)一的前提下，對無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡的路由技術進行分析，具有重要的現(xiàn)實意義。