Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究及性能比較

王 希 長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 荊州 434023

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究及性能比較

王 希 長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 荊州 434023

作為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一—Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，隨著對(duì)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)研究的不斷深入，其種類和設(shè)計(jì)亦在漸漸增加和成熟，已經(jīng)有諸多的路由協(xié)議成為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議草案，但這些路由協(xié)議仍存在眾多如可用性不高、安全措施不全面、路由信息依然受到多種攻擊等問題，致使對(duì)協(xié)議性能進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估則顯得尤為重要。

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議；節(jié)點(diǎn)；性能；安全

引言

作為自創(chuàng)造、自組織和自管理的網(wǎng)絡(luò)—Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，[1]是一種新型的、特殊的無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，它是在不依賴基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的前提下，由一組自主的無(wú)線節(jié)點(diǎn)或終端相互形成的可互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，亦是將現(xiàn)有的主要網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用的中央控制管理的功能進(jìn)行分布式管理，由網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)同步完成的多跳網(wǎng)絡(luò)。

從Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的概念中，我們可以了解到此移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)具有特殊的無(wú)線信道、無(wú)控制中心、獨(dú)立組網(wǎng)、無(wú)需架設(shè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、多跳路由、可快速展開、動(dòng)態(tài)拓?fù)洹⒖箽詮?qiáng)、節(jié)點(diǎn)功能局限性以及較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)抗干擾、抗故障等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍極其廣泛，從分布式的移動(dòng)計(jì)算到災(zāi)難恢復(fù)，以及未來(lái)的數(shù)字化戰(zhàn)爭(zhēng)，其都有著無(wú)法比擬的優(yōu)越性，特別適用于一些如戰(zhàn)場(chǎng)、野外科考等缺乏基礎(chǔ)設(shè)施的場(chǎng)所。鑒于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具有上述特點(diǎn)，這對(duì)設(shè)計(jì)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由算法提出了特殊要求，其路由協(xié)議的開發(fā)和研究逐漸成為熱點(diǎn)，協(xié)議性能評(píng)估的重要性也日益凸現(xiàn)。[2]

一、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議

目前，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的開發(fā)與研究已成為人們對(duì)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，在傳統(tǒng)路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，專家研究人員和相關(guān)工作小組已提出了多達(dá)10～20種Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，有根據(jù)原來(lái)已經(jīng)存在的路由方法進(jìn)行改進(jìn)，使之適應(yīng)無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)對(duì)路由需求的路由協(xié)議，如DSDV；有根據(jù)無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)所創(chuàng)建的與傳統(tǒng)路由協(xié)議完全不同的路由協(xié)議，如DSR；有結(jié)合以上兩者各自的優(yōu)點(diǎn)而形成的新的路由協(xié)議，如AODV；有對(duì)現(xiàn)有基本路由協(xié)議進(jìn)行安全擴(kuò)展的路由協(xié)議，如A riadne，等等。[2]但無(wú)論哪種路由協(xié)議，由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基本涵義及所具有的特征，使得其存在一定優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)亦有著如傳統(tǒng)的安全防護(hù)措施失去作用、節(jié)點(diǎn)抵抗力相對(duì)薄弱等缺點(diǎn)，并帶來(lái)一些新的攻擊手段，從而使路由協(xié)議面臨著多種威脅。[3]為保證Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的可靠性，其設(shè)計(jì)與性能都應(yīng)保證路由信息的安全性。

（一）路由協(xié)議的設(shè)計(jì)

由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)所具有的特點(diǎn)及影響路由協(xié)議設(shè)計(jì)的因素很多，所以在設(shè)計(jì)其路由協(xié)議的時(shí)候，就必須滿足、考慮以下幾個(gè)條件：[4]1、考慮Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的安全性；2、考慮有限的網(wǎng)絡(luò)資源；3、考慮動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；4、考慮移動(dòng)終端的脆弱性；5、考慮提高系統(tǒng)的吞吐量；6、考慮協(xié)議所應(yīng)用的環(huán)境；7、考慮業(yè)務(wù)的性能指標(biāo)；8、考慮業(yè)務(wù)的分布特性；9、考慮節(jié)能、安全，等等。

（二）幾種常見Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的性能比較分析

根據(jù)路由觸發(fā)原理，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議可以分為表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議、按需路由協(xié)議，以及混合路由協(xié)議。

1、表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議（先驗(yàn)式路由協(xié)議）

此協(xié)議中，無(wú)論是否有通信要求，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都維護(hù)一張包含到達(dá)節(jié)點(diǎn)的路由信息的路由表，并根據(jù)檢測(cè)到的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?，通過(guò)采用周期性的路由分組廣播的節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送消息，進(jìn)而隨時(shí)更新路由表，以盡量實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地反映網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。常用的表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議有DSDV協(xié)議、CGSR協(xié)議、HSR協(xié)議，以及WRP協(xié)議，其中，DSDV屬于典型的表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議。在對(duì)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)要求較高的環(huán)境下，一般選用表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議，而DSDV依賴于路由消息的周期性廣播，因此，在高速移動(dòng)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中不宜使用。

2、按需路由協(xié)議

與表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議相比，具有開銷小特點(diǎn)的按需路由協(xié)議，只在源節(jié)點(diǎn)需要路由的時(shí)候，才發(fā)起路由，從而降低了對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和能量的過(guò)度消耗。此路由協(xié)議更適合Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，但數(shù)據(jù)報(bào)文傳送時(shí)延較大，不適合實(shí)時(shí)性的應(yīng)用。常用的按需路由協(xié)議主要有DSR協(xié)議、AODV協(xié)議、ABR協(xié)議、TORA協(xié)議、SSR協(xié)議，其中，DSR和AODV兩個(gè)協(xié)議表現(xiàn)突出，兩者均使用按需路由尋找，但是路由算法機(jī)制不同。按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議應(yīng)盡量選擇在對(duì)數(shù)據(jù)包完整性和帶寬要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，在比較寬松即節(jié)點(diǎn)較少或移動(dòng)性較弱的環(huán)境中，對(duì)于面向應(yīng)用的諸如時(shí)延和吞吐量之類的性能指標(biāo)，DSR協(xié)議優(yōu)于AODV協(xié)議；而在較苛刻的環(huán)境中，則是AODV優(yōu)于DSR協(xié)議，且隨著環(huán)境變得越來(lái)越苛刻，即荷載變得越重，移動(dòng)性變得越強(qiáng)。

3、混合路由協(xié)議

實(shí)踐證明，在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議和按需路由協(xié)議，無(wú)論單純采用哪個(gè)，都不能完全解決路由問題，因此，有關(guān)學(xué)者就將二者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，形成了混合路由協(xié)議，如ZRP協(xié)議?；旌下酚蓞f(xié)議兼有以上二者的特點(diǎn)，其網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)以自己為中心的虛擬區(qū)，區(qū)是重疊的，區(qū)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)與設(shè)定的區(qū)半徑有關(guān)，對(duì)區(qū)外節(jié)點(diǎn)的路由，使用按需驅(qū)動(dòng)路由算法，利用區(qū)間路由協(xié)議IERP建立臨時(shí)的路由；而區(qū)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的路由，則使用表驅(qū)動(dòng)路由算法，中心節(jié)點(diǎn)使用區(qū)內(nèi)路由協(xié)議IARP維持一個(gè)到區(qū)內(nèi)其他成員的路由表。雖然混合路由協(xié)議兼顧表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議和按需路由協(xié)議，但其實(shí)施過(guò)程中需考慮族的選擇和維護(hù)，以及網(wǎng)絡(luò)工作的大流量等問題。

二、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)模型在路由協(xié)議性能評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

現(xiàn)今，人們對(duì)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)及其路由協(xié)議等各項(xiàng)內(nèi)容的研究愈發(fā)火熱，其中，基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的性能分析及行為設(shè)計(jì)逐漸成為研究的主流，而選取合適的、最貼近實(shí)際的、最易實(shí)現(xiàn)的、描述節(jié)點(diǎn)移動(dòng)方式的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)模型，在路由協(xié)議的性能評(píng)價(jià)中起著至關(guān)重要的作用。[5]

在各種基于不同模擬環(huán)境的應(yīng)用中，存在著很多不同的移動(dòng)模型。如果我們感興趣的對(duì)象是一組實(shí)體，這些實(shí)體之間的運(yùn)動(dòng)是彼此相關(guān)的，則稱之為組移動(dòng)模型，其可分為隊(duì)列移動(dòng)模型、參考點(diǎn)組移動(dòng)模型、游牧團(tuán)體移動(dòng)模型、追逐移動(dòng)模型；而如果我們感興趣的對(duì)象是一個(gè)單獨(dú)的實(shí)體，或者雖然有很多移動(dòng)實(shí)體存在但彼此之間是相對(duì)獨(dú)立的，則稱之為實(shí)體移動(dòng)模型，其可分為隨機(jī)步行移動(dòng)模型、隨機(jī)路點(diǎn)移動(dòng)模型、隨機(jī)方向移動(dòng)模型、城區(qū)移動(dòng)模型。

不同的移動(dòng)模型會(huì)對(duì)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的性能和結(jié)果產(chǎn)生很大影響，所以選擇合適的移動(dòng)模型是開始協(xié)議實(shí)現(xiàn)和模擬之前的一件非常重要的工作。[6]而如何選擇，則應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況正確選擇已有的模型或者基于以上集中模型設(shè)計(jì)新的符合需要的模型，即使在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景不可知或不可模擬的情況下，研究者也應(yīng)該選擇一種最為接近的移動(dòng)模型。選擇或創(chuàng)建好移動(dòng)模型后，在模擬中要對(duì)各種模擬參數(shù)進(jìn)行賦值，這些參數(shù)的值要充分考慮到現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用環(huán)境，這樣才能得到我們所需要的結(jié)果。

三、結(jié)束語(yǔ)

目前，對(duì)路由協(xié)議性能進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)還沒有形成公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，主要通過(guò)仿真來(lái)完成，而仿真畢竟與實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境存在較大的不同，再加上不同的協(xié)議可能使用不同的仿真軟件，這些仿真軟件對(duì)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)又進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，各種協(xié)議在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中又有著各自的優(yōu)勢(shì)，因此，一種性能最好、適用于所有Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的路由協(xié)議是不存在的，應(yīng)具體問題具體分析，因地制宜地選擇。

[1]鄭少仁,王海濤 ,趙志峰,等. Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社.2005

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[5]于利東, 李臘元 ,蔣曉艷. Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)模型對(duì)路由協(xié)議性能影響的研究.福建電腦.2007年第4期

[6]趙金晶, 朱培棟. Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)模型及其應(yīng)用.計(jì)算機(jī)工程與科學(xué).2005年第27卷第5期

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.052

王希 出生年月：1985.11.30性別：男 籍貫:漢 學(xué)歷：碩士 職稱：無(wú)研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。