無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )的路由協(xié)議分析

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )是由AdHoc網(wǎng)絡(luò )發(fā)展而來(lái)的一種多點(diǎn)對多點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，目前無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )的路由協(xié)議都從很大程度上參考AdHocl~絡(luò )的路由協(xié)議，其中經(jīng)典型路由協(xié)議更是直接將AdHoc路由協(xié)議應用于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )環(huán)境。對經(jīng)典型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)路由協(xié)議進(jìn)行介紹，并對其中具有代表性的協(xié)議進(jìn)行重點(diǎn)分析。
　　
　　
　　
　　一、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)的路由協(xié)議
　　
　　傳統的路由協(xié)議是專(zhuān)為有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設計的，并不適用于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)環(huán)境。因為傳統的路由協(xié)議不能夠很好處理無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)環(huán)境中常見(jiàn)的拓撲結構和鏈接質(zhì)的快速變化。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )都有一些顯著(zhù)的特性，例如：高動(dòng)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )的高動(dòng)態(tài)性的原因有兩個(gè)：第一，路由器本身可能移動(dòng)，并造成網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的快速變動(dòng)。第二，即使路由器本身不移動(dòng)，由于干擾、地理和環(huán)境等因素，無(wú)線(xiàn)電鏈路的質(zhì)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)路由協(xié)議必須需要具備以下特點(diǎn)：①分布式操作；②快速收斂(適應更快的移動(dòng))；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(dòng)式操作(減少初始延遲)：⑥在選擇路由時(shí)考慮無(wú)線(xiàn)電鏈路的質(zhì)量和容量；⑦避免環(huán)路：⑧安全性。
　　由于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)是由AdHoc網(wǎng)絡(luò )發(fā)展而來(lái)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。AdHoc網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )之間具有一定的相似性，因此現有的主流無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)路由協(xié)議也是從AdHoc網(wǎng)絡(luò )的路由協(xié)議發(fā)展而來(lái)的，主要包括三種類(lèi)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(chēng)為混合式路由協(xié)議。
　　
　　二、先驗式路由協(xié)議
　　
　　(一)簡(jiǎn)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(gè)節點(diǎn)維護一張或多張表格，這些表格包含到達網(wǎng)絡(luò )中其它所有節點(diǎn)的路由信息。當檢測到網(wǎng)絡(luò )拓撲結構發(fā)生變化時(shí)，節點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò )中發(fā)送路由更新信息。收到更新信息的節點(diǎn)更新自己的表格，以維護一致的、及時(shí)的、準確的路由信息。不同的先驗式路由協(xié)議的區別在于拓撲更新信息在網(wǎng)絡(luò )中傳輸的方式和需要存儲的表的類(lèi)型。先驗式路由協(xié)議不斷的檢測網(wǎng)絡(luò )拓撲和鏈路質(zhì)量的變化，根據變化更新路由表，所以路由表可以準確地反映網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構。源節點(diǎn)一旦需要發(fā)送報文，可以立即得到到達目的節點(diǎn)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(gè)節點(diǎn)維持一個(gè)到其它節點(diǎn)的路由表，表的內容為路由的“下一跳”節點(diǎn)。DSDV創(chuàng )新之處是為每一條路由設置一個(gè)序列號，序列號大的路由為優(yōu)選路由，序列號相同時(shí)，跳數少的路由為優(yōu)選路由。正常情況下，節點(diǎn)廣播的序列號是單調遞增的偶數，當節點(diǎn)B發(fā)現到節點(diǎn)D的路由(路由序列號為s)中斷后，節點(diǎn)B就廣播一個(gè)路由信息，告知該路由的序列號變?yōu)閟+l，并把跳數設置為無(wú)窮大，這樣，任何一個(gè)通過(guò)B發(fā)送信息的節點(diǎn)A的路由表中就包括一個(gè)無(wú)窮大的距離，這一過(guò)程直到A收到一個(gè)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(luò )內所有的移動(dòng)終端都建立一個(gè)路由表，包括所有的目的節點(diǎn)到達各個(gè)目標節點(diǎn)的跳躍次數(或標識距離矢量的路徑矩陣)。每個(gè)路由記錄都有一個(gè)由目標節點(diǎn)設定的序列號。序列號使移動(dòng)終端可以區分當前有效路由路徑和已過(guò)時(shí)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(chǎn)生的大量路由信息傳遞，減少網(wǎng)絡(luò )路由開(kāi)銷(xiāo)，可以采用兩種路由更新方式。第一種是全清除方式，即通過(guò)多個(gè)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議數據單元將路由更新信息在全網(wǎng)中傳輸。如果網(wǎng)絡(luò )內終端出現移動(dòng)，則產(chǎn)生的新路由分組信息不定期的傳達至網(wǎng)絡(luò )內所有終端。第二種是部分更新方式，或稱(chēng)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(jìn)行傳輸，這些信息通常被放置在一個(gè)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(dòng)終端可以增加另外一個(gè)附加的表來(lái)存儲路由更新信息。
　　新路由信息的廣播信息包含目標節點(diǎn)的地址，到每個(gè)目標節點(diǎn)的跳數、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(或跳數最少)。在通常情況下，從源節點(diǎn)到目的節點(diǎn)可能存在多條路徑，在最佳路由路徑的確定過(guò)程中，移動(dòng)終端跟蹤不同路由路徑的時(shí)間，最佳路由路徑就是時(shí)間最短的路徑。在找到最佳路徑之前，該時(shí)間呈收斂性漲落。一旦路徑確定，這些信息就存放到每一個(gè)終端的路由表中，直到節點(diǎn)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點(diǎn)到目的節點(diǎn)的路徑進(jìn)行數據發(fā)送時(shí)才查找路由的路由選擇方式。節點(diǎn)并不保存整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的及時(shí)準確的路由信息。當源節點(diǎn)要向目的節點(diǎn)發(fā)送報文時(shí)，源節點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò )中發(fā)起路由查找過(guò)程，找到相應的路由后，才開(kāi)始發(fā)送報文。為了提高效率，節點(diǎn)可以將找到的路由保存在緩存中供后續發(fā)送使用。反應式路由協(xié)議按需路由的特點(diǎn)可以較好地適應節點(diǎn)移動(dòng)較為頻繁的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，節點(diǎn)發(fā)生移動(dòng)后，只需要更新需要發(fā)送數據的相關(guān)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(lái)，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。當目標節點(diǎn)較遠時(shí)，則使用反應式路由協(xié)議查找發(fā)現路由。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(zhuān)為多變的通信環(huán)境(如可重構無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，RwN)設計的平鋪式路由協(xié)議。在每個(gè)節點(diǎn)定義一個(gè)區域，此區域包含一些節點(diǎn)，這些節點(diǎn)的距離(也就是跳數)在一個(gè)限定的范圍之內。這個(gè)距離被成為區域半徑rzone。每一個(gè)節點(diǎn)只需要知道它的路由區域內的拓撲結構，而且其路由信息隨著(zhù)區域內的拓撲更新而更新。這樣，盡管網(wǎng)絡(luò )很大，但更新僅僅在局部區域進(jìn)行。由于距離大于1，這樣區域就有大量重疊。
　　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(gè)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(guò)程如下：query消息每經(jīng)過(guò)一個(gè)節點(diǎn)，則在query消息中加上該節點(diǎn)的信息。為了限定信息大小并能反應出路由發(fā)現過(guò)程，在query消息中加入跳數限制，并且每經(jīng)過(guò)一個(gè)節點(diǎn)，跳數減l，若跳數域為0，則丟棄該消息。區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量的query信息，這些信息只是發(fā)給周邊節點(diǎn)的信息。由于區域半徑相對于整個(gè)網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)總是比較小，得知區域內部拓撲的開(kāi)銷(xiāo)只是整個(gè)網(wǎng)絡(luò )很少的一部分。而且，每一個(gè)節點(diǎn)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)現機制要快得
　　
　　五、結論
　　
　　無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )作為一種可以解決“最后一公里”網(wǎng)絡(luò )接入瓶頸問(wèn)題的方案，和智能天線(xiàn)、AdHoc網(wǎng)絡(luò )以及超寬帶技術(shù)一起，正在成為無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域中壓倒一切的技術(shù)。因此在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )的協(xié)議標準尚桌統一的前提下，對無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )的路由技術(shù)進(jìn)行分析，具有重要的現實(shí)意義。