無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議分析

無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是由AdHoc網(wǎng)絡(luò)發(fā)展而來的一種多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無線網(wǎng)絡(luò)，目前無線網(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(yīng)用于無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。對(duì)經(jīng)典型無線網(wǎng)狀網(wǎng)路由協(xié)議進(jìn)行介紹，并對(duì)其中具有代表性的協(xié)議進(jìn)行重點(diǎn)分析。
　　
　　
　　
　　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(luò)設(shè)計(jì)的，并不適用于無線網(wǎng)狀網(wǎng)環(huán)境。因?yàn)閭鹘y(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?fù)浣Y(jié)構(gòu)和鏈接質(zhì)的快速變化。無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)都有一些顯著的特性，例如：高動(dòng)態(tài)性，智能性，端對(duì)端最佳路徑選擇，多跳性，通常帶寬有限和計(jì)算能力不足。無線網(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?fù)浣Y(jié)構(gòu)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，無線電鏈路的質(zhì)量仍可能發(fā)生快速變化。
　　從以上這些特性可以知道，完備的無線網(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(yīng)更快的移動(dòng))；③可擴(kuò)展性：④適用于大量的小型設(shè)備；⑤只占用有限的帶寬和計(jì)算能力主動(dòng)式操作(減少初始延遲)：⑥在選擇路由時(shí)考慮無線電鏈路的質(zhì)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AdHoc網(wǎng)絡(luò)發(fā)展而來的無線網(wǎng)絡(luò)。AdHoc網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(yàn)式路由協(xié)議：一種為反應(yīng)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(yàn)式路由協(xié)議
　　
　　(一)簡(jiǎn)介
　　先驗(yàn)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(jié)點(diǎn)維護(hù)一張或多張表格，這些表格包含到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中其它所有節(jié)點(diǎn)的路由信息。當(dāng)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，節(jié)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(jié)點(diǎn)更新自己的表格，以維護(hù)一致的、及時(shí)的、準(zhǔn)確的路由信息。不同的先驗(yàn)式路由協(xié)議的區(qū)別在于拓?fù)涓滦畔⒃诰W(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)姆绞胶托枰鎯?chǔ)的表的類型。先驗(yàn)式路由協(xié)議不斷的檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜玩溌焚|(zhì)量的變化，根據(jù)變化更新路由表，所以路由表可以準(zhǔn)確地反映網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。源節(jié)點(diǎn)一旦需要發(fā)送報(bào)文，可以立即得到到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由。
　　
　　(二)典型先驗(yàn)式路由協(xié)議DSDV協(xié)議
　　DSDV的基本原理是：每一個(gè)節(jié)點(diǎn)維持一個(gè)到其它節(jié)點(diǎn)的路由表，表的內(nèi)容為路由的“下一跳”節(jié)點(diǎn)。DSDV創(chuàng)新之處是為每一條路由設(shè)置一個(gè)序列號(hào)，序列號(hào)大的路由為優(yōu)選路由，序列號(hào)相同時(shí)，跳數(shù)少的路由為優(yōu)選路由。正常情況下，節(jié)點(diǎn)廣播的序列號(hào)是單調(diào)遞增的偶數(shù)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)B發(fā)現(xiàn)到節(jié)點(diǎn)D的路由(路由序列號(hào)為s)中斷后，節(jié)點(diǎn)B就廣播一個(gè)路由信息，告知該路由的序列號(hào)變?yōu)閟+l，并把跳數(shù)設(shè)置為無窮大，這樣，任何一個(gè)通過B發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)A的路由表中就包括一個(gè)無窮大的距離，這一過程直到A收到一個(gè)到達(dá)D的有效路由(路由序列號(hào)為s+1-1)為止。
　　在此方案中，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)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(jié)點(diǎn)到達(dá)各個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的跳躍次數(shù)(或標(biāo)識(shí)距離矢量的路徑矩陣)。每個(gè)路由記錄都有一個(gè)由目標(biāo)節(jié)點(diǎn)設(shè)定的序列號(hào)。序列號(hào)使移動(dòng)終端可以區(qū)分當(dāng)前有效路由路徑和已過時(shí)的路由路徑。路由表周期性地做全網(wǎng)更新以維護(hù)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(gè)網(wǎng)絡(luò)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(luò)內(nèi)終端出現(xiàn)移動(dòng)，則產(chǎn)生的新路由分組信息不定期的傳達(dá)至網(wǎng)絡(luò)內(nèi)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(jìn)行傳輸，這些信息通常被放置在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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)附加的表來存儲(chǔ)路由更新信息。
　　新路由信息的廣播信息包含目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的地址，到每個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)、接收信息的序列號(hào)，以及獨(dú)有的廣播序列號(hào)。新路由信息適用最新的序列號(hào)。如果兩次更新具有相同的序列號(hào)，則具有較小的距離矢量陣的路由具有優(yōu)先權(quán)。因?yàn)樗砺窂阶疃?或跳數(shù)最少)。在通常情況下，從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)可能存在多條路徑，在最佳路由路徑的確定過程中，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(jié)點(diǎn)收到新的路由信息。 三、反應(yīng)式硌由協(xié)議
　　
　　反應(yīng)式路由選擇協(xié)議是一種當(dāng)需要一條從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)才查找路由的路由選擇方式。節(jié)點(diǎn)并不保存整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的及時(shí)準(zhǔn)確的路由信息。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)要向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文時(shí)，源節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起路由查找過程，找到相應(yīng)的路由后，才開始發(fā)送報(bào)文。為了提高效率，節(jié)點(diǎn)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(yīng)式路由協(xié)議按需路由的特點(diǎn)可以較好地適應(yīng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)較為頻繁的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，節(jié)點(diǎn)發(fā)生移動(dòng)后，只需要更新需要發(fā)送數(shù)據(jù)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(jié)合起來，在局部范圍內(nèi)使用先驗(yàn)式路由協(xié)議，維護(hù)準(zhǔn)確的路由信息，并可以縮小路由控制消息傳播的范圍。當(dāng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，則使用反應(yīng)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(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)，RwN)設(shè)計(jì)的平鋪式路由協(xié)議。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)定義一個(gè)區(qū)域，此區(qū)域包含一些節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)的距離(也就是跳數(shù))在一個(gè)限定的范圍之內(nèi)。這個(gè)距離被成為區(qū)域半徑rzone。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)只需要知道它的路由區(qū)域內(nèi)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而且其路由信息隨著區(qū)域內(nèi)的拓?fù)涓露?。這樣，盡管網(wǎng)絡(luò)很大，但更新僅僅在局部區(qū)域進(jìn)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(jí)一級(jí)廣播下去，直到到達(dá)D，D響應(yīng)這個(gè)請(qǐng)求，表明路山為：S-H-B-D。
　　B知道路由路徑的機(jī)制成為路由累積。累積過程如下：query消息每經(jīng)過一個(gè)節(jié)點(diǎn)，則在query消息中加上該節(jié)點(diǎn)的信息。為了限定信息大小并能反應(yīng)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(jīng)過一個(gè)節(jié)點(diǎn)，跳數(shù)減l，若跳數(shù)域?yàn)?，則丟棄該消息。區(qū)域內(nèi)部采用先驗(yàn)式路由協(xié)議。
　　可以看出ZRP僅需要一些相對(duì)小數(shù)量的query信息，這些信息只是發(fā)給周邊節(jié)點(diǎn)的信息。由于區(qū)域半徑相對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)來說總是比較小，得知區(qū)域內(nèi)部拓?fù)涞拈_銷只是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)很少的一部分。而且，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)儲(chǔ)蓄的信息也大為減小。另外，ZRP協(xié)議比全網(wǎng)的反應(yīng)式路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制要快得
　　
　　五、結(jié)論
　　
　　無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)作為一種可以解決“最后一公里”網(wǎng)絡(luò)接入瓶頸問題的方案，和智能天線、AdHoc網(wǎng)絡(luò)以及超寬帶技術(shù)一起，正在成為無線通信領(lǐng)域中壓倒一切的技術(shù)。因此在無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)尚桌統(tǒng)一的前提下，對(duì)無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)進(jìn)行分析，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。