主动路由协议

对于目前所提出的众多MANET路由协议，协议性能的分析和比较重点集中在 DSDv,AODV,DSR和ToRA等几种路由算法上，通过报文发送率、路由开销、路径最优性、吞吐量、平均端到端时延等参数对路由协议的性能进行评估和比较。根据国内外公布的 MANET路由协议仿真实验结果进行研究，可以得出这样的结论 ：各种不同情况的比较下，如不同的数据源数目，不同的节点移动性，不同的自组织网络模型以及不同的网络负载等等， 反应式路由协议的性能明显优于先应式路由协议。根据路由建立时机与数据发送的关系可以把路由协议分为三种 ：主动路由协议、按需路由协议、混合路由协议。主动路由协议是事先给定所有路径， 并不考虑实际中是否用到具体的路径。这种方式路由的建立、 维护的开销都很大，资源要求高，不适合于传感器网络。按需路由协议是在传输中需要路径时才按需要去计算合适的路径， 这种方式会产生较大的时延。混合路由协议是综合利用前面两者的一个结合体。 由于无线传感器网络中节点能量有限，且只具有局部网络信息，一般都是采用按需路由或者是混合路由协议。根据路由过程中节点的通信模式可以把路由协议分为以下几种 ：单跳协议，传感器节点把采集到的数据直接发送给基站节点。 在这种方式中，如果网络规模较大，则节点的能量会很快耗尽；随着节点数目的增加，网络中的数据冲突也会变得更加严重。洪泛式路由协议，这是一种简单的协议，它不需要维护网络的拓扑结构和路由计算。 接收到数据的节点以广播的方式转发给所有邻居节点。虽然这种方式的路由协议实现很直接， 但它有严重的缺陷，会带来网络内信息的内爆和交叠。而且对资源有很大的浪费。平面型路由协议，网络中所有节点都是地位平等的。 当一个节点需要发送数据给基站节点时，可以通过其它节点作为中间节点进行转发， 最后到达基站节点。也是一种多跳的传输数据的方式。一般来说，在基站节点附近的节点参于数据中转的概率要大于远离基站节点的传感器节点。因此，基站节点附件的传感器节点由于频繁的参于数据转发而会很快的耗尽能源。 平面型路由协议实现简单，健壮性好：但建立、维护路由的开销较大，数据传输的跳数多，一般适用于规模小的网络。层次型路由协议，基本思想是把传感器节点分成不同的簇， 簇内部的通信工作由簇头节点完成，同时簇头节点完成数据聚集和融合；少通信的数据量，最后簇头节点还要负责把处理后的数据发送给基站节点。这种路由协议可以很好的满足传感器网络的可扩展性， 适用于大规模的网络。但是簇的维护开销较大，簇头节点是路由的关键节点，其产生和维护都很重要，一旦失效会对路由造成较大影响。从不同的应用性能角度出发可以将路由协议分为多种类型。基于查询的路由协议，在环境监测、战场评估等应用中，需要不断查询传感器节点采集的数据；基站节点发出查询任务，传感器节点向查询节点报告采集的数据。在这类应用中，通信流量主要是查询节点和传感器节点之间的命令和数据传输， 同时传感器节点的采集信息在传输路径上通常要进行数据融合，通过减少通信流量来节省能量。地理位置路由协议，它利用节点的地理位置信息， 把查询或者数据转发给特定的区域， 从而缩小了数据的传输范围。在一些目标跟踪类应用中，往往需要唤醒距离跟踪目标最近的传感器节点，以得到关于目标的更精确位置等相关信息。 在这类应用中，通常需要知道目的节点的精确或者大致的地理位置。把节点的位置信息作为路由选择的依据， 可以对节点进行域的化分，从而缩小数据发送的范围，还可以帮助完成节点的路由功能， 并降低系统专门维护路由协议的能耗。以数据为中心的路由协议，它提出对传感器网络中的数据用特定的描述方式命名， 数据传输

基于查询并依赖于数据命名，所有数据通信限制在局部范围内。某些应用中要求查询或者上报具有某种类型的数据，这是以数据为中心的路由协议的应用基础。这种方式的通信不再依赖于特定的节点，而是依赖于网络中的数据， 从而减少了网络中大量传输的冗余数据， 降低了不必要的开销，以延长网络的生命周期，但需要分类机制对数据类型进行命名。路由选择中如果考虑服务质量（Qos）的约束，就成为可靠的路由协议。这类路由在建立时，需要考虑时延、丢包率等服务质量因素。在某些无线传感器网络的应用中对通信的实时性、可靠性等有较高的要求，而无线传感器网络中，通信信道质量比较低、 拓扑变化频繁，要实现服务质量保证，就需要设计相应的可靠的路由协议。另外根据传输过程中采用的路径的数目分为单路径路由协议和多路径路由协议， 单路径节约存储空间，通信量少。多路经容错性强，健壮性好，可以从多条路径中选择一条最优路由。根据是否进行了数据聚合处理可以分为数据聚合的路由协议和非数据聚合的路由协议。 数据聚合能减少通信量，但需要时间同步技术的支持，并且使传输的时延增加。由于无线传感器网络的路由协议按采用的通信模式、 路由结构、路由建立方式、状态维护以及应用场景等不同的方法可以有很多的分类。在实际的研究中一般考虑多方面因素，组合多种策略实现路由机制，所以同一路由协议有时可以分属不同分类。些结论：表驱动路由协议中重点介绍了DBF协议，另外DSDVWRP也进行了简单的描叙。而按需路由协议重点介绍了AODV与LAR另外还介绍了DSRTORAABR、SSR等重要的路由协议。最后对各种路由协议进行了总结和对比。通过对DSDV,DSR,AODV和TORA4种典型路由协议在节点移动性可变， 通信源可变的情况下分组交付率、数据分组的平均端到端时延、标准化路由载荷和平均端到端吞吐量 4种性能指标的对比分析可知：表驱动路由协议端到端延时好于按需驱动路由协议端到端延时， 而按需驱动路由协议在数据报文交付率和路由负荷方面好于表驱动路由协议。 由此得出：没有一种路由协议是“万能”的，各协议在不同的网络环境中各有优势：在对网络延时要求较高的环境下，一般选用表驱动路由协议， DSDV依赖于路由消息的周期性广播，在高速移动的AdHoc网络中不宜使用；而那些对数据包完整性和带宽要求严格的场合应尽量选择按需驱动路由协议[9]，AODV和DSR两个协议表现突出，两者均使用按需路由寻找，但是路由算法机制不同：对于面向应用的如时延和吞吐量之类的性能指标，在比较宽松 （即节点较少或移动性较弱）的环境中，DSR协议优于AODV协议；但是在较苛刻的环境中则 AODV优于DSR协议，并且随着环境变得越来越苛刻 （即载荷变得越重，移动性变得越强），AODV协议相对于DSR协议的性能优势越来越明显。从仿真实验可以看出出相应的优点和缺点DSR）但分组投递率4总结曲于各协议的实现机制不同，因此三种协议在不同的性能参数方面表现:表驱动路由协议（DSDV）的平均时延要小于按需路由协议从仿真实验可以看出出相应的优点和缺点DSR）但分组投递率销和能量消耗等性能不如按需路由另外，在节点移动速度增加节点停留时间减小的情况下，三种路由协议的性能都有着不同程度的下降综合来讲，AODV协议具有较强地适应能力，适用于网络拓扑变化频繁的环境 ；DSR适用于节点较少网络变化较小且对时延要求不高的环境 ；DSDV协议更适用于网络节点移动速度较小的环境由于移动AdHoc网络应用环境的多样性，导致了不同的环境下追求不同的性能所以应结合具体的网络应用环境寻找最优的路由协议 另外，通过大量仿真实验分析各协议的缺点和不足，可以便于今后学习以及研究其可行的改进策略在AdHoc无线网络中AODV采用按需路由的方式，源节点可以快速获得网络的路由情况，能快速响应活跃路径上的网络变化情况。从图 1和图2中可以看出，一旦路由建立后，数据包的延时要明显优于DSDVo如果将图1和图2在同一张图中进行描述，可以发现对于两个场景中的AODV协议，在3.5-5.9S时的延时是完全一样的，即AODV的稳定程度要优于DSDV。场景1和场景2的区别仅在于增加了一个移动节点，从图 2和表2中可以看出，这时AODV的优势体现得更为明显，丢包率从6.61%下降到0，而DSDV从0上升到6.61%。实际上，随着移动节点数目和节点移动速度的增加， AODV的优势将更加明显。四结论本文对AdHoc网络中的三种典型路由协议（AODV,DSR,DSDV的运行机制进行了介绍， 并通过NS2软件建立了AdHoc仿真环境，对这三种路由协议进行了仿真并结合仿真结果进行性能分析。从仿真结果可以得出，在节点高速移动，网络拓扑变化频繁时， AODV和DSR的包投递率要比DSDV好。但是在节点慢速移动时， DSDV的端到端平均时延要好于 AODV和DSR这说明不同的路由协议有各自的优缺点，适用于不同的应用场合，在实际工作中应当根据不同的环境选择合适的路由协议。，得出结论LAR路由协议适合于节点以中低速移动 ，节点平均密度稍高但网络负载不宜过高，报文发送率中高的环境。LAR路由协议的前提条件是假设源节点知道目的节点的位置信息以及该节点当前的移动速度 ，虽然GPS技术的发展使得此前提条件的保证成为可能，但是实际应用时的困难还是在一定程度上限制了 LAR的应用，另外节点位置信息的不精确性会影响协议性能甚至使路由出错 [6],因此，如何获取地理位置信息以及提高位置信息的精确性是将来的研究方向。在 LAR中，路由查询之后，数据分组的发送是基于源路由信息 ，位置信息并没有被用来为其转发的决定而服务 ，所以位置信息没有被充分利用，将来可以考虑在这一点对LAR协议加以改进。结束语结合各种分簇算法的优点本文提出的CBRP算法采用了一种新的分簇方法 在选取簇首节点时引入了节点的带权 ID综合考虑了节点的邻居节点数量 位置和有效带宽CBRP算法簇首的选取更加合理提高了MANET的可扩展性簇内节点通信时采用表驱动的路由算法不同簇的节点通信时使用按需路由算法 降低了路由计算时间改善了大规模MANET的路由计算效率利用在路由请求信息中使用数字签名的方法 确保由CBRP路由安全性仿真结果表明与当前广泛使用的 SEAD协议比较CBRP算法适合于结点较多节点的移动速度受到一定限制的MANET但在节点移动速度相当快的 MANET中CBRP算法导致网络开销迅速增大严重影响网络性能如何改进算法使之适应节点移动速度极快的 值得进一步研究本文介绍了无线自组网络协议的分类，重点介绍了 AODV、DSR和GPSR最后对三个路由协议通过仿真进行了定量分析。 GPSR协议采用贪心法和周边遍历法，与采用 Flooding算法的协议相比降低了网络负载，提高了投递成功率，缩短了路由跳数，所以它更适用于较大规模的网络。若选取更多的性能参数进行比较， 贝忙们之间的比较将更加细致， 对协议的研究也将更加深入。⑶优缺点AODv协议综合了DSDV和DSR两者的特点。与基于表驱动的DSDV相比，AODv采用了按需路由的方式，不需要维护整个网络的拓扑信息，仅在没有相应路由发送数据报文时，才发起路由请求过程。与 DSR相比，AODv通过让路由上的中间节点建立和维护路由表，使得数据报文头部不再需要携带完整路由信息，减少了数据报文头部路由信息对信道的占用，节约了信道资源，提高了系统性能。因此，AoDv协议对带宽利用率高，能够及时相应网络拓扑变化，同时能避免路由环路现象。AODv协议也存在一些问题。由于在路由请求报文的广播过程中建立了反向路由，用于回送路由应答报文，所以要求传输信道是双向的，因此 AODv仅适用于双向传输信道的网络；路由表仅维护一条到指定目的节点的路由；AODv的前向路由生存时间定时器会删除生存时长内未使用的路由，即使相应路由是有效地。本章小结介绍了几种经典的AdHoc路由协议虽然应用比较广，被研究得比较多，但是仍然存在许多不足。其中，DsDv协议的应用非常受限，无法支持网络规模较大，拓扑变化相对频繁的网络环境。AoDv和DSR可以很好地支持中小规模的网络，而对于大规模的网络需要通过分簇算法来扩展。在相同的网络环境下，OLSR和DSDV协议的时延整体上小于其他三种协议；DSDV协议的分组传送率低于其他协议；路由开销方面，TORA协议的最大，DSR最小，OLSR的开销也较小,DSDV的开销基