无线网络技术5.2.ppt

1、,无线网络技术,计算机与通信工程学院 李娜娜 ,第5章 ZigBee 网络层原理,5.1 网络层 5.2 设备类型 5.3 网络拓扑结构 5.4 地址及其分配方法 5.5 路由协议 5.6 功能描述网络和设备维护 5.7 网络层常量与参数,5.5 路由协议,路由算法设计目标,路由算法设计目标,1)简单、高效、控制开销小； 2)无环路、快速收敛； 3)健壮、稳定、灵活；,设计目标1简单、高效、控制开销小,设计目标2无环路、快速收敛,设计目标3健壮、稳定、灵活,ZigBee路由协议,5.5.1 ZigBee路由方式,ZigBee网络中，路由方式有以下三种：,网络拓扑与路由方式关系,每种网络拓扑结构

2、的路由方式都不相同。 星型和树型网络拓扑结构通常采用静态路由协议，如树型网络拓扑结构采用Cluster-Tree协议。 对于网状拓扑结构，多采用动态路由协议，如ZigBee Ad-Hoc On-demand Distance Vector Routing(ZAODV),ZAODV与自组网中的经典AODV协议不完全一样，准备的说是一种简化版本的AODV junior(AODVjr)。,5.5.2 Cluster-Tree路由算法 P137,ZigBee网络的树型拓扑结构中，每一个新入网的节点，都会与一个父节点相互对应，每一个父节点可以同时有多个子节点，但是一个子节点却只能有一个父节点，按照这种方

3、式形成了一颗树，在路由的时候就按照树的父子节点来查找，这种方式称之为C luster-Tree算法。,5.5.2 Cluster-Tree算法流程,在Cluster-Tree过程中，节点不需要通过路由发现过程来进行路由，节点直接通过数据包中的目的节点地址来计算下一跳的地址。 通常的做法是将其简化为上行路由或者下行路由。,5.5.2 Cluster-Tree算法流程,1. 如果某一个FFD节点的当前地址是A，目的节点的地址是D，节点A要向目的节点D传输数据，A路由器节点的深度分别为d，则 2.否则如果节点A为RFD,要向目的节点D传输数据，则只需交由父节点处理。,5.5.2 Cluster-Tr

4、ee算法流程,1）.如果节点收到的数据是要传递给自己的(即目的节点的地址为本身地址)，那么节点就不用再转发数据，而是直接上传到上层处理，否则转2； 2）如果节点收到的数据的目的地址是邻居节点，那么可以将数据信息直接发送到邻居节点，否则转3； 3）接收到的数据包转发给子节点或者父节点。该路由器节点会依据下述表达式判断目的节点是否是其后裔节点：,5.5.2 Cluster-Tree算法流程,如果满足当前条件:ADA+ Cskip(d-1)，则说明目的节点D是节点A的子节点，那么节点A就可以直接将数据发送给D，下一跳地址A根据下式计算,否则，若不满足上述条件，则A将信息上交自己的上一级。,Clust

5、er-Tree路由,Cluster-Tree路由算法维护过程,5.5.2 Cluster-Tree算法优缺点,Cluster-Tree算法在一些方面存在着优点，比如网络结构覆盖范围大，节点不需要维护路由表，也不需要进行路由发现，减少了网络中路由和数据处理的开销，并且算法简单查找节点速度较快，可以方便采用数据融合技术减少信息冗余度。 但是同时它也存在着很多的缺点。Cluster-Tree算法这种树状结构的网络选择路径的时候是依靠父子节点关系来判断的，当节点收到了一个数据包的分组，如果节点查找目的地址发现数据包不是发送给自己的，那么就只能交给子节点或者父节点来处理了，不进行路由发现的过程。由于Cl

6、uster-Tree算法这种直接由子节点或者父节点来发送，因此节点不能够走最优的路径，相对来说，所走的路径都会比较偏长，也会给分组的传输带来很高的延时，而且深度较低的节点对于数据量的转发会比较大，给节点带来很大的负载，很容易造成节点的流量分配不均衡。,5.5.3 动态路由协议AODVjr,5.5.3 动态路由协议AODVjr,ZigBee路由器，包括协调器均可以执行AODVjr路由算法，进行路由发现和选择、路由维护等操作。,动态路由协议AODVjr,1. AODV 2.AODVjr与AODV比较 3.AODVjr算法流程,5.5.3 动态路由协议AODVjr,什么是AODV?,1.AODV,无

7、线自组网按需平面距离矢量路由协议（Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing，AODV），是应用于无线网状网络（也称作无线mesh网络）中进行路由选择的路由协议，它能够实现单播和多播路由。 该协议是Ad Hoc网络中按需生成路由方式的典型协议。,AODV与因特网路由协议本质区别,它是反应式路由协议，也就是说当向目的节点发送包时，源节点才在网络中发起路由查找过程，找到相应的路由。 相反的，因特网路由协议是先验式的，也就是说它们查找路由是不依赖于路径上的节点是否要发包，而是每个节点维护一张包含到达其它节点的路由信息的路由表。节点间通过周期性的交换路由信息来不断

8、更新自身的路由表，以便能够及时的反映网络拓扑结构和变化，以维护一致的、及时的、准确的路由信息。,AODV算法RREQ的处理和反向路径建立,AODV算法RREP的处理和正向（前向）路径建立,AODV算法是基于最少跳数的最短路径算法,AODV算法路由维护过程,2.AODVjr与AODV比较,AODVjr与AODV比较1路由选择的标准不同,路由成本为路由发现和维护管理提供了一种度量的方法，是用来比较路由好坏的基础。 AODV算法采用基于最少跳数的最短路径算法作为路由选择的依据（传统的距离矢量路由机制），而ZigBee网络则采用基于信道质量的最优路径算法作为路由选择的依据。,ZigBee路由成本 P1

9、33,ZigBee路由成本,Round(A):对A进行四舍五入取整数。,AODVjr与AODV比较2路由发现过程简化,路由发现过程的简化,AODVjr路径发现的基本思想： 通过传播路由包请求包RREQ(Route Request Message)与路由回复包RREP(Route Reply Message)实现路由查找和记录。 当RREQ和RREP包在两点之间传递时，这两点之间的损耗最小的路径会被记录下来并保存在路由表中。 节点收到数据包后查询路由表，如果有到目的节点的最小损耗路由，则按照该路由传送数据，如没有则启动AODVjr查找路由，发送RREQ包查找路由。若收到了目的节点的RREP包，则

10、证明有最优路由存在，则可以按照此路由传数据包。,AODVjr与AODV比较3路由维护过程简化,AODVjr相对于AODV，采用了终端对终端机制，目标节点需要定时发送给源节点KEEP-ALIVE包（以维护路由表），如果在数据传输过程中发生链路中断，那么源节点将不能接收到从目的节点发来的信息。当节点离开路径一段时间后，源节点将侦听到路径链路中断，如果还需要路由的话，将进行路由修复（具有网络自愈功能）。 相比较于AODV算法而言，AODVjr 则不需要HELLO、RERR包的发送，大大节省了控制开销。,AODVjr与AODV路由维护比较,AODVjr与AODV路由维护比较,路由表 P134,AODV

11、jr与AODV比较4路由表的简化,路由表的简化,AODVjr与AODV比较5路由环路的避免,AODVjr中则不使用节点序列号，仅规定目的节点回复RREP，并且采用了终端对终端机制，目标节点需要定时发送给源节点KEEP-ALIVE包（以维护路由表），这样同样能避免路由环路，同时可以进一步减少开销。,什么是路由环路？,在维护路由表信息的时候，如果在拓扑发生改变后，网络收敛缓慢产生了不协调或者矛盾的路由选择条目，就会发生路由环路的问题，这种条件下，路由器对无法到达的网络路由不予理睬，导致用户的数据包不停在网络上循环发送，最终造成网络资源的严重浪费。为此，解决路由环路的问题的方法就出现了。,3.AODVjr算法流程,5.5.4 ZBR路由算法,ZBR算法设计思想,5.6 功能描述网络和设备维护 P125,例如： 建立一个新网