路由協(xié)議精選(九篇)
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第1篇：路由協(xié)議范文
一、動態(tài)路由協(xié)議OSPF
在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，路由器是一個轉(zhuǎn)運(yùn)站，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的目的是網(wǎng)絡(luò)通過路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)是基于路由表。路由協(xié)議路由表，路由協(xié)議，作為一種重要的TCP / IP協(xié)議的，路由過程實(shí)現(xiàn)好壞將直接影響到整個網(wǎng)絡(luò)的效率。簡單網(wǎng)絡(luò)可以通過靜態(tài)路由協(xié)議之間的網(wǎng)絡(luò)路由，如果您正在使用一個靜態(tài)路由協(xié)議，路由表將會非常大，靜態(tài)路由不會考慮網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的現(xiàn)狀，并不能自動適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓吐酚尚?。所以，在現(xiàn)代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，通常使用動態(tài)路由協(xié)議自動計算最佳路徑。OSPF動態(tài)路由協(xié)議，使用SPF演算法，用于選擇最佳路徑?；趲捀斓氖諗克俣龋С肿冮L子網(wǎng)掩碼VLSM，路由強(qiáng)大的測量大型網(wǎng)絡(luò)（255），大多數(shù)人支持OSPF路由器的數(shù)量，現(xiàn)在已經(jīng)成為最廣泛使用的動態(tài)路由協(xié)議的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。
二、動態(tài)路由協(xié)議分類
（1）根據(jù)角色路由協(xié)議的范圍可分為：內(nèi)部和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議運(yùn)行是在一個自治系統(tǒng)中，外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議是自治系統(tǒng)之間的輪換。OSPF是一個最常用的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。根據(jù)算法和路由協(xié)議可以分為鏈路狀態(tài)和距離向量協(xié)議，距離矢量協(xié)議包括RIP和邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議。鏈路狀態(tài)協(xié)議與OSPF是基本相同的，主要區(qū)別在上述兩個算法和計算發(fā)現(xiàn)路由的方法。
（2）根據(jù)目的地址的路由協(xié)議類型可分為：單播和多播協(xié)議。單播協(xié)議包括RIP、OSPF和東部，包括PIM SM -多播協(xié)議，PIM - DM，等等。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，應(yīng)增加路由器運(yùn)行OSPF協(xié)議的數(shù)量，并將導(dǎo)致LSDB（鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫）占用大量的存儲空間，增加SPF（最短路徑優(yōu)先）算法操作的復(fù)雜性，增加CPU的負(fù)擔(dān)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增加拓?fù)渥兓母怕室矊⒃黾?，每一個變化可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)路由器計算“動蕩”，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)往往會導(dǎo)致所傳播的網(wǎng)絡(luò)會有很多OSPF協(xié)議信息，減少網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率。為了解決這個問題，OSPF協(xié)議將自治系統(tǒng)分為不同的區(qū)域（區(qū)域）。邏輯路由器的區(qū)域被劃分為不同的群體。每個區(qū)域獨(dú)立于SPF路由算法的基礎(chǔ)上運(yùn)行，這意味著每個地區(qū)都有自己的LSDB和拓?fù)涞囊徊糠帧τ诿總€區(qū)域，區(qū)域外的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫遣豢梢姷?。同樣，每一個區(qū)域的路由器也不了解該地區(qū)以外的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。OSPF LSA無線電阻礙該地區(qū)邊界，大大減少了OSPF路由信息流動，提高了OSPF運(yùn)行效率。路由器接口基于區(qū)域，而不是劃分基于路由器，路由器可以屬于一個區(qū)域，也可以屬于多個領(lǐng)域。屬于多個區(qū)域稱為區(qū)域邊界路由器，OSPF路由器應(yīng)注意邊界路由器特征，可以呈現(xiàn)主體與部分之間的關(guān)系，也可以是一個邏輯連接。
三、OSPF協(xié)議的路由算法
OSPF CO pen最短路徑優(yōu)先，使用開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議，選擇最佳路徑最短路徑算法（SPF），也被稱為Dijkstra算法。SPF演算法是基于OSPF路由協(xié)議的，SPF算法將每個路由器作為根（ROOT），計算每個目的地的距離路由器，每個路由器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的計算方法是根據(jù)一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，結(jié)構(gòu)類似于一個樹，SPF演算法得到最短路徑樹。OSPF路由協(xié)議，根據(jù)樹干的最短路徑長度，即每個目的地路由器的OSPF路由器距離，稱為OSPF成本，根據(jù)最短路徑通過最小化的成本價值判斷每個路由器基于成本的總和值鏈接。每個路由器使用SPF演算法來計算最短路徑樹的根，樹便給了自治系統(tǒng)路由，路由器從表中每個節(jié)點(diǎn)基于最短路徑，最短路徑樹結(jié)構(gòu)是不同的每個路由器的路由表。
四、OSPF協(xié)議網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃
1、網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的路由器的數(shù)量小于10，你可以選擇配置靜態(tài)路由或運(yùn)行RIP路由協(xié)議。隨著路由器的數(shù)量的增加，用戶網(wǎng)絡(luò)的變化對于路由收斂和網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率有更高的要求，比如你應(yīng)該選擇使用OSPF協(xié)議。
2、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如果網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是樹型（大多數(shù)這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是一個網(wǎng)絡(luò)路由器只有一個出口），可以考慮使用默認(rèn)路由加靜態(tài)路由。如果網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和任意兩個路由器的需求相通，應(yīng)該使用OSPF動態(tài)路由協(xié)議。
3、對路由器自身的要求。運(yùn)行OSPF協(xié)議對于CPU處理能力和內(nèi)存有一定要求，低性能不推薦使用OSPF協(xié)議的路由器。為了使網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)劃基于OSPF協(xié)議應(yīng)考慮各種因素，找出IP資源、信道帶寬、網(wǎng)絡(luò)流量，如根據(jù)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境形成的思維和方法配置和應(yīng)用程序需求，避免造成不必要的混亂，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)調(diào)整將時消除隱患。通過在實(shí)踐中不斷學(xué)習(xí)，系統(tǒng)、全面地掌握網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)備、工作原理和動態(tài)路由協(xié)議。通過OSPF網(wǎng)絡(luò)設(shè)計思想，提高網(wǎng)絡(luò)管理水平，確保網(wǎng)絡(luò)的安全、可靠、開放。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]王達(dá).Cisco/H3C交換機(jī)配置與管理完全手冊（第2版）[M].北京：中國水利水電出版社，2012
[2]公凌.路由和動態(tài)路由協(xié)議介紹及配置分析[fJl.機(jī)電信息，2013（9）：85一86
第2篇：路由協(xié)議范文
關(guān)鍵詞：路由協(xié)議；分類；原理；應(yīng)用
1 什么是路由協(xié)議
路由協(xié)議（routing protocol）就是用來計算、維護(hù)路由信息的協(xié)議。路由協(xié)議常用一定的算法，以產(chǎn)生路由；并用一定的方法確定路由的有效性，來維護(hù)路由。那么何謂路由呢？路由是指網(wǎng)絡(luò)信息從信源到信宿的路徑。路由器提供了將異種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)將一個數(shù)據(jù)包從一個網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到另一個網(wǎng)絡(luò)。路由指導(dǎo)IP數(shù)據(jù)包發(fā)送的路徑信息。在互聯(lián)網(wǎng)中路由選擇使用路由器，路由器只是根據(jù)所收到的數(shù)據(jù)報頭的目的地址選擇一個合適的路徑，將數(shù)據(jù)包傳送到下一個路由器，整個路徑的最后一個路由器負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)報送交目的主機(jī)。
2 路由分類
2.1 直連路由
直連路由是由鏈路層協(xié)議發(fā)現(xiàn)的。直連路由無須配置，在接口存在IP地址時，由路由進(jìn)程自動生成，并以直連路由出現(xiàn)在路由表中。它的特點(diǎn)是開銷小，配置簡單，無需人工維護(hù)，但只能發(fā)現(xiàn)本接口所屬網(wǎng)段的路由。
2.2 靜態(tài)路由
由網(wǎng)管員手動配置而生成的路由稱為靜態(tài)路由。靜態(tài)路由的缺點(diǎn)是無法自動根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓兓?，?dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或鏈路的狀態(tài)發(fā)生變化時，網(wǎng)絡(luò)管理員需要手工去修改路由表中相關(guān)的靜態(tài)路由信息。出于安全方面可以考慮在小型網(wǎng)絡(luò)采用此路由。靜態(tài)路由無開銷，配置簡單，適合簡單的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。靜態(tài)路由的好處在于可以減少路由器之間的數(shù)據(jù)傳輸量，這對于帶寬緊張、線路冗余度低的網(wǎng)絡(luò)比較適合。使用靜態(tài)路由的另外一個優(yōu)點(diǎn)在于路由的保密性好，在默認(rèn)情況下是私有的，即它不會傳遞給其他的路由器。
2.3 動態(tài)路由
動態(tài)路由協(xié)議自動發(fā)現(xiàn)和維護(hù)的路由稱為動態(tài)路由。動態(tài)路由的優(yōu)點(diǎn)是無需人工配置具體的路由表項(xiàng)，而由協(xié)議自動發(fā)現(xiàn)和計算。這樣當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜時，使用動態(tài)路由可以減少管理員的配置工作，且減少配置的錯誤。另外動態(tài)路由協(xié)議支持路由備份，如果原有路由鏈路故障導(dǎo)致路由表項(xiàng)失效，協(xié)議可以自動計算和使用另外的路徑，無需人工維護(hù)。但是路由器更新路由表信息使用廣播報文的方式，會占用一部分鏈路開銷。因此動態(tài)路由更新不能太頻繁。其次，在使用動態(tài)路由時，需要路由器之間頻繁的交換各自的路由表，而通過對路由表的分析可以揭示網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)地址等信息。進(jìn)而造成網(wǎng)絡(luò)安全問題。
3 靜態(tài)路由應(yīng)用
根據(jù)如上配置我們應(yīng)當(dāng)注意兩個點(diǎn)。第一：如RTA、RTD當(dāng)目的地址和子網(wǎng)掩碼都為0的時候，配置的是缺省靜態(tài)路由，當(dāng)路由查找失敗，根據(jù)缺省路由進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。RTB、RTC配置的為靜態(tài)路由。
第二:配置靜態(tài)路由時，要注意進(jìn)行雙向配置，避免出現(xiàn)單程路由。因?yàn)镮nternet很多業(yè)務(wù)都是雙向傳輸?shù)?，如HTTP。
4 動態(tài)路由協(xié)議
4.1 路由協(xié)議分類
根據(jù)作用的范圍，路由協(xié)議可分為：
內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Interrior Gateway Protocol,簡稱IGP）：在一個自治系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行，常見的IGP協(xié)議包括RIP、OSPF和IS-IS。
外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Exterior Gateway Protocol,簡稱EGP）：運(yùn)行于不同自治系統(tǒng)之間，BGP是目前最常用的EGP。
根據(jù)使用的算法，路由協(xié)議可分為：
距離矢量協(xié)議（Distance-Vector）：包括RIP和BGP。其中，BGP也被稱為路徑矢量協(xié)議（Path-Vector）。
鏈路狀態(tài)協(xié)議（Link-State）：包括OSPF和IS-IS。
4.2 路由協(xié)議工作原理
各種動態(tài)路由協(xié)議所共同的目的是計算與維護(hù)路由。通常，各種動態(tài)路由協(xié)議的工作過程大致相同，都包含以下幾個階段。
鄰居發(fā)現(xiàn)
交換路由信息
計算路由
維護(hù)路由
5 路由協(xié)議性能參數(shù)
5.1 可伸縮性
可伸縮性是確定IP路由協(xié)議選擇的最基本問題之一，即路由協(xié)議將如何有效地支持大型網(wǎng)絡(luò)或可能增長的網(wǎng)絡(luò)。路由協(xié)議的可伸縮性是由以下因素確定的，如它如何有效地處理路由更新以及它如何才能迅速地應(yīng)對大型網(wǎng)絡(luò)上的更改作出反應(yīng)。
5.2 路由更新
IP路由協(xié)議的可伸縮性總是部分由處理路由更新的效率確定。距離矢量路由協(xié)議通過向網(wǎng)絡(luò)中所有其他路由器定期廣播它們的路由表來交換路由信息可以通過制定一些更新策略來提高距離矢量路由協(xié)議的更新速度，影響策略制定的因素有以下幾個：
1）增量更新比定期交換更好；
2）多路廣播比廣播更好；
3）跳數(shù)越小越好。
5.3 路由協(xié)議的穩(wěn)定性
路由協(xié)議的穩(wěn)定性可在網(wǎng)絡(luò)傳輸期間（如鏈接中斷或其他形式的布局更替）進(jìn)行測試。路由協(xié)議對布局更替作出反應(yīng)，并通過網(wǎng)絡(luò)傳播有關(guān)更替的信息。在路由協(xié)議分發(fā)信息期間，路由器將排除不一致的信息。（即有一些路由器將知道更新而有一些將不知道）。這種不一致可能導(dǎo)致特定類型的路由問題，稱為路由回路。
距離矢量路由協(xié)議對路由回路具有潛在的敏感性，因?yàn)樗鼈儾痪S護(hù)除路由表以外的有關(guān)網(wǎng)絡(luò)布局的任何附加信息。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議維護(hù)網(wǎng)絡(luò)上所有子網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫，并知道何種路由器附加到了子網(wǎng)上，因此，它不大可能在布局改變后立即按照錯誤信息動作。
距離矢量路由協(xié)議合并了下列功能以幫助避免路由回路：
1）定義最大量度
2）分割范圍
3）路由中毒
4）停止運(yùn)行計時器
5.4 收斂速度
網(wǎng)絡(luò)收斂的定義是從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖兊矫總€路由器確認(rèn)該改變所消耗的時間。如果網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變，如丟失或增加子網(wǎng)，在從第一個路由器開始更新路由信息起到全部路由器都更新了路由信息止，需要一定的時間。在依賴多種因素（路由協(xié)議本身的操作特性是最重要的因素）的網(wǎng)絡(luò)上，收斂速度的變化很明顯。收斂速度通常與路由器的錯誤檢測機(jī)制、路由更新機(jī)制、路由運(yùn)算法則以及傳輸介質(zhì)有關(guān)。
5.5 路由量度
如果運(yùn)行特定IP路由協(xié)議的路由器收到多個可到達(dá)目的站網(wǎng)絡(luò)的公布路徑，它將選擇具有最佳量度的路徑并將之放入路由表中。如果多條路徑有最佳量度，則每個這種費(fèi)用最低的路徑放入路由表中，并且執(zhí)行等量費(fèi)用負(fù)擔(dān)平衡。不同的路由協(xié)議使用不同的量度，即每個路由協(xié)議都可以按自己的方式?jīng)Q定到達(dá)目的站的最佳路徑。
5.6 VLSM的支持
對于網(wǎng)絡(luò)來說，若需要擁有除了足夠的IP地址空間之外的條件，則可能需要使用VLSM。VLSM可有效地使用IP地址和子網(wǎng)空間。五類路由協(xié)議（如OSPF、RIP2版、EIGRP、IS-IS和BGP）支持VLSM，因?yàn)樗鼈儼ㄑ诖a和更新。而無類協(xié)議（如RIP1版和IGRP）不能支持VLSM。
6 常見路由協(xié)議比較
目前常見路由協(xié)議包括RIP-1/2、IGRP、OSPF、IS-IS、BGP等五種，現(xiàn)對其協(xié)議特點(diǎn)進(jìn)行簡單的比較。
RIP協(xié)議是最早的路由協(xié)議，基于距離矢量算法，屬于內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議；RIP采用廣播（RIP-1）或組播（RIP-2）方式在鄰居之間傳送協(xié)議報文，傳輸層采用UDP（User Datagram Protocol）報文封裝。RIP協(xié)議以到達(dá)目的地址所經(jīng)過的路由器個數(shù)（跳數(shù)）為衡量路由好壞的度量值，最大跳數(shù)為15； RIP-2支持明文認(rèn)證和MD5密文認(rèn)證，并支持可變長子網(wǎng)掩碼。RIP協(xié)議適用于基于IP的中小型網(wǎng)絡(luò)。
IGRP是從RIP基礎(chǔ)之上發(fā)展而來的。它比較RIP而言，主要有以下幾點(diǎn)改進(jìn)：
1）IGRP路由的跳數(shù)不再受16跳的限制，同時在路由更新上引入新的特性，使得IGRP協(xié)議適用于更大的網(wǎng)絡(luò)；
2）引入了觸發(fā)更新、路由保持、水平分割和毒性路由等機(jī)制，使得IGRP對網(wǎng)絡(luò)變化有著較快的響應(yīng)速度，并且在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變后仍然能夠保持穩(wěn)定；
3）在Metric值的范圍和計算上有了很大的改進(jìn)，使得路由的選擇更加準(zhǔn)確，同時使路由的選擇可以適應(yīng)不同的服務(wù)類型。
OSPF是目前應(yīng)用最廣泛的IGP協(xié)議。是為大中型網(wǎng)絡(luò)提供分層次、可劃分區(qū)域的路由協(xié)議。算法復(fù)雜，但能夠保證無域內(nèi)環(huán)路。OSPF采用IP來進(jìn)行承載，所有的協(xié)議報文都由IP封裝后進(jìn)行傳輸，端口號89.由于IP是盡力而為的，不可靠、無連接的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。為了保證協(xié)議報文的傳輸?shù)目煽啃?，OSPF采用確認(rèn)機(jī)制。OSPF還支持驗(yàn)證，使網(wǎng)絡(luò)安全性得到保證。
IS-IS是一種鏈路狀態(tài)型的路由協(xié)議，采用的是SPF算法，支持路由分組管理與劃分區(qū)域，同樣可應(yīng)用在大中型網(wǎng)絡(luò)中，可擴(kuò)展性好。IS-IS的運(yùn)行直接基于鏈路層，其所有的協(xié)議報文通過鏈路層協(xié)議來承載。所以IS-IS也可以運(yùn)行在無IP的網(wǎng)絡(luò)中，如OSI網(wǎng)絡(luò)。IS-IS同樣設(shè)計了確認(rèn)機(jī)制和報文驗(yàn)證來保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性、安全性。
BGP協(xié)議是唯一的EGP協(xié)議。目前最新的版本是BGP-4。BGP采用TCP來保證協(xié)議傳輸?shù)目煽啃?，TCP端口是179.TCP，本身有三次握手機(jī)制，運(yùn)行BGP的路由器首先建立可靠的TCP連接，然后通過TCP連接來交換BGP協(xié)議報文。鑒于此，BGP協(xié)議不需要自己設(shè)計可靠的傳輸機(jī)制，降低了協(xié)議報文的復(fù)雜度和開銷。同樣，BGP的安全性也有TCP來保證。
參考文獻(xiàn):
第3篇：路由協(xié)議范文
關(guān)鍵詞:Ad Hoc;無線自組網(wǎng);多徑路由
中圖分類號:TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2009)20-0000-00
無線自組網(wǎng)(Ad Hoc)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)能夠動態(tài)的加入和退出網(wǎng)絡(luò),其組網(wǎng)靈活性強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)整體魯棒性高和系統(tǒng)成本低等優(yōu)點(diǎn)使得Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具有不可替代的作用和廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景[1]。
Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)自身的特殊性決定了路由協(xié)議的特殊性和重要性,動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求路由必須建立及時迅速,有限的無線網(wǎng)絡(luò)資源要求路由協(xié)議必須具有較小的開銷和能耗。傳統(tǒng)的路由技術(shù)已無法適應(yīng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),必須設(shè)計新的適合Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的路由協(xié)議。
目前,國內(nèi)外許多相關(guān)的大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)都開始了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)特別是Ad Hoc路由技術(shù)的研究。上個世紀(jì)九十年代中后期,各研究機(jī)構(gòu)向MANET工作組提交了許多路由選擇協(xié)議[2],如卡耐基馬龍大學(xué)提交的動態(tài)源路由DSR[3],C-K。Toh提交的ABR[4]等。這些路由協(xié)議各自基于不同的出發(fā)點(diǎn)和度量,通過按需機(jī)制解決了動態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)帶來的問題。從路由路徑上分,目前的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)按通信模型分可分為單徑路由和多徑路由兩大類,下面分別予以介紹。
1 單徑路由
傳統(tǒng)的分類方法將Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的路由分成“表驅(qū)動”和“按需驅(qū)動”兩大類,表驅(qū)動路由中,網(wǎng)絡(luò)中的任一節(jié)點(diǎn)都維護(hù)一個到其它所有節(jié)點(diǎn)的路由表。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時,節(jié)點(diǎn)間及時更新該信息以維護(hù)路由表的正確性。按需驅(qū)動路由中,僅當(dāng)源節(jié)點(diǎn)有路由需求時才啟動路由發(fā)現(xiàn),針對特定的目的節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中找到合適的路徑。在該路徑的使用中,網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)節(jié)點(diǎn)會通過消息的交互來維護(hù)有效的路由并刪除失效的路由多徑路由是指在同一對源/目通信節(jié)點(diǎn)之間建立多條不相交的路徑同時進(jìn)行分組投遞,源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)對之間的多條路徑能夠補(bǔ)償移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)特性和不可預(yù)測性,從而改善通信雙方的通信服務(wù)質(zhì)量[5]。
這種傳統(tǒng)分類方法過于模糊,還可以根據(jù)Ad Hoc的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將路由協(xié)議分為平面路由協(xié)議和分級路由協(xié)議。平面路由協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中沒有等級的劃分,所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都具有同樣的功能與優(yōu)先級,它們以相同的動作收發(fā)路由控制信息。而分級路由協(xié)議在處理路由信息時需要區(qū)分級別不同的節(jié)點(diǎn)以減少控制報文的數(shù)量。分級路由協(xié)議又分為兩種,一種稱為鄰居選擇,該協(xié)議中的節(jié)點(diǎn)根據(jù)其鄰居節(jié)點(diǎn)動態(tài)選擇路由;另一類稱為分區(qū)選擇,即根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭澐謪^(qū)間進(jìn)行管理。
根據(jù)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息可將路由協(xié)議分為基于拓?fù)浜突谀康墓?jié)點(diǎn)的路由協(xié)議?；谕?fù)涞穆酚蓞f(xié)議需要在節(jié)點(diǎn)保存大量拓?fù)湫畔?這與鏈路狀態(tài)協(xié)議的原則是一致的?；谀康墓?jié)點(diǎn)的路由協(xié)議在節(jié)點(diǎn)不需要保存大量拓?fù)湫畔?只需要保存所需的最近節(jié)點(diǎn)的拓?fù)湫畔?這類協(xié)議中最著名的是距離矢量路由協(xié)議,該協(xié)議需要維護(hù)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的距離矢量。
此外,根據(jù)路由建立方式可以分為先應(yīng)式路由協(xié)議和被動式路由協(xié)議。先應(yīng)式路由協(xié)議以表驅(qū)動路由協(xié)議為代表,每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為目的節(jié)點(diǎn)保存路由信息,所有的節(jié)點(diǎn)周期性地交換路由信息。被動式路由協(xié)議的過程可分為路徑發(fā)現(xiàn)和路由保持,路徑發(fā)現(xiàn)只有在源節(jié)點(diǎn)有需求時才會啟動,路由保持則是在拓?fù)湫畔l(fā)生變化時尋找丟失的路由信息并重新啟動路徑發(fā)現(xiàn)。
2 多徑路由
多路徑傳輸(Multiple Path Transport:MPT)是指采用多條不相交的路徑來投遞應(yīng)用分組,以增加連接的帶寬和可靠性的機(jī)制。移動Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中,由于缺乏基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化等,其對QoS的支持較弱。但是其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和用戶的移動增加了網(wǎng)絡(luò)的靈活性、用戶的多樣性和網(wǎng)絡(luò)的容量,這些都對在其中實(shí)施MPT提供了有利的因素。
多路徑路由模型為任意一對節(jié)點(diǎn)同時提供多條可用路徑,并允許節(jié)點(diǎn)主機(jī)(或應(yīng)用程序)選擇如何使用這些路徑。多路徑路由算法為節(jié)點(diǎn)間提供多條路徑,并確保發(fā)往其中一條路徑的數(shù)據(jù)經(jīng)由該路徑到達(dá)目的地。為在節(jié)點(diǎn)間計算路徑,必須根據(jù)路徑的用途規(guī)定路徑的特性。如為了得到最大的端到端吞吐量,必須規(guī)定路徑的特性是:在任意節(jié)點(diǎn)對之間的多條路徑的聚合吞吐量最大。而為了得到最小的端到端時延,就必須規(guī)定路徑的特性是:任何時刻,任意節(jié)點(diǎn)對之間都存在至少一條具有最小時延的路徑。路徑規(guī)格規(guī)定了特定路徑集合的特征,路徑計算算法實(shí)際計算出符合路徑規(guī)格所規(guī)定的特征的路徑集。
路徑類型規(guī)定了節(jié)點(diǎn)對間的多條路徑之間的關(guān)系。有兩種路徑類型:多服務(wù)的多路徑和多選擇的多路徑。多服務(wù)的多路徑是具有不同特征的多條路徑。例如,網(wǎng)絡(luò)可以同時提供高帶寬路徑和低時延路徑,這使得應(yīng)用程序可以選擇最符合其通訊要求的路徑。多選擇的多路徑為同一服務(wù)提供多條路徑。例如,網(wǎng)絡(luò)可能為高帶寬服務(wù)提供四條路徑,即每個節(jié)點(diǎn)都有到任意目的節(jié)點(diǎn)的四條高帶寬路徑。但一般說來多服務(wù)的多路徑選擇算法一般較為復(fù)雜,不易實(shí)現(xiàn),而多選擇的多路徑選擇算法相對容易,故目前一般多采用多選擇的多路徑路由。
3 多徑路由的使用模式
對多路徑的使用模式,主要有兩種:在同一時刻對于每個源節(jié)點(diǎn)-目的節(jié)點(diǎn)對只能在某條路徑上傳輸數(shù)據(jù),當(dāng)這條路徑中斷時,可以用多條路徑中的其它路徑(備份路徑)來傳輸,該模式稱之為“備份多路徑”;另一類是對每個源節(jié)點(diǎn)-目的節(jié)點(diǎn)對能夠同時使用兩條或兩條以上的路徑來傳輸數(shù)據(jù),該模式稱之為“并行多路徑”。
4 多徑路由的優(yōu)勢
1) 容錯 多路徑傳輸可以避免傳統(tǒng)的單路徑路由中路由錯誤后的重新路由過程。
如圖1所示,源節(jié)點(diǎn)S與目的節(jié)點(diǎn)D間有三條路徑,如果S同時沿著三條路徑向D發(fā)送同樣的數(shù)據(jù)包,那么只要三條路徑中有一條路徑正常工作,數(shù)據(jù)包就能到達(dá)D。圖中節(jié)點(diǎn)D由于移動,原先的兩條路徑S-A-D和S-B-D都相繼失效,只剩下S-C-D,但此時S和D仍能夠正常地通信,需要注意的是這期間并沒有重新路由的過程。但如果采用傳統(tǒng)的單路徑路由,原先有可能選中最短路徑-S-B-D,但當(dāng)D移動,B-D之間的鏈路出現(xiàn)錯誤后,就需要重新路由找到路徑S-C-D,而后再進(jìn)行傳輸。這期間就有重新路由的過程,即S和D之間就有一段時間不能正常通信。當(dāng)然像這種在所有路徑上發(fā)送同樣數(shù)據(jù)包的冗余數(shù)據(jù)的做法,并不是最好或唯一的利用多路徑的方法,這里只是利用它來說明多路徑路由是如何在鏈路出現(xiàn)錯誤的時候提供錯誤容忍服務(wù)的。
2) 高帶寬 無線網(wǎng)絡(luò)中的帶寬比有線網(wǎng)絡(luò)要低很多,為一個連接建立的單獨(dú)的一條路徑可能不能提供滿足需求的帶寬。然而如果使用多條路徑同時傳送數(shù)據(jù)(當(dāng)然不是像上述的不同路徑上傳送相同的數(shù)據(jù)),就能夠取得滿足要求的帶寬。同時,因?yàn)橛懈嗟膸捒梢垣@得,就可以取得更小的端到端的延時。
5 多徑路由協(xié)議
好的路由協(xié)議可以進(jìn)一步增強(qiáng)多路徑的性能,多路徑集合的選擇要根據(jù)諸如路徑特征、鏈路層上的相互影響等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。從錯誤容忍的角度來看,更多“健壯”的路徑應(yīng)當(dāng)被選擇以減小路徑出錯的幾率。目前常見的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的多徑路由協(xié)議有SMR協(xié)議[6]和AOMDV協(xié)議[7]。
6 結(jié)束語
根據(jù)本文的分析介紹,可以看出,多徑路由技術(shù)由于具有容錯性好,帶寬高等優(yōu)勢,非常適合在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用,將使未來移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由的主要方式,但目前,對移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)多徑路由技術(shù)的研究仍然處于初級階段,還有許多諸如路由發(fā)現(xiàn)、路由選擇策略等問題需要進(jìn)一步深入研究。
參考文獻(xiàn):
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第4篇：路由協(xié)議范文
關(guān)鍵詞：aodv；能量感知；優(yōu)化
中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 (2012) 16-0048-01
一、Aodv簡介
Aodv協(xié)議是用于特定的網(wǎng)絡(luò)的可移動節(jié)點(diǎn)。它可以在不同的動態(tài)對等網(wǎng)絡(luò)確定一條到目的地的路由，并具有接入速度快，計算量小，內(nèi)存占用率小，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載輕等特點(diǎn)。它使用的目標(biāo)序列，保證在任何時候也不會出現(xiàn)回環(huán)（即使在路由控制信息的異常也不會），避免了傳統(tǒng)距離數(shù)組協(xié)議中出現(xiàn)的許多問題（如無限計數(shù)問題）。
AODV算法目的是對多個移動節(jié)點(diǎn)在建立和維持一個動態(tài)的，自啟動，多跳路由網(wǎng)絡(luò)。路由協(xié)議使移動節(jié)點(diǎn)可以迅速獲得新的目的地節(jié)點(diǎn)和路由，節(jié)點(diǎn)只需要保持其信號到達(dá)的路由節(jié)點(diǎn)，更遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)路由信息不需要維護(hù)。網(wǎng)絡(luò)連接斷開和變化將使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使移動節(jié)點(diǎn)可以及時應(yīng)對這一變化。AODV的操作是無自環(huán)的，由于解決了“無窮計數(shù)”問題，該算法在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓缭诰W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)移動快速收斂。當(dāng)一個路由協(xié)議連接斷開，AODV會通知所有受影響的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)會讓用到這個連接的路由失效。
AODV路由協(xié)議的一個顯著特點(diǎn)是它在每個路由表?xiàng)l目使用目標(biāo)序列。目的節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建目的序列，并包含在路由信息里面，接著路由信息將被發(fā)送到所有請求節(jié)點(diǎn)那里。通過使用目的序列號，我們確保了網(wǎng)絡(luò)中沒有回路，且易于編程。如果目的節(jié)點(diǎn)提供了兩條路由，那么節(jié)點(diǎn)收到請求后將選擇最大的序列號（由于目的地節(jié)點(diǎn)每收到一個新的請求，會將目的序列加1，從而使該路由保持最新最好）。
二、ns2網(wǎng)絡(luò)模擬器簡介
ns2是美國國防支持的項(xiàng)目（虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺）開發(fā)通用多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)仿真網(wǎng)絡(luò)軟件，開發(fā)的源代碼使研究人員更好地開展各類算法的實(shí)現(xiàn)及其改進(jìn)。
ns是一個離散事件模擬器，事件提供了系統(tǒng)的狀態(tài)變化，狀態(tài)修改只有在事件發(fā)生時進(jìn)行，典型的事件有分組到達(dá)、時鐘超時等。同時，ns也有豐富的組件庫，對一些通用的實(shí)體對象建模，對象易于組合，擴(kuò)展。ns組件庫支持網(wǎng)絡(luò)類型：廣域網(wǎng)，局域網(wǎng)，移動通信網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，支持的路由方式有：分層路由，動態(tài)路由，組播路由等，ns也提供跟蹤和監(jiān)控對象，可以把網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的狀態(tài)和事件記錄分析，如：tracefile，生成.tr文件記錄仿真過程數(shù)據(jù)，從中可以提取有用信息。
三、AODV分析以及改進(jìn)
AODV路由協(xié)議有很多缺陷，其中有一個缺陷是每個源節(jié)點(diǎn)只保持一特定目的節(jié)點(diǎn)的路由選擇，如果此路由失敗，將重新啟動路由發(fā)現(xiàn)過程，這樣會增加網(wǎng)絡(luò)成本。在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁，這一缺陷顯得更加突出。
其次，在特設(shè)網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)通常利用電池來提供能源，電池的能量在沒有相關(guān)技術(shù)進(jìn)行提高前，能量是一個尤其重要的問題。AODV路由協(xié)議是一個比較成熟的路由協(xié)議，容易實(shí)現(xiàn)，但它沒有過多考慮節(jié)點(diǎn)的能量狀態(tài)。如果某一個節(jié)點(diǎn)是在一些交叉連接處，節(jié)點(diǎn)也可能參與了多個路徑，節(jié)點(diǎn)能耗的急劇增加，過早耗盡自己的能量，由此導(dǎo)致路由鏈路發(fā)生故障，不得不重新建立路由，從而導(dǎo)致了較大的網(wǎng)絡(luò)開銷，而且還會增加能量的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中的能量消耗。
針對上述缺點(diǎn)，也提出了一些改進(jìn)的方法，如增加多徑，距離的限制提高路由可靠性和提高路由維護(hù)機(jī)制。本文提出了一種改進(jìn)的方法，是讓源節(jié)點(diǎn)除了維護(hù)主要路由到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，并維持一個目的地節(jié)點(diǎn)和備用路由。所以當(dāng)主路由失敗，將使用備份路由數(shù)據(jù)，不需要重新啟動路由發(fā)現(xiàn)過程。在每個源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個備份路由，并通過修改局部修復(fù)機(jī)制，這樣，當(dāng)主路由失敗，將通過備用路由的數(shù)據(jù)包發(fā)送。只有當(dāng)備用路線還沒有開始，重新啟動路由發(fā)現(xiàn)過程。
五、結(jié)束語
因?yàn)槁酚蓞f(xié)議的路由表維護(hù)，只有指定的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)路由，路由失敗時，需要重新啟動路由發(fā)現(xiàn)過程。為了解決這一問題，本文提出了一種改進(jìn)的方法，在每個源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)保持一個指定的備用路由，當(dāng)主路由失敗，我們通過備用路由的發(fā)送數(shù)據(jù)包。只有當(dāng)備用路線不能啟動，我們才重新啟動路由發(fā)現(xiàn)過程。在NS2平臺的仿真結(jié)果表明，改進(jìn)后的方法可以提高數(shù)據(jù)包的投遞率，降低端到端的延遲，減少路由發(fā)現(xiàn)和路由開銷。
參考文獻(xiàn)：
第5篇：路由協(xié)議范文
關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行周期；能量消耗；最佳簇首個數(shù)；簇首選擇
中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）06-1216-04
Improved Routing Protocol Based on LEACH in WSN
HUANG Zhen-jin1， LI Dao-quan1， ZHANG Jun-hu2
（1.College of Computer Engineering， Qingdao Technological University， Qingdao 266033， China； 2.College of Information Science and Technology， Qingdao University of Science and Technology， Qingdao 266044， China）
Abstract： In view of the uneven distribution of cluster head nodes of LEACH agreement energy imbalance problems， in order to improve the utilization efficiency of node energy， prolong the network operation cycle， improve the survival rate in the process of nodes in the network operation， puts forward a improved algorithm LEACH - NE. The distance of the node to the base station considered in the algorithm and the residual energy of nodes factors determine the optimal number of cluster head， then by considering the energy factor to optimize selection of cluster head. The simulation results proved that the improved routing protocol in network operation cycle is better than that of LEACH agreement and the network energy consumption.
Key words： wireless sensor network （WSN）； routing protocols； the network operation cycle； energy consumption； optimal number of cluster head； selection of cluster head
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）路由協(xié)議按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以分成平面路由協(xié)議和分層路由協(xié)議。LEACH（low energy adaptive clustering hierarchy）協(xié)議即低功耗自適應(yīng)聚類路由協(xié)議屬于WSN路由協(xié)議的一個分層路由協(xié)議。LEACH協(xié)議隨機(jī)選擇節(jié)點(diǎn)做簇首，平均分擔(dān)整個網(wǎng)絡(luò)中的中繼通信業(yè)務(wù)，最終達(dá)到平均消耗傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能量的目的，這種協(xié)議方式延長了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。但是，由于它僅考慮了選擇簇首時的公平性，沒有把簇首的剩余能量等因素考慮在內(nèi)，因此容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗不均，對整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的存活周期造成影響。
針對LEACH協(xié)議存在的不足，該文對LEACH協(xié)議進(jìn)行了改進(jìn)，該LEACH-NE算法在簇首選擇時，綜合考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量和節(jié)點(diǎn)到基站的不同通信距離等因素，簇首與基站之間采用多跳方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。改進(jìn)后的算法不僅提高了節(jié)點(diǎn)能量利用率，降低了節(jié)點(diǎn)能耗，而且延長了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行周期，均衡了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。
1 LEACH協(xié)議概述
1.1 工作過程
LEACH協(xié)議操作分為簇形成階段和數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定工作階段，兩個階段時間總和稱為一輪（簡記“r”，round）。在簇建立階段，隨機(jī)選擇簇首，相鄰節(jié)點(diǎn)動態(tài)地加入簇首成簇；簇形成后進(jìn)入穩(wěn)定數(shù)據(jù)通信工作階段，簇首開始采集簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，將融合后的數(shù)據(jù)傳輸給基站。
簇首選舉過程如下：節(jié)點(diǎn)隨機(jī)產(chǎn)生一個0～1的隨機(jī)數(shù)，如果該值小于閾值[T（n）]，則自己是簇首的消息。[T（n）]表示為
[T（n）=p1-p[rmod（1p）]，n∈G0 ，n?G]
其中：[p]是簇首數(shù)占總節(jié)點(diǎn)數(shù)的百分比，[r]是當(dāng)前選舉的輪數(shù)， [G]是在最近[1p]輪中未當(dāng)選過簇首的節(jié)點(diǎn)集合，[n]為節(jié)點(diǎn)標(biāo)號。
節(jié)點(diǎn)當(dāng)選為簇首后給其他節(jié)點(diǎn)自己是新簇首的廣播消息，然后非簇首節(jié)點(diǎn)通過自己與簇首之間的距離來選擇加入哪個簇，當(dāng)簇首接收到所有加入信息后，就產(chǎn)生一個TDMA定時消息，為本簇節(jié)點(diǎn)安排工作時間。
1.2 LEACH協(xié)議存在的問題
1） LEACH中隨機(jī)選擇簇首，未考慮每個節(jié)點(diǎn)的剩余能量，這樣就存在剩余能量少的節(jié)點(diǎn)有可能當(dāng)選簇首，從而加速了該節(jié)點(diǎn)的死亡，進(jìn)而降低了網(wǎng)絡(luò)壽命。
2） LEACH協(xié)議假設(shè)所有的節(jié)點(diǎn)都能直接與基站通信，離基站距離較遠(yuǎn)的簇首可能能量消耗會比較快，這樣會造成網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和生存時間受到影響。因此，LEACH協(xié)議在監(jiān)測范圍大的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中不適用。
2 LEACH-NE協(xié)議
新協(xié)議綜合考慮每個節(jié)點(diǎn)的剩余能量和整個網(wǎng)絡(luò)的平均能量，篩選出剩余能量大于或等于網(wǎng)絡(luò)平均能量的節(jié)點(diǎn)，再調(diào)整簇首閥值[T（n）]，提高能量較大者成為簇首的可能性，從而保證各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗負(fù)載的均衡。
2.1 最佳簇首個數(shù)的確定
2.1.1 最優(yōu)簇首數(shù)計算公式
假定整個網(wǎng)絡(luò)能耗模型在距離[d]上發(fā)送一條長度[k]比特消息的能耗為[ET]，[Ee]為單位比特數(shù)據(jù)在發(fā)射或接收電路中的能耗，[εfs]和[εmp]分別為自由空間模型和多路徑衰減模型下的功率放大損耗，則[ET]的計算公式為：
[ET（k，d）=Ebr（k）+Etx-amp（k，d）=kEe+kεfsd2，d
其中：當(dāng)傳輸距離[d
多徑衰落模型是指在信號的傳播過程中，由于受地面條件的影響，會產(chǎn)生多個經(jīng)過不同路徑到達(dá)接收基站的信號，通過矢量疊加后合成時變信號的傳播模型，多徑衰落模型的使用適用于簇成員節(jié)點(diǎn)和簇首節(jié)點(diǎn)之間的距離較遠(yuǎn)的情形；自由空間傳播模型是無線電波傳播模型的一種，適用于簇成員節(jié)點(diǎn)和簇首節(jié)點(diǎn)之間距離較近的情形。
假設(shè)整個傳感器網(wǎng)絡(luò)分布在一個[Y×Y]的區(qū)域中，一共有[X]個傳感器節(jié)點(diǎn)，將這些節(jié)點(diǎn)分為[M]個簇，每個分簇有[N]個節(jié)點(diǎn)，設(shè)群首給成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號能耗記為[ES]、群首接收信號能耗記為[ER]、群首將信號發(fā)送給基站能耗記為[EF]。每個簇首節(jié)點(diǎn)所消耗的能量[ECH]為：
[ECH=ES+EF+ER]
在簇首向基站發(fā)送數(shù)據(jù)時，引入了多跳數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，讓距離基站較近的簇首適當(dāng)承擔(dān)一些數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，變直接長距離通信為間接多次短距離通信，簇首采用自由空間模型給中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，設(shè)距離為[d1]，由公式（1）可知：
[Es=kEe+kεfsd12]
設(shè)[EDA]為融合一個比特數(shù)所消耗的能量，[k]為每條數(shù)據(jù)消息的比特數(shù)，則在數(shù)據(jù)完全累計的情況下簇首累積所消耗的能量EF計算公式為： [EF=kEDAN]
簇首節(jié)點(diǎn)接收成員節(jié)點(diǎn)消耗能量ER計算公式為： [ER=kEe（N-1）]
因此，任一簇首節(jié)點(diǎn)所消耗的能量[ECH]計算公式為：
[ECH=kEe+kεfsd12+kEDAN+kEe（N-1）=k（Ee+EDA）N+kεfsd12] （2）
簇首節(jié)點(diǎn)到成員節(jié)點(diǎn)的距離不遠(yuǎn)，設(shè)距離為[d2]，得到每個非簇首節(jié)點(diǎn)的耗能[Enon-CH]計算公式為：
[Enon-CH=kEe+kεfsd22] （3）
在傳感器場離基站較遠(yuǎn)的情況下，假定簇首節(jié)點(diǎn)需要經(jīng)過[t]跳才能到達(dá)基站，在多跳的過程中進(jìn)行數(shù)據(jù)累積。每跳距離相等用表示[z]，即有[d2=z]。則Sink節(jié)點(diǎn)把消息傳遞到基站的能耗[EH]計算公式為：
[EH=（t-1）[kEe+（kEe+kεfsz2）+2kEDA]] （4）
假設(shè)一個簇的面積：[S=πR2=NY2X?R=NXπY]，設(shè)[ρ（x，y）]為每個簇中傳感器節(jié)點(diǎn)的分布密度，其值為：[ρ（x，y）=XNY2]，令[x=rcosθ，y=rsinθ]，得到非簇首節(jié)點(diǎn)到達(dá)其簇首節(jié)點(diǎn)的平方距離期望值為：
[E[d22]=S（x2+y2）ρ（x，y）dxdy=r2ρ（r，θ）rdrdθ=ρ02πr=0r=NXπYr3drdθ=NY22πX]
代入（3）式得： [Enon-CH=kEe+kεfsY2N2πX]
其中[N=XM]，那么最差情況下整個網(wǎng)絡(luò)的能量消耗為：
[Etotol=[（N-1）Enon-CH+EH+ECH]M] （5）
將（2），（3），（4）代入（5）式并由[dEtotaldM=0]確定最佳簇首的個數(shù)：
[kopt=Y2X/2π×εfs/2（t-1）（Ee+EDA）-Ee+tεfsz2]
2.2 LEACH-NE簇首選擇策略的改進(jìn)
在選擇簇首之前，記[Ec]為每個節(jié)點(diǎn)的剩余能量，基站在每一輪初始階段，計算全網(wǎng)的平均能量記為[Eav]，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中[m]個存活節(jié)點(diǎn)的剩余能量之和記為[Eto]，則有[Eav=Etom]，有資格成為簇首的節(jié)點(diǎn)需滿足： [Ec≥Eav]
為了在此基礎(chǔ)上選取能量較大者成為簇首，需將節(jié)點(diǎn)剩余能量和網(wǎng)絡(luò)的總能量等因素考慮進(jìn)來，調(diào)整閥值[T（n）]可修改為：
[T（n）=p1-prmod（1p）×maxkoptm×EcEav，1，n∈G0 ， n?G]
改進(jìn)后的簇首選擇策略，使得剩余能量較大的節(jié)點(diǎn)具有更大的簇首閥值，增加其成為簇首的可能性，使得選擇簇首的策略更加合理，更好的保證了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的均衡，因此，簇首個數(shù)選取在最佳范圍內(nèi)可以提高網(wǎng)路性能。
3 仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
本文基于Matlab軟件平臺對LEACH、LEACH-NE算法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，參數(shù)設(shè)置如下：100個傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布于一個100 m[×]100 m的傳感器場中，Sink節(jié)點(diǎn)位于（50，50），每個節(jié)點(diǎn)的初始能量為0.5 J，。仿真實(shí)驗(yàn)中的通信能量參數(shù)設(shè)置如下：[Ee=50×10-9J/bit，εfs=10×10-12J，εmp=0.0013×10-12J，EDA=5×10-9J，]開始100個節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在傳感器場中如圖1所示。
圖1 100個傳感器節(jié)點(diǎn)的分布
從仿真結(jié)果圖2可以看出，LEACH協(xié)議出現(xiàn)第一個死亡節(jié)點(diǎn)時網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的周期數(shù)低于LEACH-NE協(xié)議出現(xiàn)第一個死亡節(jié)點(diǎn)時網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的周期數(shù)，LEACH-NE整個網(wǎng)絡(luò)生存時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于LEACH的網(wǎng)絡(luò)生存時間。從而可知，新算法不但提高了存活節(jié)點(diǎn)利用率，而且延長了網(wǎng)絡(luò)的生存周期。
圖2 種協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)存活節(jié)點(diǎn)數(shù)歲運(yùn)行時間變化關(guān)系
圖3顯示的是改進(jìn)后的LEACH-NE剩余能量節(jié)點(diǎn)圖和原有的LEACH協(xié)議剩余能量節(jié)點(diǎn)圖隨運(yùn)行周期變化的曲線。由圖可知，在整個網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行相同周期數(shù)的情形下，LEACH-NE協(xié)議的剩余能量節(jié)點(diǎn)數(shù)目比LEACH剩余能量節(jié)點(diǎn)數(shù)目要多，提高了節(jié)點(diǎn)能量利用率。
圖3 剩余能量節(jié)點(diǎn)隨運(yùn)行周期變化關(guān)系
4 結(jié)束語
本文針對LEACH協(xié)議在選擇簇首策略方面存在的不足，提出一種新的改進(jìn)路由協(xié)議LEACH-NE.該協(xié)議在確定最優(yōu)簇首數(shù)的基礎(chǔ)上綜合考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量和整個網(wǎng)絡(luò)的平均能量等因素來達(dá)到優(yōu)化簇首選擇的目的，同時在數(shù)據(jù)通信的過程中，并且采用了單跳和多跳相結(jié)合的簇首間通信機(jī)制。仿真結(jié)果證明，新改進(jìn)后的LEACH-NE協(xié)議在節(jié)點(diǎn)能量利用率，網(wǎng)絡(luò)生存周期方面相對于LEACH協(xié)議都有較大的提高。
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第6篇：路由協(xié)議范文
關(guān)鍵詞：精確打擊；效能評估；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.24.232
0 引言
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由多個具有感知功能、通信功能和計算功能的傳感器節(jié)點(diǎn)組成， 一般應(yīng)用于軍事領(lǐng)域或民用領(lǐng)域[1]。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是近些年興起的新技術(shù)，其中的路由協(xié)議研究是很多科研人員研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。精確打擊效能評估系統(tǒng)一般應(yīng)用于導(dǎo)彈、炮彈頻發(fā)的戰(zhàn)爭環(huán)境，該系統(tǒng)依賴于無線傳感網(wǎng)絡(luò)，對網(wǎng)絡(luò)的健壯性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性要求很高。針對這種特殊的需求，設(shè)計一種具有較強(qiáng)健壯性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議就成為精確打擊效能評估系統(tǒng)要解決的主要問題之一。
1 精確打擊效能評估系統(tǒng)
精確打擊效能評估系統(tǒng)主要是對炮彈的彈著點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時報靶，每次射擊后，會自動計算各類炮彈彈著點(diǎn)的誤差，根據(jù)整體的命中情況進(jìn)行實(shí)時精準(zhǔn)的定位評估，其目的是為了給下一次的射擊演練提供誤差的修正參數(shù)。
精確打擊效能評估系統(tǒng)依賴于無線傳感網(wǎng)絡(luò)，其檢測手段使用的是聲學(xué)定位法，爆炸聲波在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，把獲取的數(shù)據(jù)和信息傳輸至指揮控制中心，除去周圍環(huán)境，如噪音、溫度、風(fēng)速等因素對爆炸聲波的影響，計算機(jī)通過數(shù)學(xué)模型，計算出準(zhǔn)確的彈著點(diǎn)的位置和命中率，為整個訓(xùn)練過程進(jìn)行科學(xué)、有效、準(zhǔn)確地評估[2]。
2 泛洪路由協(xié)議
洪泛路由算法是一種最可靠、最簡單的路由算法，其基本思想是每個節(jié)點(diǎn)都是用廣播向它的所有鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)收到的數(shù)據(jù)分組，如此反復(fù)操作，直到數(shù)據(jù)傳送到目的節(jié)點(diǎn)或者達(dá)到數(shù)據(jù)報的最大跳數(shù)[3-4]。如圖1所示。洪泛算法的缺點(diǎn)是盲目的選擇路徑，這樣大規(guī)模的擴(kuò)散會占用過多的網(wǎng)絡(luò)資源，產(chǎn)生許多重復(fù)的分組，浪費(fèi)了路由器的資源，降低效率。所以，在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，泛洪算法都是需要進(jìn)行限制的，一個數(shù)據(jù)包被復(fù)制了N次以后，將被丟棄[5-6]。
3 雙重路徑可靠路由協(xié)議設(shè)計
通過對泛洪協(xié)議的研究，對該協(xié)議的不足之處進(jìn)行了改進(jìn)，通過自身的ID和節(jié)點(diǎn)的級別值來限制數(shù)據(jù)報文在網(wǎng)絡(luò)中的廣播范圍，在保證算法健壯性的基礎(chǔ)上，降低了路由的能量消耗，避免了泛洪算法中路由選擇的盲目性，這種協(xié)議稱為雙重路徑可靠路由協(xié)議（Double Parents and Reliable Protocol，簡稱DPRP），雙重路徑可靠路由協(xié)議由以下三個部分組成：
（1） 請求組建路由。Sink節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)以泛洪的方式發(fā)出路由組建請求，確定每個節(jié)點(diǎn)的級別值和父節(jié)點(diǎn)。各個節(jié)點(diǎn)根據(jù)級別值來確定自己的第一父節(jié)點(diǎn)和第二父節(jié)點(diǎn)，并且給第一父節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個確認(rèn)，轉(zhuǎn)發(fā)路由組建請求。（2）數(shù)據(jù)傳輸。通過組建完成的路由路徑，Source節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳送給Sink節(jié)點(diǎn)。（3）糾錯重傳。如果某個節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)了錯誤，可以根據(jù)錯誤性質(zhì)，讓其子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新傳輸，或者選擇第二父節(jié)點(diǎn)，改變向上傳輸?shù)穆窂健?/p>
3.1 算法分析
雙重路徑可靠路由協(xié)議的算法易于實(shí)現(xiàn)，節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行報文轉(zhuǎn)發(fā)時，其候選節(jié)點(diǎn)只有第一父節(jié)點(diǎn)和第二父節(jié)點(diǎn)，所以縮小了數(shù)據(jù)報文在網(wǎng)絡(luò)中的廣播范圍，從而降低了網(wǎng)絡(luò)的能量消耗。數(shù)據(jù)包以最快的速度朝著最接近Sink節(jié)點(diǎn)的方向轉(zhuǎn)發(fā)，從而保證了Sink節(jié)點(diǎn)最終可以收到數(shù)據(jù)報文，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時性。
3.2 仿真
采用NS2作為仿真平臺，從能量損耗、時間延遲兩個方面將仿真結(jié)果與定向擴(kuò)散協(xié)議和泛洪協(xié)議進(jìn)行了比較。如圖2所示。
通過對以上仿真結(jié)果分析可以看出，在節(jié)點(diǎn)初始能量，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模相同的條件下，得出如下結(jié)論：（1）采取DPRP協(xié)議時在同等網(wǎng)絡(luò)條件下基本可以達(dá)到泛洪協(xié)議的可靠性。（2） 定向擴(kuò)散協(xié)議的能耗比DPRP協(xié)議高，其響應(yīng)速度比DPRP協(xié)議慢。
本協(xié)議在具備較高健壯性的同時也兼俱節(jié)能性，并且有效解決了泛洪協(xié)議中存在的能耗過高和廣播延遲沖突的問題。仿真結(jié)果表明本文算法適合精確打擊系統(tǒng)對傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法的要求。
4 結(jié)語
本文以對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中泛洪路由協(xié)議的研究為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)泛洪路由協(xié)議的不足，進(jìn)行了路由協(xié)議的改進(jìn)，研究了一種新泛洪路由協(xié)議DPRP，通過仿真結(jié)果證明，該協(xié)議在保證了路由的健壯性的同時，在能量消耗、報文轉(zhuǎn)發(fā)延時等方面都比泛洪協(xié)議有了很大的改進(jìn)。該協(xié)議是一種在精確打擊效能評估系統(tǒng)中可行的路由協(xié)議。
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第7篇：路由協(xié)議范文
關(guān)鍵詞：LabVIEW；OSPF；虛擬儀器；通信協(xié)議
中圖分類號：TP393.02
TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol），即傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，是由美國國防部高級研究計劃署（DARPA）開發(fā)的一個通信協(xié)議族，是Internet最基本的協(xié)議。之所以說TCP/IP是一個協(xié)議族，是因?yàn)門CP/IP包括了TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNETFTP、SMTP、ARP、TFTP等許多協(xié)議。OSPF（Open Shortest Path First，開放式最短路徑生成樹協(xié)議）是TCP/IP協(xié)議族中的IP層協(xié)議，是目前應(yīng)用最廣泛的路由協(xié)議，通過SPF（Shortest Path First，最短路徑生成樹算法）來計算到各節(jié)點(diǎn)的最短路徑。
虛擬儀器技術(shù)是計算機(jī)技術(shù)與測控技術(shù)相結(jié)合、相滲透的產(chǎn)物，虛擬儀器開發(fā)平臺的引入，幫助設(shè)計者能夠快速設(shè)計、調(diào)試和開發(fā)實(shí)際系統(tǒng)的測試版，使得工業(yè)環(huán)境下的測量、測試、計量、控制過程更靈活、更緊湊、更經(jīng)濟(jì)、更高效且功能更強(qiáng)。LabVIEW是一款劃時代的重要的圖形編程系統(tǒng)，常被應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表達(dá)等方面。本文將通過LabVIEW工具實(shí)現(xiàn)對通信協(xié)議OSPF的仿真。
1 虛擬設(shè)備LabVIEW簡介
虛擬設(shè)備（Virtual Instrument，簡稱VI）是上世紀(jì)90年代初期出現(xiàn)的一種新型儀器，是計算機(jī)技術(shù)與儀器技術(shù)深層結(jié)合而產(chǎn)生的。它將許多以前由硬件完成的信號處理工作交由計算機(jī)軟件進(jìn)行處理，這種硬件功能軟件化的思想，為測試儀器領(lǐng)域帶來了深刻的變革[1]。虛擬設(shè)備的發(fā)展經(jīng)歷了四個時代：第一代是模擬式儀器，第二代是分立元件式儀器，第三代是數(shù)字式儀器，第四代是智能儀器之后的新一代儀器。虛擬設(shè)備有三個主要特點(diǎn)：第一，不強(qiáng)調(diào)物理上的實(shí)現(xiàn)形式；第二，在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟硬件資源共享；第三，圖形化的軟件界面。其優(yōu)勢表現(xiàn)為性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時間少、無縫集成。
LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）全稱是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺，是美國國家儀器公司（NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品。自NI公司1986年正式推出LabVIEW1.0至今，經(jīng)歷了多次改版與完善，目前包括控制與仿真、高級數(shù)字信號處理、統(tǒng)計過程控制、模糊控制、PDA和PID等眾多附加軟件包，可運(yùn)行于Windows、Linux、Macintosh和Unix等多種平臺，已成為目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)繼承環(huán)境之一。
2 OSPF路由協(xié)議的仿真與實(shí)現(xiàn)
OSPF路由協(xié)議是一種鏈路狀態(tài)的協(xié)議，主要適用于同一個路由域。這個路由域內(nèi)的所有OSPF路由器都維護(hù)一個相同的數(shù)據(jù)庫，其中存放的是該路由域中相應(yīng)鏈路的狀態(tài)信息，而OSPF路由器就是根據(jù)該數(shù)據(jù)庫計算其路由表的[2]。OSPF路由協(xié)議的基礎(chǔ)是SPF算法（即Dijkstra算法），它將每一個路由器作為根，用于計算路由器到每一個目的路由器的距離，進(jìn)而會得到路由域的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，即SPF算法中的最短路徑樹。最短路徑樹的樹干長度即OSPF路由器到每一個目的地路由器的距離，即OSPF協(xié)議中的Cost。
OSPF遵循鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的統(tǒng)一算法。該算法可簡單概括為路由器在兩種狀態(tài)下的動作：第一，當(dāng)路由器初始化或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，路由器會產(chǎn)生鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據(jù)包，其中包含路由器上所有的相連鏈路，即所有端口的狀態(tài)信息。所有路由器通過刷新方法交換鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)。第二，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)重新穩(wěn)定下來，即OSPF路由協(xié)議收斂下來時，所有的路由器會根據(jù)其各自的鏈路狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫計算出各自的路由表。其中包含路由器到每一個可到達(dá)目的地的Cost以及到達(dá)該目的地所要轉(zhuǎn)發(fā)的下一跳路由[3]。
接下來，我們將通過虛擬儀器LabVIEW實(shí)現(xiàn)OSPF路由協(xié)議的仿真，該仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入部分共分為三大模塊：信息傳遞模塊（如圖1所示），路由器連接表二維數(shù)組生成模塊（如圖2所示），手動輸入起點(diǎn)、終點(diǎn)及已知路由模塊。手動輸入模塊只需在LabVIEW前面板中輸入?yún)?shù)即可，在本設(shè)計中，我們選擇四個路由器組成仿真系統(tǒng)，共設(shè)置5個參數(shù)：路由器id、路由器ip地址、路由器發(fā)送信息端口號、路由器互聯(lián)路徑權(quán)值及發(fā)送信息判定位。路由器id用于指定路由器的名稱，方便顯示；路由器ip地址用于顯示路由器的ip，確定路由器在網(wǎng)絡(luò)中的唯一位置；路由器發(fā)送端口號用于識別路由器接收與其它路由器的連接狀態(tài)的標(biāo)示；路由器互聯(lián)路徑權(quán)值用于進(jìn)行SPF算法的計算處理；發(fā)送信息判定位用于識別信息確實(shí)已接收。
至此，OSPF路由協(xié)議在LabVIEW虛擬儀器平臺的仿真已完成，要通過此系統(tǒng)計算路由器的生成，需將SPF算法引入該系統(tǒng)，最短中繼計算模塊流程圖如圖3所示。通過對四個路由器鏈接方式的計算，最終得到的路由器連接表如圖4所示，起點(diǎn)路由器為路由器一，終點(diǎn)路由器為路由器二，需經(jīng)過一次跳轉(zhuǎn)才能到達(dá)。
3 結(jié)束語
目前，通信領(lǐng)域大多采用文本式編程平臺（如VC++，VB等）進(jìn)行開發(fā)和測試，本文基于圖形化編程平臺LabVIEW對OSPF路由協(xié)議進(jìn)行仿真，是對通信領(lǐng)域開發(fā)測試方法的全新嘗試與探索。結(jié)果證明LabVIEW能夠很好地支持通信協(xié)議的仿真，且操作更為簡單明了。當(dāng)然，本設(shè)計也有很多需要完善的地方：第一，目前程序所設(shè)計的輸入數(shù)據(jù)比較多，并且路由器的每個參數(shù)都需要手動輸入，操作較為繁雜，因此OSPF路由協(xié)議的仿真只選擇了四個路由的連接情況，如果在數(shù)據(jù)輸入上能夠有所改進(jìn)，就可以加入更多路由器參與算法。第二，目前的設(shè)計在連接表的生成形式上是固定的，不可更改，如果要改善此種情況要重新設(shè)置連接表的存儲方式。第三，由于本文篇幅所限，我們只選擇了少量代表圖，作者可根據(jù)步驟自行完成仿真操作。
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第8篇：路由協(xié)議范文
何淵淘，劉燕美
（鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院，河南 鄭州 450000）
摘要：WMN（Wireless Mesh Network）即無線網(wǎng)狀物，該網(wǎng)絡(luò)在無線媒介上以多跳的方式構(gòu)成通訊系統(tǒng)。無線網(wǎng)狀網(wǎng)是無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展重心，但由于無線網(wǎng)絡(luò)本身的各種標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)現(xiàn)處于快速發(fā)展的時期，難以針對其開展有效的實(shí)踐教學(xué)活動。在本文中作者提出了基于OpenWRT和802.11標(biāo)準(zhǔn)的WMN實(shí)驗(yàn)方案，解決了該難題。同時加強(qiáng)學(xué)生對多跳網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的認(rèn)識和理解，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研素質(zhì)。
關(guān)鍵詞：WMN；OLSR；OpenWRT；實(shí)驗(yàn)設(shè)計
中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）19-4393-04
Abstract： WMN so called wireless mesh network，is a type of network construct by multi-hop structure on wireless media. WMN is the focus of wireless network， but it is difficult to conduct an experiment in class. The major reason for this is the fast development of the WMN itself and the diversity definition of the WMN protocols. To deal with the problem， the author propose a WMN experiment which base on OpenWRT and 802.11 in this paper. This solution not only enhance the comprehension concept of ‘multi hop network' and ‘wireless routing protocols '， but also develop the creative ability and scientific research quality of the students.
Key words： WMN； OLSR； OpenWRT； experiment design
伴隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，社會對無線網(wǎng)絡(luò)的需求在提升，人們迫切需要在任何時間地點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)。由此帶來了各種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，例如4G、WiFi和UWB。但受限于網(wǎng)絡(luò)部署的時間和成本的因素，在人口比較稀少或者臨時性場所以及災(zāi)難地區(qū)的組網(wǎng)一直面臨著較大的難題，WMN就是針對該問題而提出的解決方案[1]。WMN也是未來無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心和發(fā)展目標(biāo)，但WMN其自身也處于快速的發(fā)展進(jìn)程中，存在著眾多的私有和共有標(biāo)準(zhǔn)。以上這種現(xiàn)象給WMN的實(shí)驗(yàn)帶來了極大的困難，而開源WMN路由協(xié)議的發(fā)展，給WMN網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)帶來了可能。利用價格低廉的家用路由器和開源軟件，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行WMN的部署。能極大加深WMN的理解，并認(rèn)識到其優(yōu)勢和不足，開展該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)對網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)起到了重要的作用。
1 無線網(wǎng)狀網(wǎng)
無線網(wǎng)狀物是由節(jié)點(diǎn)以無線形式互聯(lián)所形成的的多跳型的通訊網(wǎng)絡(luò)，這些節(jié)點(diǎn)通常承載著無線路由協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性。無線網(wǎng)狀網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)可以是個人電 腦、筆記本以及嵌入式設(shè)備，同時節(jié)點(diǎn)的數(shù)目則不受任何限制。無線網(wǎng)狀網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)按照設(shè)備的類型，分為路由節(jié)點(diǎn)和用戶節(jié)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)通常由無線路由器組成，而用戶節(jié)點(diǎn)通常是筆記本、手機(jī)等可移動設(shè)備。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中存在節(jié)點(diǎn)的類型和用戶節(jié)點(diǎn)間是否進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，將無線網(wǎng)狀通常分為三種類型，骨干式無線網(wǎng)狀網(wǎng)、用戶型無線網(wǎng)狀網(wǎng)、混合型無線網(wǎng)狀網(wǎng)[2-5]，其結(jié)構(gòu)間圖1、圖2、圖3。
圖1 骨干型WMN
其中骨干型WMN僅由路由節(jié)點(diǎn)節(jié)構(gòu)成，用戶節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)必須由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)發(fā)；而用戶型WMN僅有用戶節(jié)點(diǎn)組成，用戶節(jié)點(diǎn)扮演了路由的角色；而混合型WMN中路由節(jié)點(diǎn)和用戶節(jié)點(diǎn)都能起到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的作用，同時網(wǎng)絡(luò)中呈現(xiàn)出層次結(jié)構(gòu)。
WMN是Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的一種特殊形態(tài)。首先WMN網(wǎng)絡(luò)引入了結(jié)構(gòu)，即存在路由節(jié)點(diǎn)和用戶節(jié)點(diǎn)兩種類型的節(jié)點(diǎn)。其次WMN的節(jié)點(diǎn)較Ad-hoc有著更低的移動性和和更可靠的供電。再次，由于不受到供電的制約，WMN的節(jié)點(diǎn)可以使用更多的頻段來提升網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，充足的電源供應(yīng)讓W(xué)MN有著更大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。最后，WMN通常使用TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這就能和其他類型的網(wǎng)絡(luò)很方便的混合組網(wǎng)，見圖3。
無線路由協(xié)議對無線網(wǎng)狀網(wǎng)起到了核心的作用，無線路由協(xié)議通過節(jié)點(diǎn)間的無線信道來交換鏈路狀態(tài)和路由表信息從而形成完整的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在整體上，根據(jù)節(jié)點(diǎn)中是否存在網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)的路由可以分為主動式路由協(xié)議和被動式路由協(xié)議，由于WMN節(jié)點(diǎn)普遍有著可靠的電源和較低的移動型，同時有著較高的網(wǎng)絡(luò)帶寬和較低的網(wǎng)絡(luò)延時，主動式路由協(xié)議占據(jù)了較大的比重。近年來幾種無線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議被提出和實(shí)現(xiàn)，例如BMX6，BATMAN-ADV，Babel和OLSR。其中BMX6，Babel和OLSR屬于三層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，而BATMAN-ADV屬于二層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。這些協(xié)議通過在節(jié)點(diǎn)之間傳遞路由表和鏈路狀態(tài)信息來生成網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洹?/p>
OSLR由于較早出現(xiàn)，因此成熟度較高，在AWMN，F(xiàn)reifunk，F(xiàn)unkFeuer等社區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)中，普遍使用其作為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。而BMX6，和Babel僅支持IPV6路由協(xié)議，對于IPv4需要通過4to6的隧道來實(shí)現(xiàn)。而OLSR是唯一同時支持ipv6和ipv4的路由協(xié)議，在實(shí)驗(yàn)的過程中可以使用ipv4地址來進(jìn)行配置，減少在教學(xué)中學(xué)生額外的實(shí)驗(yàn)負(fù)擔(dān)。
2 OLSR和OpenWRT
OLSR（ optimized link stat routing protocol）優(yōu)化鏈路狀態(tài)協(xié)議[6]，也是WMN中最為成熟的路由協(xié)議。該路由協(xié)議是一種典型的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議。在傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)中，使用最為廣泛的鏈路狀態(tài)協(xié)議為OSPF，但OSPF在無線鏈路中會產(chǎn)生大量的鏈路狀態(tài)信息并帶來過高的網(wǎng)絡(luò)開銷。而OLSR僅使用MPR（多點(diǎn)轉(zhuǎn)播）節(jié)點(diǎn)來廣播鏈路狀態(tài)信息，因此大大減少了路由協(xié)議所帶來的開銷。同時OLSR屬于第三層協(xié)議，這就使得其很容易被移植到各類操作系統(tǒng)上。OLSR的實(shí)現(xiàn)OLSRD就可以在OpenWRT系統(tǒng)上運(yùn)行。
OpenWRT是一個嵌入式的Linux發(fā)行版，該發(fā)行版面向路由器等嵌入式設(shè)備開發(fā)。由于其使用標(biāo)準(zhǔn)的Linux內(nèi)核，因此可以把各種軟件的移植到該平臺上，從而擴(kuò)展OpenWRT的功能。除此之外OpenWRT相比與其他路由器軟件的優(yōu)勢在于它有一個可寫的文件系統(tǒng)，這就使得可以臨時安裝或者刪除軟件或者改變配置文件來。利用該平臺和相應(yīng)的軟件，可以快速進(jìn)行實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，并指導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)。
3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計
實(shí)驗(yàn)的主要設(shè)備為Tp-Link 2543ND路由器，該路由器主板采用高通的AR7242，其處理器主頻為400Mhz，機(jī)身自帶8MB的Nand存儲，64M的RAM存儲。在資料中查到該設(shè)備同時支持2.4GHz和5GHz兩個頻段，但在一個時刻只有一個頻段能夠工作。芯片的資料顯示該設(shè)備支持802.11a/n和802.11b/g/n，設(shè)備外置三根8db的全向天線，為基于MIMO的高帶寬傳輸提供了可能。
由于設(shè)備自帶的操作系統(tǒng)僅支持靜態(tài)路由，在本次實(shí)驗(yàn)前需要預(yù)先安裝好OpenWRT和OLSRD。在本次實(shí)驗(yàn)中，作者選OpenWRT Attitude Adjustment和OLSRD 0.93作為實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的軟件。
在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，需要將7臺Tp-link 2543ND安裝好OpenWRT的固件，并使用OpenWRT的軟件更新功能將OLSRD和對應(yīng)的圖形化配置工具安裝安裝到路由器上。在對路由器配置前，將路由器進(jìn)行編號，從101到107，同時設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接口地址也會根據(jù)這個編號進(jìn)行配置。在WMN配置前將路由器恢復(fù)到默認(rèn)配置，并使用路由器的圖形界面配置該路由器。路由器有三個網(wǎng)絡(luò)接口，分別是wan（eth1）、br-lan（eth0）、wlan0，在本實(shí)驗(yàn)中僅使用eth0和wlan0接口。將eth0和wlan0的接口分別配置在網(wǎng)段192.168.x.1/24和10.10.0.x/24，其中字符x表示設(shè)備本身的編號。另外還要對無線模塊進(jìn)行設(shè)置，設(shè)定模塊工作在161頻段，帶寬為40MHz，并指無線網(wǎng)卡定工作在Ad-Hoc模式下，并設(shè)定其SSID為”Mesh”。設(shè)置完成后，每臺設(shè)備的接口和無線網(wǎng)絡(luò)的名稱如下表，見表1。
表1 WMN節(jié)點(diǎn)的參數(shù)設(shè)置
[節(jié)點(diǎn)編號＼&br-lan接口地址＼&wlan0接口地址＼&無線接口配置＼&101＼&192.168.101.1/24＼&10.10.0.101/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz帶寬＼&102＼&192.168.102.1/24＼&10.10.0.102/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz帶寬＼&103＼&192.168.103.1/24＼&10.10.0.103/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz帶寬＼&104＼&192.168.104.1/24＼&10.10.0.104/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz帶寬＼&105＼&192.168.105.1/24＼&10.10.0.105/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz帶寬＼&106＼&192.168.106.1/24＼&10.10.0.106/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz帶寬＼&107＼&192.168.107.1/24＼&10.10.0.107/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz帶寬＼&]
在進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)前要保證所有設(shè)備的wlan0接口處在同一個網(wǎng)絡(luò)中，測試的方法是登陸路由器，用ping命令測試其他節(jié)點(diǎn)wlan0接口對應(yīng)的ip地址，看是否能夠建立無線鏈路。如果測試不成功首先檢查該節(jié)點(diǎn)的無線設(shè)置和接口IP設(shè)置是否正確，如果還不成功則檢查設(shè)備之間的距離是否過遠(yuǎn)。由于161頻段的電磁波屬于5.8GHz的頻段，其容易被物體吸收，且本身的衍射能力較弱，因此在室內(nèi)只有較小的覆蓋范圍。 在測試通過開始進(jìn)行無線路由協(xié)約的配置，在每臺路由器上使用圖形界面啟用OLSRD進(jìn)程，并將每個節(jié)點(diǎn)的WLAN0接口加入OLSR的宣告區(qū)域，設(shè)置完成后將路由器部署在不同的房間。
本次實(shí)驗(yàn)安排在一個樓層，共有7個房間，面積有1000平方米，每個房間水平墻面使用混凝土構(gòu)建，部分室內(nèi)有金屬儲物箱。從圖4中可以看到每臺無線路由器放置的位置。
圖4 WMN節(jié)點(diǎn)在的地理位置分布
所有節(jié)點(diǎn)加電后，OLSR協(xié)議開始進(jìn)行鏈路狀態(tài)廣播和路由表的生成。網(wǎng)絡(luò)收斂后，從每個節(jié)點(diǎn)獲取無線鏈路的信噪比和平均收發(fā)速度，該數(shù)據(jù)見表2。從表中看出105節(jié)點(diǎn)與104雖然距離較近，但由于受到墻壁和室內(nèi)金屬物品的阻擋，其鏈路的信噪比較低，導(dǎo)致了較低的傳輸速度。對101節(jié)點(diǎn)來說，102節(jié)點(diǎn)僅隔一堵墻面，平均信號功率較高，且在此區(qū)域只有102和107共享40MHz的信道，平均速度較高（108Mbit/s）。而107節(jié)點(diǎn)作為整個網(wǎng)絡(luò)的樞紐，雖然與臨近的四個節(jié)點(diǎn)的信道都有較高的信噪比，由于附近有101，102，103，104這四個節(jié)點(diǎn)共享頻段，由于802.11協(xié)議族使用CSMA/CA來對信道進(jìn)行搶占，導(dǎo)致每個鏈接的平均帶寬較低（低于90M Mbit/s）。
在實(shí)驗(yàn)的最后一部分，將106節(jié)點(diǎn)接到文件服務(wù)器上，并在101節(jié)點(diǎn)上測試長時間文件下載速度。雖然從101到106的所有中間鏈路上的最低帶寬為45 Mbit/s，但兩個節(jié)點(diǎn)的平均傳輸帶寬只有4 Mbit/s，導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要原因在于節(jié)點(diǎn)間使用相同的頻道導(dǎo)致無線鏈路沖突的增加，這也是CSMA/CA和電磁波媒介的特征所導(dǎo)致的。
4 結(jié)束語
本文設(shè)計一套面向WMN網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)使用OLSR和OpenWRT來作為主要實(shí)驗(yàn)工具。在實(shí)驗(yàn)中，作者依此介紹了Ad-hoc模式無線網(wǎng)絡(luò)的配置和OLSR路由協(xié)議的配置，并以此為基礎(chǔ)搭在真是的環(huán)境中建了WMN網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)組建完成后，作者依據(jù)802.11協(xié)議的特點(diǎn)對該無線網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的帶寬和性能進(jìn)行了分析。通過該步驟的實(shí)驗(yàn)學(xué)生深刻人認(rèn)識到基于802.11的無線局域網(wǎng)物理層共享媒介的特征，并對信噪比、節(jié)點(diǎn)距離和帶寬的關(guān)系有了充分的認(rèn)識。同時通過圖形化的工具生成了基于OLSR的路由轉(zhuǎn)發(fā)路徑圖。通過該圖，學(xué)生能夠認(rèn)識到OLSR內(nèi)部所能夠構(gòu)造的鄰居表和路由表，以及OLSR路由協(xié)議選路的原理。在實(shí)驗(yàn)的最后，通過文件傳輸帶寬測試實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步深化了學(xué)生對多跳網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識，同時也能讓學(xué)生了解WMN網(wǎng)絡(luò)的若干不足之處，為學(xué)生深入研究和學(xué)習(xí)WMN網(wǎng)絡(luò)帶來和濃厚的興趣。
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第9篇：路由協(xié)議范文
關(guān)鍵詞 Ad hoc；路由協(xié)議；能量有效
中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0075-01
Ad hoc網(wǎng)絡(luò)是由一組自主的無線節(jié)點(diǎn)或終端組成的，獨(dú)立于固定的基礎(chǔ)設(shè)施、采用分布式管理的多跳網(wǎng)絡(luò)。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的靈活性使之適應(yīng)于臨時性、流動性大的場合。通常由于無線設(shè)備的無線電傳輸范圍有限，當(dāng)無線節(jié)點(diǎn)和目的端不能直接通信時，中間節(jié)點(diǎn)同時充當(dāng)終端系統(tǒng)和路由器兩種角色。
根據(jù)獲得路由信息的時機(jī)，目前學(xué)者們提出的多種Ad hoc路由協(xié)議歸納起來可以分為兩大類[1]：表驅(qū)動路由協(xié)議與按需路由協(xié)議。表驅(qū)動路由協(xié)議采用傳統(tǒng)的路由策略，如：DSDV、OLSR與TBRPF等。即使當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的部分路徑未被使用，先驗(yàn)式路由協(xié)議中每個節(jié)點(diǎn)也會維護(hù)到網(wǎng)絡(luò)中其他所有節(jié)點(diǎn)的路由表。當(dāng)拓?fù)漕l繁發(fā)生變化時，很大程度上增大開銷。由于這個缺點(diǎn)，按需路由協(xié)議（DSR，TORA，AODV等）問世了，他們只需要建立和維護(hù)當(dāng)前需要用來發(fā)送數(shù)據(jù)包的路由。通常在Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)設(shè)備都是由電池供能的，一旦設(shè)備電量耗盡，即認(rèn)為此節(jié)點(diǎn)不再有效，不僅此節(jié)點(diǎn)被排出網(wǎng)絡(luò)，而且會影響到其他有效節(jié)點(diǎn)正常工作[2]。基于此，研究能量有效的Ad hoc路由協(xié)議非常必要。
1 能量有效的路由協(xié)議分類
與傳統(tǒng)Ad hoc路由協(xié)議不同，基于能量有效的路由協(xié)議的目標(biāo)為最大化網(wǎng)絡(luò)生命周期。網(wǎng)絡(luò)生命周期即網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點(diǎn)首次耗盡電量的時間[3]。
近年來涌現(xiàn)出很多基于能量考慮的路由協(xié)議[4]，總體來說，這些路由協(xié)議策略標(biāo)準(zhǔn)的主要基于以下幾點(diǎn)：①網(wǎng)絡(luò)中傳輸信息所消耗的總能量；②每個節(jié)點(diǎn)的初始電池電量；③每個節(jié)點(diǎn)的剩余電量；④節(jié)點(diǎn)的生存時間。但是不論選擇哪一種、或者綜合兩種策略，都很難同時兼顧節(jié)點(diǎn)壽命和網(wǎng)絡(luò)路由總能耗兩個目標(biāo)。
1）最小總傳輸能量（MTPR）。MTPR是一種分布式算法，在任意時刻，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以看作一個帶權(quán)有向圖，任一條弧上的權(quán)重即為節(jié)點(diǎn)間的傳輸能量。那么路由的總傳輸能量為，其中、分別為源與目的節(jié)點(diǎn)。則
總傳輸能量最小的路由，其中A為所有可選路由集合。由于節(jié)點(diǎn)之間的距離與傳輸能量成正比，本策略自然會傾向于選擇距離更短的路由。然而，僅僅考慮最短路徑，很有可能使中間節(jié)點(diǎn)過早消耗，使之成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸，甚至嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)性能。
2）剩余能量（MBCR & MMBCR）。如前所述，雖然總傳輸能量可以作為一個非常重要的度量標(biāo)準(zhǔn)，但是它有非常明顯的缺陷，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的早衰會嚴(yán)重影響路由。MMBCR即是一種考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量的度量策略。某時刻t的電量開銷為函數(shù)，其中為t時刻電池電
量。路由j的電量開銷為。則最大剩余電量路由為
。相較MTPR而言MBCR有效防止某些節(jié)點(diǎn)被過度使用，增加網(wǎng)絡(luò)生命周期。
由于MBCR考慮的是某路由Rj中所有節(jié)點(diǎn)的剩余電量之和，所以MBCR仍然會選擇某些具有極少電量的節(jié)點(diǎn)來路由，造成這些節(jié)點(diǎn)提前衰竭。MMBCR在MBCR的基礎(chǔ)上做出如下改進(jìn)：路由j的電量開銷定義為。則MMBCR中
。MMBCR可以有效規(guī)避剩余電量最小的節(jié)點(diǎn)，延長單個節(jié)點(diǎn)壽命。但是很多情況下為了保證節(jié)點(diǎn)使用的均衡性，卻選擇了較長的路徑，增加了能量消耗。
3）剩余能量受限（CMMBCR）。CMMBCR既考慮MTPR的總傳輸能量，又考慮MMBCR中的節(jié)點(diǎn)剩余電量。在路由發(fā)現(xiàn)的過程中，首先尋找?guī)讞l所有節(jié)點(diǎn)都有足夠的剩余電量（大于閾值γ）作為路由集合A，然后在此集合中挑選出一條總傳輸能量最小的路由。其中γ是電量閾值（0100），可看作保護(hù)此節(jié)點(diǎn)電量消耗的臨界值。如果γ=0，與MTPR相同；如果γ=100，CMMBCR與MMBCR相同。γ的選取可以很有效的保護(hù)最小能量節(jié)點(diǎn)。
2 性能比較與分析
基于能量有效的路由協(xié)議的宗旨在于最大化網(wǎng)絡(luò)生命周期。利用NS建立50個節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，它們隨機(jī)分布在500 m*500 m的區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)移動速度10 m/s。網(wǎng)絡(luò)性能仿真結(jié)果如下表所示。
MTPR沒有考慮單個節(jié)點(diǎn)的生存時間，網(wǎng)絡(luò)能量消耗最小。但是中繼節(jié)點(diǎn)剩余能量會小于其他普通節(jié)點(diǎn)，致使網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)重失衡，因此生命周期最短。MBCR忽略了單個節(jié)點(diǎn)的壽命換來較小的總傳輸能量，網(wǎng)絡(luò)生命周期小于MMBCR。CMMBCR主要性能影響因子為閾值γ。當(dāng)γ=0，CMMBCR的性能與MTPR相同。隨著閾值γ的增大，CMMBCR為了保護(hù)剩余電量較少的節(jié)點(diǎn)，會選擇較長路徑路由，犧牲了網(wǎng)絡(luò)總體性能。所以，各個基于能量優(yōu)化的路由協(xié)議在考慮單個節(jié)點(diǎn)壽命、整個網(wǎng)絡(luò)生命周期兩個目標(biāo)時很難達(dá)到均衡，路由協(xié)議的選擇應(yīng)該視具體情況而定。
3 結(jié)論
本文介紹了3類基于能量有效的Ad hoc無線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的性能特點(diǎn)。為了延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，MTPR一類是從全局出發(fā)，減少總體能耗，增加整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期，卻犧牲了個別節(jié)點(diǎn)；MBCR與MMBCR類盡量避免路由剩余電量較少的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，均衡整個網(wǎng)絡(luò)，卻降低了網(wǎng)絡(luò)性能。CMMBCR結(jié)合了前兩類策略，但是從性能上來說也未達(dá)到最優(yōu)，今后可以在此做出更多的研究工作。
參考文獻(xiàn)
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