无线技术资料汇总

无线技术资料汇总内容摘要：

信息，这会造成很大的信息量，当在移动环境下，为了保持准确的路由信息，需要对路由表频繁地更新，这也会产生很大的控制负载。 在大规模的通信网中使用按需路由，虽然只在需要的时候才产生信息负载，但是，当节点的 Cache 中无相关路由信息时，则需要通过洪泛 (Flooding)方式来搜寻路径信息，这就会产生大的负载。 由于移动性和 Cache 路由器的中止，长路径更容易中断，这又会引起新的洪泛搜索 新的路由。 (3)在大规模的平面网中，移动网络使得对远端节点的路由信息是不准确的。 由于网络很大，路由信息需要花费很长时间才能到达远端节点，当到达时，该信息可能就过时了，这种过时的路由信息就会使数据包在传输途中丢失。 分级结构 网络被划分为簇 (Cluster) ， 每 个 簇 由 一 个簇 头 (Cluster Header) 和多个簇成员(ClusterMember )组成，这些簇头形成了高一级的网络，在高一级的网络中，又可以再分簇，再次形成更高一级的网络，直至最高级。 分级结构中，簇头节点负责簇间数据 的转发，它可以预先指定，也可以由节点使用算法选举产生。 根据不同的硬件配置，分级结构的网络又可以分为单频分级和多频分级两种。 单频分级所有节点使用同一个频率通信。 实现簇头之间的通信，要有网关节点的支持。 簇头和网关节点形成高一级的网络，称为虚拟骨干网络。 在分簇结构中，网关是指同时位于两个簇头通信范围内的节点。 而多频分级网络中，不同级采用不同的通信频率。 低级节点的通信范围较小，而高级节点要覆盖较大的范围。 高级的节点同时处于多个级中，使用多个频率，用不同的频率实现不同级的通信。 在两级网络中，簇头节点有两个频率。 频率 1 用于簇头与簇成员的通信，而频率 2 用于簇头之间的通信。 硬件支持的话，分级网络中的每个节点都可以成为簇头。 这样需要适当的簇头选举算法，算法要能根据网络拓扑的变化重新分簇或废除和选举簇头。 分层结构的优点： (1)具有较好的扩展性； (2)层次结构通过路由信息局部化可提高系统的吞吐量，而且路由信息局部化，使得一个群的拓扑结构的变化不会被其它群感知，减少了路由控制报文的开销。 (3)层次结构中节点定位功能的实现要比平面结构简单得多。 (4)层次结构易于实现节点的移动管理和寻址，便于与移动网络实现互联互通。 分层结构的缺点 : (1)群首易被攻击，是整个群的瓶颈。 (2)易被窃听。 在这种结构中，低层节点之间的通信利用了高层次的链路，减少了节点通信之间的跳数，可以很好地用在大规模通信网中，但是，这种结构在改善网络扩展性的同时，也出现了一些其他的局限。 (1)所有的通信量，即使是同一个群内的通信，也要经过骨干节点，这就会在骨干节点处引起拥塞和争用。 (2) 每个群实 际上 是一个 单跳 群，这 就限 制了群 的规 模， 同时会 引起 频繁的HID(Hierarchical ID)的更新。 (3)在分层网中，由于一些节点的位置重要 (如骨干节 点和 UAV)，易受到攻击，可能对整个网络的性能造成很大的影响。 从分层网络的结构上可以看出，分层网络在扩展性和网络的容量方面有了很大的改善，因此它能构建很大的网络，但是由于骨干节点易受攻击，因而， Ad hoc 网络用到军事上时，就要采取一些措施来尽量减少骨干节点被攻击的可能。 例如，可以利用群首选择算法选择多个备用骨干节点，当原来的骨干节点受到攻击时，第二优先级的骨干节点可以代替原来那个继续执行骨干节点的功能。 路由、传输层技术 Ad Hoc 由于通信半径的限制，网络节点之间是通过多跳数据转 发机制进行数据交互的，需要路由协议完成分组转发决策。 路由协议的主要作用是迅速准确地计算到达目的节点的路由，同时通过监控网络拓扑变化来更新和维护路由。 传统的路由算法有两类，一是距离矢量路由算法，另一类是链路状态算法。 距离矢量路由算法的特点是： 1) 周期性地与所有物理相邻的节点交换可达性消息； 2) 当有多条可达路径时选择一个最短的。 链路状态算法的特点是： 1) 周期性地向网中所有的路由器通知当前所有物理链路的状态； 2) 每个路由器都得到一张完整的网络拓扑图。 传统路由算法在有基础设施的网络中运行得很好，但是在自组网中却存在 如下的问题： 1) 网络拓扑变化太快，传统算法将会给网络造成很大控制负荷； 2) 周期性的路由刷新加大了移动节点的能量消耗，固定网的睡眠模式无法应用于自组织网络中； 3) 路由消息的交换大大减少有效系统带宽； 相对于有线网络里的静态节点， Ad hoc 网络的特点： 1) 网络拓扑动态变化、 2) 带宽受限、 3) 信道容量变化、 4) 移动终端有限的可用资源 Ad Hoc 网络的独特性使得常规路由协议 (如距离矢量 RIP、链路状态 OSPF 等 )不再适用，表现在： 1) 动态变化的网络拓扑使得常规路由协议难以收敛； 2) 常规路由协议无法有效利用单向信道； 3) 常规路由协议 的周期性广播、路由器间交换大量路由信息会耗费大量带宽和能量，严重降低系统性能。 设计 Ad Hoc 网络路由协议必须考虑上述技术难点，其目标是 快速、准确、高效、可扩展性好。 1) 能对网络拓扑动态变化做出快速反应，查找路由时间较短； 2) 能提供准确的路由信息，支持单向信道，避免路由环路； 3) 计算和维护路由的控制消息少，提供最佳路由，并支持节点休眠； 4) 路由协议要能够适应网络规模的增长。 ad hoc 网络是一种自组织网络，网络的拓扑随着通信节点的运动会经常改变，正因为ad hoc 网络有着动态拓扑的特点使得传统的路由协议无法在 ad hoc 网络环境下有效地工作，ad hoc 网络下路由协议的研究主要也是针对 ad hoc 动态变化的拓扑这一特点而展开。 ad hoc网络中通信节点的运动造成了网络拓扑的动态变化，同时由于通信节点的无线信号覆盖的范围有限，通信节点在运动的过程中需要不断切换到有信号覆盖的通信节点，保持通信。 通信过程中大量的切换必然会导致网络通信的延迟，切换也会增加网络路由熏新发现的资源消耗，因此如何有效地减少通信过程中的切换次数，增强通信节点两次切换之间的连续通信时间是评估 ad hoc 网络性能的重要指标。 现有无线 Ad hoc 中 的路由协议主要有： 1) 动态源路由算法 (DSR)、 2) 基于反向路径转发的拓扑分发协议 (Topology Broadcast Based on Reverse Path Forwarding) (TBRPF)、 3) 优化链路状态路由算法 (Optimized Link State Routing Protoco1) (OLSR)、 4) 按需距离矢量路由算法 (Ad hoc on Demand Distmce Vector Routing) (AODV)、 5) 临时按序路由算法 (Temporally Ordered Routing Algorithm) (TORA)、 6) 区域路由算法 (ZRP)；包括区域间路由协议 IERP(the Interzone Routing Protoco1)；区域内路由协议 IARP(the Intrazone Routing Protoco1)。 7) 目的序列距离矢量路由算法 (DS— DV)、 8) 无线路由协议 (WRP)、 9) 陆标路由协议 (LANMAR)、 10) 位置辅助路由 (IAR)、 11) 鱼眼状态路由算法 (Fisheye State Routing Protoco1) (FSR)。 研究现状 Ad hoc 网络规模 性的研究可以广义地定义为：研究当网络中有大量节点存在时，网络能否为分组提供可以接受的服务，它与网络大小、节点分布的密度、运行的环境传播模型、 地形环境等及移动性相关。 对于中小规模通常为几十个节点 )Ad hoc 网络路由协议的研究已取得了重要进展，而大规模 Ad hoc 网络的路由技术是 Ad hoc 网络研究的一个难点，它是指可以支持数百到数千个网络节点的路由算法。 现有的路由协议或者利用全网泛洪 (Global flooding)或者利用分层的方法完成路由的发现。 但是，前者由于开销太大并不适合大规模的网络；后者在分层 的过程中需要交互大量 信息，而且可能由于节点的移动造成性能的急剧恶化。 路由方式分类 路由协议根据所采用的基本路由机制的不同，可分为基于链路状态的路由协议、基于距离矢量的路由协议、源路由协议及反向链路协议； 按照网络逻辑结构的不同，可分为平面结构的路由协议和分层结构的路由协议； 按照路由发现策略的不同，可分为表驱动路由协议、按需路由协议以及混合路由协议。 分类命名 1 依据路由信息的获取方式， Ad Hoc 路由协议大致可分为先验式 (proactive)、反应式reactive)和混合式 (hybrid)路由协议。 在先验式路由协议中，每个节点维护到达其他节点的路由信息的路由表，故又称表驱动(table driven)路由协议。 当检测到网络拓扑变化时，节点在网络中发送更新消息，收到更新消息的节点将更新路由表，以维护一致的、准确的路由信息。 源节点一旦要发送报文，可以立即获得到达目的节点的路由。 因此这种路由协议的时延较小，但开销较大。 反应式路由协议 (AODV、 DSR 和 TORA 等 )不需要维护路由信息，当需要发送数据时才查找路由，故又称按需 (on demand)路由协议。 与先验式路由相比，反应式路由的开销较小 ，但传送时延较大。 在高速动态变化的 Ad Hoc 网络中，使用先验式路由会产生大量控制报文；如果单独采用反应式路由，则需要为每个报文查找路由。 由此可见，结合先验式和反应式路由的混合式路由协议是一种较好的折衷：在局部范围使用先验式路由，维护准确的路由信息，缩小路由消息的传播范围；当目标节点较远时，按需查找路由。 这样既可以减少路由开销，也可以改善时延特性。 分类命名 2 这些路由算法可以分为 3 种类型：表驱动算法、需求驱动算法、集群路由算法． 表驱动路由协议采用周期性的路由分组广播，来交换路由信息．每个节点维护去 往全网所有节点的路由．表驱动路由协议的优点是当节点需要发送一个去往其它节点的数据分组时，只要路由存在，发送分组的延时就很小；缺点是表驱动路由协议需花费较高代价 (如带宽、电源、 CPU 资源等 )，使路由表能够跟上当前网络拓扑结构的变化，但动态变化的拓扑结构又可能使高价得来的路由表中内容变成无效信息，因此，这种路由协议始终处于不收敛状态．目前，这种类型的无线 Ad hoc 网络路由协议已提出了几种机制，用以改善这些方面的性能．现有的表驱动协议有： DSDV， WRP， STARA， GSR， FSR 等等． 需求驱动路由协议是根据 发送节点的需要，按需进行路由发现过程，网络拓扑结构和路由表内容也是按需建立的，所以其内容可能仅仅是整个网络拓扑结构信息的一部分．按需路由的优点是不需要周期性的广播路由信息，节省了一定的网络资源；缺点是在发送数据分组时，因没有去往目的节点的路由，要临时启动路由发现过程来寻找路由，所以数据分组需要等待一定时间的延时，并且由于路由发现过程通常采用全网扩散机制进行搜索，这在一定程 度上也减弱了按需机制带来的好处．现有的需求驱动协议有： DSR， AODV， TORA， LAR等等． 在集群路由协议中，网络由多个集群组成，节 点分为两种类型：普通和群首节点．处于同一集群的群首节点和普通节点共同维护所在集群内部的路由信息，群首节点负责所管辖集群的拓扑信息的压缩和摘要处理，并与其它群首节点交换处理过后的拓扑信息。 层次结构就是一种典型的集群方式．采用集群路由主要有两个目的．一是通过减少参与路由计算的节点数目，减小路由表尺寸，降低交换路由信息所需的通信开销和维护路由表所需的内存开销，这与有线网络中层次思想的目标是一致的．二是基于某种集群形成策略，选举产生一个较为稳定的子网络，减少拓扑结构变化对路由协议带来的影响．集群路由的优点是适合大规 模的自组网环境，可扩展性较好．缺点是群首节点的可靠性和稳定性对全网性能影响较大，并且为支持节点在不同集群之间漫游所进行的移动管理将产生一定的协议开销．现有的集群路由协议有： ZRP， CEDAR， CGSR 等等． 移动 IP 协议的应用 由于移动 协议并不是专门针对 Ad Hoc 网络而设计的，因此在 Ad Hoc 网络中应用移动IPv6 协议会出现一些问题。 主要有下面两点： (1)广播问题：在 Ad Hoc 网络内，为了节约能量，通常使用反应式的路由方法。 而在移动 IPv6 中多使用先验式的协议，通过路由器周期性的广播公 告信息来宣布自身的存在。 当反应式路由方法应用于移动协议中时，会影响移动协议的性能。 如果在 Ad Hoc 网络内引入先验式的路由方法，则周期性的广播会耗费大量的系统资源，所以应该尽可能地减少将协议结合所带来的负面作用。 (2)多跳问题 Ad Hoc 网络具有多跳特性，在 Ad Hoc 网络内的移动结点很可能通过多跳方式连入 intemet。 而多跳路径的存在使得 Ad Hoc 网络内的移动结点并不能够仅仅依靠链路层的反馈来检测正在使用的路由是否已经断开。 在解决多跳间题中，可以引入一钟链路断开通告机制，邻居节点周期性地探测链路 是否断开，一旦出现断路，由邻居节点直接通过网关默认路由将断路信息通告给网。