引論：我們?yōu)槟砹?3篇路由協(xié)議范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。
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OSPF：Open Shortest Path First 開放最短路徑優(yōu)先是基于RFC 2328的開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，它非常復(fù)雜涉及到多種數(shù)據(jù)類型，網(wǎng)絡(luò)類型，數(shù)據(jù)通告過程等，靈活的接口類型，可以隨處設(shè)置通告網(wǎng)絡(luò)地址，方便的修改鏈路開銷等。
二、OSPF鄰居關(guān)系的建立
1.在局域網(wǎng)中路由器A啟動(dòng)后處于down狀態(tài)，此時(shí)沒有其它路由器與它進(jìn)行信息交換，它會(huì)從啟用OSPF協(xié)議的接口向外發(fā)送Hello分組，發(fā)送分組使用組播地址：224.0.0.5。
2.所有運(yùn)行OSPF的直連路由器將會(huì)收到Hello分組，并將路由器A加入到鄰居列表中，此時(shí)的鄰居處于Init狀態(tài)（初始化狀態(tài)）。
3.所有收到Hello分組的路由器都會(huì)向路由器A發(fā)送一個(gè)單播應(yīng)答分組，其中包含它們自身的信息，并包含自己的鄰居表（其中包括路由器A）。
4.路由器A收到這些Hello分組后，將它們加入到自己的鄰居表中，并發(fā)現(xiàn)自己在鄰居的鄰居表中，這時(shí)就建立了雙向鄰居關(guān)系（two-way）狀態(tài)。
5.在廣播型網(wǎng)絡(luò)中要選舉DR和BDR，選舉后路由器處于預(yù)啟動(dòng)（exstart）狀態(tài)。
6.在預(yù)啟動(dòng)狀態(tài)下路由間要交換一個(gè)或多個(gè)的DBD分組（DDP），這時(shí)路由器處于交換狀態(tài)。在DBD中包含鄰居路由器的網(wǎng)絡(luò)、鏈路信息摘要，路由器根據(jù)其中的序列號判斷收到的鏈路狀態(tài)的新舊程度。
7.當(dāng)路由器收到DBD后，使用LSAck分組來確認(rèn)DBD包，并將收到的LSDB與自身的相比較，如果收到的較新，則路由器向?qū)Ψ桨l(fā)出一個(gè)LSR請求，進(jìn)入加載狀態(tài)，對方會(huì)用LSU進(jìn)行回應(yīng)，LSU中包含詳細(xì)的路由信息。
8.當(dāng)對方提供了自身的LSA后，相鄰路由器處于同步狀態(tài)和完成鄰接狀態(tài)，在lan中路由器只與DR和BDR建立完全鄰接關(guān)系，而與DRothers只建立雙向鄰接關(guān)系，此時(shí)的相鄰路由器進(jìn)入了Full狀態(tài)，完成了信息同步。
三、OSPF的分區(qū)機(jī)制
OSPF路由協(xié)議可以使用在大型網(wǎng)絡(luò)規(guī)模中，如要規(guī)模太大，路由器需要維持很大的鏈路狀態(tài)作息，構(gòu)建大的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫存（LSDB），路由表要較大，影響工作效率，并且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中拓?fù)涑霈F(xiàn)問題時(shí)，會(huì)引起大的路由波動(dòng)，所有路由器要重建路由表，所以分區(qū)的概念被提出來。
設(shè)計(jì)者可以將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)部的路由器只需要了解本區(qū)域內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝闆r，而不用掌握所有路由器的鏈路情況，這樣LSDB就減小了很多，并且當(dāng)其它區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘯r(shí)，相應(yīng)的信息不會(huì)擴(kuò)散到本區(qū)域外，如變化后影響到其它區(qū)域，這時(shí)ABR才會(huì)生成LSA發(fā)往其它區(qū)域，這樣大部分的拓?fù)渥兓浑[藏在區(qū)域內(nèi)部，其它區(qū)域的自身并不需要明白這些，內(nèi)部路由器只需維持本區(qū)域的LSDB即可，這樣就減少了協(xié)議數(shù)據(jù)包，減輕路由器及鏈路的負(fù)載。
四、OSPF的分組類型
1.HELLO報(bào)文（Hello Packet）。最常用的一種報(bào)文，周期性的發(fā)送給本路由器的鄰居。內(nèi)容包括一些定時(shí)器的數(shù)值，DR，BDR，以及自己已知的鄰居。
2.DBD報(bào)文（Database Description Packet）。兩臺(tái)路由器進(jìn)行數(shù)據(jù)庫同步時(shí)，用DD報(bào)文來描述自己的LSDB，內(nèi)容包括LSDB中每一條LSA的摘要（摘要是指LSA的HEAD，通過該HEAD可以唯一標(biāo)識一條LSA）。這樣做是為了減少路由器之間傳遞信息的量，因?yàn)長SA的HEAD只占一條LSA的整個(gè)數(shù)據(jù)量的一小部分，根據(jù)HEAD，對端路由器就可以判斷出是否已經(jīng)有了這條LSA。
3.LSR報(bào)文（Link State Request Packet）。兩臺(tái)路由器互相交換過DD報(bào)文之后，知道對端的路由器有哪些LSA是本地的LSDB所缺少的或是對端更新的LSA，這時(shí)需要發(fā)送LSR報(bào)文向?qū)Ψ秸埱笏璧腖SA。內(nèi)容包括所需要的LSA的摘要。
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作者簡介：洪亮（1977-），男，江蘇高郵人，碩士，揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)槎嗝襟w技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、教育技術(shù)。1IPv6路由協(xié)議概述
IPv6路由表是IPv6路由器進(jìn)行IPv6報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)，路由器會(huì)根據(jù)IPv6報(bào)文的目的地址在路由表中查詢下一跳的相關(guān)信息。IPv6路由表的每一條路由都應(yīng)該包括以下的一些信息：①目的地址；②前綴長度；③下一跳地址；④本地接口；⑤優(yōu)先級；⑥開銷；⑦協(xié)議。IPv6路由的生成方法有三種：①通過鏈路層協(xié)議直接發(fā)現(xiàn)從而生出的直連路由；②手動(dòng)配置的靜態(tài)路由；③通過路由協(xié)議生成的動(dòng)態(tài)路由。
根據(jù)路由協(xié)議作用的范圍，IPv6路由協(xié)議可以分為兩類。第一類為域內(nèi)路由協(xié)議，又稱為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，適用于單個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)部，目前常見的IPv6域內(nèi)路由協(xié)議有RIPng、OSPFv3和IPv6-IS-IS；第二類為域間路由協(xié)議，又稱為外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，適用于多個(gè)自治系統(tǒng)之間，目前IPv6最常見的IPv6域間路由協(xié)議為BGP4+。
2常見域內(nèi)路由協(xié)議
2.1RIPng協(xié)議
RIPng（RIP next generation，下一代RIP）是在RIP-2協(xié)議的基礎(chǔ)之上修改和增強(qiáng)而來，是針對IPv6的特性定義的新的版本。RIPng和RIP的區(qū)別體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①RIPng基于UDP，使用端口521發(fā)送和接受路由信息；RIP使用端口520；②RIPng使用FF02∷9作為本地RIPng路由器組播地址；③RIPng基于IPv6，下一跳地址是128位，子網(wǎng)掩碼的概念在RIPng中沒有，其目的地址使用128位前綴；RIP基于IPv4，地址是32位；④RIPng使用本地地址FE80∷/10發(fā)送路由信息更新報(bào)文；⑤RIPng不支持非IP的網(wǎng)絡(luò)，RIP支持；⑥RIPng的下一跳作為單獨(dú)RTE存在；⑦RIPng使用IPv6內(nèi)嵌的IPsec協(xié)議進(jìn)行身份驗(yàn)證，其本身不支持身份驗(yàn)證。
RIPng基于距離矢量算法，每隔30秒發(fā)送一次路由更新報(bào)文，如果180秒沒有收到網(wǎng)絡(luò)鄰居的路由更新報(bào)文，則將其標(biāo)識為不可達(dá)；如果再過120秒沒有收到網(wǎng)絡(luò)鄰居的路由更新報(bào)文，則將其從路由表中刪除。RIPng規(guī)定目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù)如果大于或等于16則為不可達(dá)到，所以運(yùn)行RIPng的網(wǎng)絡(luò)中到達(dá)目的地址所通過路由器不能超過15臺(tái)。因?yàn)榛诰嚯x矢量算法的路由協(xié)議會(huì)產(chǎn)生慢收斂和無限計(jì)數(shù)問題，為了避免形成環(huán)路路由，RIPng支持水平分割、毒性逆轉(zhuǎn)和觸發(fā)更新等技術(shù)。
RIPng報(bào)文包括頭和路由表項(xiàng)（Route Table Entry,RTE）組成（其格式如圖1所示），RTE的條數(shù)取決于發(fā)送端口的MTU值。在RIPng中有兩類RTE，它們是IPv6前綴RTE和下一跳RTE（其格式如圖2、3所示）。IPv6前綴RTE描述路由表項(xiàng)中的目的地址、路由標(biāo)志、前綴長度、度量值等屬性。下一跳RTE中為下一跳IPv6的地址信息，位于一組具有同樣下一跳的IPv6前綴RTE的前面。
圖1RIPng報(bào)文格式圖2IPv6前綴RTE格式
圖3下一跳RTE格式圖4OSPFv3報(bào)文格式
2.2OSPFv3協(xié)議
OSPFv3（Open Shortest Path First version 3，開放最短路徑優(yōu)先第3版）為IETF在1999年制定的，其在OSPFv2的基礎(chǔ)上進(jìn)行了相關(guān)的修改，使其能夠支持IPv6。OSPFv3基本上延續(xù)了OSPFv2的框架，但也針對IPv6的特點(diǎn)進(jìn)行了相應(yīng)的修改，其不同之處表現(xiàn)在：
(1)用鏈路代替了網(wǎng)段、子網(wǎng)等概念。OSPFv2運(yùn)行基于子網(wǎng)，路由器之間形成鄰居關(guān)系其IP地址必須位于同一個(gè)網(wǎng)段。OSPFv3基于鏈路，同一鏈路即使不在同一個(gè)子網(wǎng)中，也能夠建立鄰居關(guān)系。
(2)OSPFv3中，RouterLSA、NetworkLSA中不包含地址信息，僅用來描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Router ID、Area ID、Link State ID中不包含地址信息。地址信息僅僅包含在新增加的IntraAreaPrefixLSA中。IntraAreaPrefixLSA在區(qū)域范圍內(nèi)泛洪。此外增加了LinkLSA，用于向鏈路中其他路由器通告自己的鏈路本地地址以及IPv6地址前綴信息。LinkLSA在本地鏈路范圍內(nèi)泛洪。原OSPFv2中的Type3 LSA更名為InterAreaPrefixLSA，Type4 LSA更名為InterAreaRouterLSA。
(3) OSPFv3中支持同一鏈路上運(yùn)行多個(gè)OSPF實(shí)例，使用Instance ID字段標(biāo)識不同的實(shí)例。OSPFv2中只允許一條鏈路運(yùn)行一個(gè)實(shí)例。
(4) OSPFv3中使用鏈路本地地址作為報(bào)文源地址（不包括虛連接），所有路由器學(xué)習(xí)本鏈路中其他路由器的鏈路本地地址，作為下一跳的IP地址，因此網(wǎng)絡(luò)中只負(fù)責(zé)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的路由器不需要配置全局的IPv6地址，從而節(jié)約大量的IPv6全局地址資源。OSPFv2中每個(gè)運(yùn)行OSPF的接口都需要配置一個(gè)全局的IPv4地址。
(5) OSPFv3可以支持對未知類型的LSA的處理，而在OSPFv2中僅僅作簡單的丟棄。
(6) OSPFv3報(bào)文使用IPv6內(nèi)嵌的IPsec協(xié)議進(jìn)行身份驗(yàn)證，取消了OSPFv2中的驗(yàn)證字段（報(bào)文格式如圖4），簡化了OSPF協(xié)議的處理過程。
2.3IPv6ISIS協(xié)議
ISIS(Intermediate System to Intermediate System intradomain routing information exchange protocol,中間系統(tǒng)對中間系統(tǒng)域內(nèi)路由信息交換協(xié)議)是一種鏈路狀態(tài)協(xié)議。支持IPv6的ISIS協(xié)議稱為IPv6ISIS動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，主要是增加了支持IPv6的兩個(gè)TLV（TypeLengthValue,類型-長度-值）和一個(gè)NLPID（Network Layer Protocol Identifier，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議標(biāo)識符）值。IS-IS報(bào)文封裝在數(shù)據(jù)鏈路層的幀結(jié)構(gòu)之中，稱為PDU（Protocol Data Unit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元）。PDU由通用報(bào)頭、專用報(bào)頭和變長字段組成，其中變長字段由多個(gè)TLV組成。IPv6ISIS新添加的TLV有兩個(gè)，它們是：（1）IPv6 Reachability對應(yīng)于ISIS中的普通可達(dá)性TLV和擴(kuò)展可達(dá)性TLV，用來表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的可到達(dá)性；（2）IPv6 Interface Address對應(yīng)原來的IP Interface Address，只不過原32位IPv4地址改為128位IPv6地址。IPv6ISIS定義了一個(gè)新的NLPID值142（0x8E），表明當(dāng)前路由器支持IPv6，在路由器交換鏈路信息和建立鄰居關(guān)系時(shí)必須在協(xié)議報(bào)文中帶有此信息。ISIS使用Hello報(bào)文來發(fā)現(xiàn)同一條鏈路上的鄰居路由器并建立鄰居關(guān)系，當(dāng)鄰居關(guān)系建立完畢后，將繼續(xù)周期性的發(fā)送Hello報(bào)文來維持鄰居關(guān)系。
3常見域間路由協(xié)議
BGP4（Border Gateway Protocol version 4，邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議第4版）只能支持IPv4。BGP4+是對BGP4的擴(kuò)展，提供了對IPv6、IPX和MPLS VPN的支持。為了適應(yīng)多協(xié)議支持的新需求，BGP4+添加了兩個(gè)新屬性：（1）MPREACHNLRI多協(xié)議可達(dá)NLRI（Network Layer Reachable Information，網(wǎng)絡(luò)層可達(dá)信息），（2）MPUNREACHNLRI多協(xié)議不可達(dá)NLRI。
MPREACHNLR描述了到達(dá)目的地的信息。該屬性包含的信息有：①地址屬于哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議；②次級地址族標(biāo)識符，表明本屬性中的NLRI用于單播轉(zhuǎn)發(fā)還是組播轉(zhuǎn)發(fā)還是同時(shí)用于單播轉(zhuǎn)發(fā)和組播轉(zhuǎn)發(fā)；③到達(dá)目的前綴網(wǎng)絡(luò)的下一跳地址；④下一跳地址的長度；⑤NLRI信息，NLRI以length/prefix形式表示，其中l(wèi)ength是前綴的長度，prefix是可達(dá)性IPv6地址前綴。
MPUNREACHNLRI用于撤銷不可達(dá)的路由，該屬性包含的信息有：①地址屬于哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議；②次級地址族標(biāo)識符；③被撤銷路由的信息。
BGP屬于一種自治系統(tǒng)間的動(dòng)態(tài)路由發(fā)現(xiàn)協(xié)議，一般在兩個(gè)自治系統(tǒng)的邊界路由器之間建立對等關(guān)系。BGP既不是純粹的鏈路狀態(tài)算法，也不是純粹的距離矢量算法。它能夠與其他自治系統(tǒng)的BGP交換網(wǎng)絡(luò)可達(dá)信息。各個(gè)自治系統(tǒng)可以運(yùn)行不同的域內(nèi)路由協(xié)議。
4當(dāng)前情況下路由協(xié)議的選擇
當(dāng)前正處于IPv4向IPv6過渡的重要時(shí)期，網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的選擇也需要考慮到這種過渡的需要。
在域內(nèi)路由協(xié)議的選擇問題上，應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和RIPng、OSPFv3和IPv6ISIS 3種協(xié)議本身的特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的選擇。如果網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模比較小，結(jié)構(gòu)比較簡單，那么RIPng應(yīng)該是非常不錯(cuò)的選擇。RIPng基于距離矢量算法，用于規(guī)模較小的網(wǎng)絡(luò)，其配置和維護(hù)簡單。如果網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模比較大，使用基于鏈路狀態(tài)算法的OSPFv3和IPv6ISIS都可，但是兩種協(xié)議也各有其特點(diǎn)。OSPFv3相對成熟普及、容易使用、便于維護(hù)，其通用性較好，并且可擴(kuò)展。OSPFv3是完全獨(dú)立的路由協(xié)議進(jìn)程，IPv6的LSA的拓?fù)溆?jì)算和IPv4的LSA拓?fù)溆?jì)算無關(guān)；好處是得到完全獨(dú)立的一份IPv4路由表和一份IPv6路由表，部署非常靈活；缺點(diǎn)是OSPFv2和OSPFv3各占一個(gè)路由協(xié)議進(jìn)程，資源消耗多，對路由器性能提出更高的要求。ISIS在一臺(tái)路由器只需運(yùn)行一個(gè)進(jìn)程，就可同時(shí)支持IPv4和IPv6的拓?fù)溆?jì)算，資源占用少，缺點(diǎn)是其中任何一個(gè)協(xié)議的崩潰都會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)協(xié)議的崩潰，不夠靈活。
域間路由協(xié)議目前BGP4+是最好的選擇，能夠滿足域間交互路由信息的需要。而且BGP是當(dāng)前因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，其過渡應(yīng)該是比較平滑的。
篇3
A Comparison of Classic Routing Protocols in WSN
HE Lei，GUO Xiaojun，ZHAO jiangbo
（Institute of Information Engineering， Tibet University for Nationalities， Xianyang Shaanxi 712082，China）
Abstract：After introducing the particularity and the classifications of WSN routing protocols， this paper analyses the realization process， the characteristics， the pros and cons and the scope of application of several classic routing protocols. Finally this article does some comparison among these routing protocols in aspect of energy saving， expandability and robustness， to provide a reference for selection and further studies.
Key words：WSN；Routing protocols；Analysis and comparison
0 引 言
WSN（Wireless Sensor Network，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）由部署在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的多個(gè)具有一定通信和計(jì)算能力的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，這些節(jié)點(diǎn)通過無線通信技術(shù)（如ZigBee技術(shù)）形成一個(gè)多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，協(xié)作地感知處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)目標(biāo)對象的信息發(fā)送給遠(yuǎn)程觀測者[1]。
WSN具有組網(wǎng)靈活、容易部署、擴(kuò)展性強(qiáng)、抗毀性能優(yōu)、支持移動(dòng)性、成本低等優(yōu)點(diǎn)，獲得了快速發(fā)展，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、軍事偵測、醫(yī)療健康、工業(yè)生產(chǎn)、搶險(xiǎn)救災(zāi)等多個(gè)領(lǐng)域。WSN綜合了諸如傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代無線通信技術(shù)、分布式信息融合和處理技術(shù)等多門類的專業(yè)技術(shù)知識，是目前倍受關(guān)注的重點(diǎn)研究領(lǐng)域[2]。
1 關(guān)于WSN路由協(xié)議
路由協(xié)議是WSN的關(guān)鍵技術(shù)之一，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)。路由協(xié)議的功能主要涵蓋兩個(gè)方面：尋找源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化路徑；將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)。
不同于以往的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，WSN的節(jié)點(diǎn)大多由電池供電，往往能量有限且不易更換，而許多場合下卻需要WSN連續(xù)工作數(shù)年、甚至更長；WSN的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，存儲(chǔ)、處理、通信能力低；WSN單個(gè)節(jié)點(diǎn)可靠性差等，這些特殊性對路由協(xié)議提出以下要求：
（1）能量優(yōu)先。WSN要求路由協(xié)議不僅要選擇能量消耗小的消息傳輸路徑，而且要考慮使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能量均衡消耗?？紤]節(jié)點(diǎn)的能量消耗以及網(wǎng)絡(luò)能量均衡使用是WSN路由協(xié)議設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)。
（2）簡單高效。WSN節(jié)點(diǎn)不能存儲(chǔ)大量的路由信息和進(jìn)行復(fù)雜的路由計(jì)算，路由協(xié)議必須簡單高效地實(shí)現(xiàn)信息傳輸。
（3）快速收斂。WSN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化，通信帶寬等資源有限，路由機(jī)制要能夠快速收斂。
（4）具有魯棒性。能量用盡或環(huán)境因素造成傳感器節(jié)點(diǎn)失敗，新節(jié)點(diǎn)加入及節(jié)點(diǎn)移動(dòng)等使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化，周圍環(huán)境影響無線鏈路的通信質(zhì)量以及鏈路本身的缺點(diǎn)等不可靠性要求路由機(jī)制必須具有一定的容錯(cuò)能力。
WSN的路由協(xié)議除了需符合以上要求外，還具有如下的特點(diǎn)：
（1）以數(shù)據(jù)為中心。WSN的很多應(yīng)用往往只關(guān)注監(jiān)測區(qū)域的感知數(shù)據(jù)，而不看重具體是哪個(gè)節(jié)點(diǎn)獲取的信息，而且是按照對感知數(shù)據(jù)的需求，以數(shù)據(jù)為中心形成消息的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。
（2）具有明顯的方向性。WSN的主要業(yè)務(wù)是匯聚節(jié)點(diǎn)（Sink）向其他傳感器節(jié)點(diǎn)下達(dá)查詢命令及傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的信息傳給匯聚節(jié)點(diǎn)，是典型的多對一和一對多的模式，具有明顯的方向性。
（3）路由與應(yīng)用相關(guān)。沒有一個(gè)路由協(xié)議適合所有的WSN應(yīng)用，需要針對不同的應(yīng)用，選取或設(shè)計(jì)與之相適應(yīng)的路由機(jī)制。
2 WSN路由協(xié)議的分類
不同的WSN應(yīng)用領(lǐng)域，就會(huì)有對各特性不同的敏感度。針對各種特性相對應(yīng)的要求，研究人員提出了多種路由協(xié)議。眾多的WSN路由協(xié)議，按照各自側(cè)重以及分類方法的不同就會(huì)有不同的分類結(jié)果。綜合參考文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[3]，分類結(jié)果及各類路由協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)如下。
（1）按路由過程是否考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量可分為能量感知路由和非能量感知路由。能量感知路由協(xié)議主要考慮數(shù)據(jù)傳輸上的能量消耗，以最優(yōu)能量消耗路徑、各節(jié)點(diǎn)能量的均衡消耗等爭取最長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。
（2）按節(jié)點(diǎn)在路由過程中的作用是否相同可分為層次路由協(xié)議和平面路由協(xié)議。層次路由協(xié)議擴(kuò)展性好，適用于大規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡(luò)，但維護(hù)簇有較大的開銷，且簇頭是路由的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其失效將導(dǎo)致路由失??；平面路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)簡單，健壯性好，但建立、維護(hù)路由的開銷大，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶鴶?shù)往往較多，能耗較大，因而僅適用于小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。
（3）按路由計(jì)算中是否利用節(jié)點(diǎn)的位置信息、是否以地理信息來標(biāo)識目的地可分為基于位置的路由協(xié)議和非基于位置的路由協(xié)議。在一些如目標(biāo)定位、目標(biāo)跟蹤等應(yīng)用中需要知道探測到事件發(fā)生的節(jié)點(diǎn)的地理位置，這類應(yīng)用需要用GPS定位系統(tǒng)或者其他定位方法輔助節(jié)點(diǎn)計(jì)算其位置并進(jìn)行定位。以節(jié)點(diǎn)的位置信息為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)WSN路由、進(jìn)行傳輸路徑的選擇和控制等目標(biāo)性更強(qiáng)，可大大降低系統(tǒng)建立路由及維護(hù)路由的能耗，但傳感器節(jié)點(diǎn)需具有定位模塊或其他輔助定位及定位計(jì)算來實(shí)現(xiàn)自身的定位等。
（4）按路由建立與數(shù)據(jù)發(fā)送之間的時(shí)機(jī)關(guān)系可分為主動(dòng)路由協(xié)議、按需路由協(xié)議和混合路由協(xié)議。主動(dòng)路由協(xié)議在數(shù)據(jù)傳送之前建立路由，建立、維護(hù)路由的開銷大，對資源的要求高；按需路由協(xié)議在數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)才建立所需的路由，在傳輸前計(jì)算路由所在數(shù)據(jù)傳送時(shí)延大；混合路由協(xié)議綜合主動(dòng)路由和按需路由，是這兩種方式的折中及優(yōu)化[5]。
（5）按是否對數(shù)據(jù)類型進(jìn)行定義和命名可分為基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議和非基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議。大量的WSN應(yīng)用是查詢并要求上傳某種類型的數(shù)據(jù)，這樣的應(yīng)用就可使用基于數(shù)據(jù)的路由，使監(jiān)測到此類數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)才發(fā)送數(shù)據(jù)，減少不必要的數(shù)據(jù)發(fā)送，從而減少?zèng)_突，也減少了能耗，但基于數(shù)據(jù)的路由需要相關(guān)的分類機(jī)制對數(shù)據(jù)類型進(jìn)行命名。
（6）按路由建立時(shí)機(jī)是否與查詢有關(guān)可分為查詢驅(qū)動(dòng)的路由協(xié)議和非查詢驅(qū)動(dòng)的路由協(xié)議。在如環(huán)境監(jiān)測等應(yīng)用場合中，WSN以匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)出查詢命令，傳感器節(jié)點(diǎn)向查詢節(jié)點(diǎn)報(bào)告采集的數(shù)據(jù)的形式工作。數(shù)據(jù)傳輸主要是匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)出的查詢命令和傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在路徑上傳輸時(shí)通常要進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，以減少通信量來節(jié)省能源。查詢驅(qū)動(dòng)的路由協(xié)議能夠縮減節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)空間，但數(shù)據(jù)時(shí)延較大，不適合某些需緊急上報(bào)的應(yīng)用。
（7）按數(shù)據(jù)在傳輸過程中采用路徑的多少可分為單路徑路由協(xié)議和多路徑路由協(xié)議。WSN鏈路的穩(wěn)定性難以保證，通信信道質(zhì)量比較低，再加上節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)拓?fù)渥兓萕SN的鏈路質(zhì)量很差，需要采用多路徑路由協(xié)議才能保證較高的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，以滿足某些需要可靠性和實(shí)時(shí)性，并對通信的QoS有較高要求的WSN應(yīng)用的需要。以上兩種路由也各有優(yōu)缺點(diǎn)：單路徑路由可節(jié)約存儲(chǔ)空間，數(shù)據(jù)通信量少，因而必然節(jié)能；多路徑路由容錯(cuò)性強(qiáng)，健壯性好，并可從眾多路由中選擇一條最優(yōu)路由[5]。
3 WSN經(jīng)典路由協(xié)議
在眾多的無線傳感器路由協(xié)議中，有一些是WSN經(jīng)典路由協(xié)議，其他的很多路由協(xié)議，只是在這些路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，對某一方面進(jìn)行了一定程度的改善，或?yàn)檫m應(yīng)某一應(yīng)用在相應(yīng)特性上實(shí)現(xiàn)了一些提高。在此，文中只分析討論如下最具代表性的經(jīng)典協(xié)議。
3.1 擴(kuò)散法（Flooding）
擴(kuò)散法是WSN最經(jīng)典、且簡單的路由協(xié)議，該協(xié)議不需要知道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其實(shí)現(xiàn)過程是：節(jié)點(diǎn)S希望發(fā)送數(shù)據(jù)給節(jié)點(diǎn)D，節(jié)點(diǎn)S首先通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)的副本傳給節(jié)點(diǎn)的每一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)A、B、C、E、F，而每一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)又將其傳給除S外的其他鄰居節(jié)點(diǎn)，直到滿足以下三項(xiàng)之一停止傳送，即：將數(shù)據(jù)傳到D，該數(shù)據(jù)的生命期限終結(jié)，所有節(jié)點(diǎn)已擁有此數(shù)據(jù)的副本。擴(kuò)散法的實(shí)現(xiàn)過程如圖1所示。
圖1 擴(kuò)散法的實(shí)現(xiàn)過程
Fig.1 The implementation process of Flooding
擴(kuò)散法不需要保存網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲ膊恍枰脧?fù)雜的計(jì)算來實(shí)現(xiàn)路由算法而消耗計(jì)算資源，但存在一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能得到多個(gè)數(shù)據(jù)副本的信息爆炸問題；此外，擴(kuò)散法沒有考慮各節(jié)點(diǎn)的能量，無法作出相應(yīng)的自適應(yīng)路由選擇，網(wǎng)絡(luò)可能早死。
該方法的優(yōu)點(diǎn)為：不需保存網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒑瓦M(jìn)行路由計(jì)算。簡單，對計(jì)算資源依賴低。
該方法的缺點(diǎn)為：存在信息爆炸、信息重復(fù)問題；并未考慮各節(jié)點(diǎn)能量，部分節(jié)點(diǎn)能量會(huì)提前耗盡網(wǎng)絡(luò)有早死可能。
該方法主要適用于：小規(guī)模，健壯性要求高的應(yīng)用。
3.2 DD路由
DD（directed diffusion）定向擴(kuò)散路由是一個(gè)經(jīng)典的基于數(shù)據(jù)的、查詢驅(qū)動(dòng)的路由協(xié)議[3]。實(shí)現(xiàn)過程可分為興趣擴(kuò)散、梯度建立、路徑加強(qiáng)三個(gè)階段。對每個(gè)階段的詳盡分析如下。
（1）匯聚節(jié)點(diǎn)通過興趣消息擴(kuò)散發(fā)出查詢?nèi)蝿?wù)，興趣消息（例如監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的濕度、溫度信息等）采用洪泛方式傳播給所有傳感器節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都在本地保存一個(gè)興趣列表，其中專門設(shè)置一個(gè)表項(xiàng)用來記錄發(fā)送該興趣消息的鄰居節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)發(fā)送速率和時(shí)間戳等相關(guān)信息。
（2）在上一階段的消息傳播過程中，路由協(xié)議逐跳地在各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)上建立反方向的從數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸梯度。
（3）傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)以傳輸梯度選擇較優(yōu)的路徑，并沿梯度方向傳遞到匯聚節(jié)點(diǎn)。
這一方法的優(yōu)點(diǎn)在于：該協(xié)議的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)融合操作，能減少數(shù)據(jù)通信量，節(jié)點(diǎn)只需要和鄰居節(jié)點(diǎn)通信，使用查詢驅(qū)動(dòng)機(jī)制按需建立路由， 數(shù)據(jù)的發(fā)送是基于需求的等節(jié)能特性。而且采用了多路徑方式，健壯性好。
該方法的缺點(diǎn)是：使用洪泛方式傳播興趣消息，梯度建立需一定的時(shí)間和能量開銷，收到的數(shù)據(jù)可能有重復(fù)。
該法主要適用于：具有極好的健壯性，可用于軍事目的。不適合多Sink網(wǎng)絡(luò)。
3.3 謠傳路由
謠傳路由（Rumor Routing）使用了查詢消息的單播隨機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。其實(shí)現(xiàn)過程為：每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)鄰居列表和一個(gè)事件列表，當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測到一個(gè)事件發(fā)生時(shí)，在事件列表中增加一個(gè)表項(xiàng)并根據(jù)概率產(chǎn)生一個(gè)消息，消息是一個(gè)包含事件相關(guān)信息的分組，消息沿隨機(jī)路徑向外擴(kuò)散傳播，鄰居節(jié)點(diǎn)收到消息后檢查自己的表項(xiàng)，并根據(jù)收到的消息中的事件更新和增加表項(xiàng)。同時(shí)，匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送的查詢消息也沿隨機(jī)路徑在網(wǎng)絡(luò)中傳播，當(dāng)消息和查詢消息的傳輸路徑交叉在一起時(shí)，就會(huì)形成一條匯聚節(jié)點(diǎn)到事件傳感器節(jié)點(diǎn)的完整路徑。
該方法的優(yōu)點(diǎn)是：有效地減少了路由建立的能量開銷，是一個(gè)能量高效的路由。
該方法的缺點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳輸路徑不是最優(yōu)路徑，可能存在路由環(huán)路問題。
該法主要適用于：多sink點(diǎn)、查詢請求數(shù)目很大、網(wǎng)絡(luò)事件很少的傳感器網(wǎng)絡(luò)。
3.4 SPIN路由
SPIN （Sensor Protocols for Information via Negotiation）路由協(xié)議是第一個(gè)基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議[3]。SPIN采用了三種數(shù)據(jù)包來通信：
（1）ADV用于新數(shù)據(jù)的廣播，當(dāng)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，利用該數(shù)據(jù)包向外廣播；
（2）REQ用于請求發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)希望接收數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送該報(bào)文；
（3）DATA包含帶有Meta-data頭部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)報(bào)文。
具體實(shí)現(xiàn)過程是：一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送DATA數(shù)據(jù)包之前，先向各鄰居節(jié)點(diǎn)以廣播方式發(fā)送ADV數(shù)據(jù)包，若某個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)希望接收這個(gè)DATA數(shù)據(jù)包，就向該節(jié)點(diǎn)發(fā)送REQ數(shù)據(jù)包，當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到REQ包后即向其鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送所接收的DATA數(shù)據(jù)包。SPIN協(xié)議的實(shí)現(xiàn)過程如圖2所示。
圖2 SPIN協(xié)議的實(shí)現(xiàn)過程
Fig.2 The implementation process of SPIN
SPIN 協(xié)議通過協(xié)商完成資源自適應(yīng)算法，即在發(fā)送真正數(shù)據(jù)之前，通過協(xié)商壓縮重復(fù)的信息，避免冗余數(shù)據(jù)的發(fā)送；此外，SPIN 協(xié)議有權(quán)訪問每個(gè)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前能量水平，根據(jù)節(jié)點(diǎn)剩余能量水平調(diào)整協(xié)議，可以在一定程度上延長網(wǎng)絡(luò)的生存期。
該方法的優(yōu)點(diǎn)為：使用ADV消息減輕了內(nèi)爆問題；通過數(shù)據(jù)命名解決了交疊問題；只發(fā)送必要的數(shù)據(jù)避免冗余；可感知節(jié)點(diǎn)剩余能量，延長網(wǎng)絡(luò)的生存期。
該方法的缺點(diǎn)為：可能出現(xiàn)“數(shù)據(jù)盲點(diǎn)”；算法較復(fù)雜，數(shù)據(jù)傳遞有時(shí)延。
該法主要適用于：對網(wǎng)絡(luò)生存期要求較高對實(shí)時(shí)性要求不高的應(yīng)用。
3.5 GEAR路由
GEAR（geographical and energy aware routing，地理位置和能量感知路由）假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)知道自己的位置信息和剩余能量信息，并通過一個(gè)簡單的Hello消息交換機(jī)制可知道所有鄰居節(jié)點(diǎn)的位置信息。已知事件區(qū)域的位置信息，節(jié)點(diǎn)間的無線鏈路是對稱的。
具體實(shí)現(xiàn)過程為：GEAR路由中查詢消息傳播分兩個(gè)階段。首先，匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)事件區(qū)域的地理位置發(fā)出查詢命令，當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到查詢數(shù)據(jù)包時(shí)，先檢查是否有鄰居比其更接近目標(biāo)區(qū)域。如有就選擇離目標(biāo)區(qū)域最近的節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)傳遞的下一跳節(jié)點(diǎn)。如果查詢數(shù)據(jù)包已經(jīng)到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，該節(jié)點(diǎn)利用受限的擴(kuò)散方式該數(shù)據(jù)將查詢命令傳播到區(qū)域內(nèi)的所有其他節(jié)點(diǎn)。相關(guān)節(jié)點(diǎn)則將監(jiān)測數(shù)據(jù)沿查詢消息的反向路徑向匯聚節(jié)點(diǎn)傳送。
該方法的優(yōu)點(diǎn)是：避免采用洪泛方式使路由建立過程的開銷過大。
該方法的缺點(diǎn)是：缺乏足夠的拓?fù)湫畔?，路由過程中可能遇到路由空洞。
該法主要適用于：節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性不強(qiáng)的應(yīng)用環(huán)境。
3.6 GEM路由
GEM（graph embedding）地理位置路由的基本思想是建立一個(gè)虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng)（VPCS， Virtual Polar Coordinate System），網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是各節(jié)點(diǎn)形成的一個(gè)以匯聚節(jié)點(diǎn)為根的帶環(huán)樹，每個(gè)節(jié)點(diǎn)用到樹根的跳數(shù)距離和角度范圍來表示，節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)路由通過這個(gè)帶環(huán)樹實(shí)現(xiàn)。
實(shí)現(xiàn)過程是：
⑴建立路由。
①建立虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng)，②由跳數(shù)建立路由，③擴(kuò)展到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)形成生成樹型結(jié)構(gòu)，④從葉節(jié)點(diǎn)開始反饋?zhàn)訕涞拇笮?，即樹中包含的?jié)點(diǎn)數(shù)目，⑤確定每個(gè)子節(jié)點(diǎn)的虛擬角度范圍。
⑵傳送消息。節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)消息就檢查是否在自己的角度范圍內(nèi)，不在自己的角度范圍內(nèi)就向父節(jié)點(diǎn)傳遞，最終消息到達(dá)包含目的位置角度的節(jié)點(diǎn)。
⑶更新路由。當(dāng)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化（比如節(jié)點(diǎn)加入和節(jié)點(diǎn)失效）時(shí)需及時(shí)更新路由。
該方法的優(yōu)點(diǎn)是：用生成樹、虛擬極坐標(biāo)等使轉(zhuǎn)發(fā)更有目的性，減少通信次數(shù)節(jié)約能量。
該方法的缺點(diǎn)是：建立虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng)等較復(fù)雜，需耗費(fèi)時(shí)間及計(jì)算資源。
該法主要適用于：以數(shù)據(jù)中心為存儲(chǔ)方式的傳感器網(wǎng)絡(luò)。
3.7 LEACH路由
LEACH（low energy adaptive clustering hierarchy，低功耗自適應(yīng)集簇分層路由協(xié)議）是第一個(gè)提出數(shù)據(jù)聚合的層次路由協(xié)議，是一種自適應(yīng)分簇路由算法。具體實(shí)現(xiàn)過程為：LEACH 不斷地循環(huán)執(zhí)行簇的重構(gòu)過程，通?？梢苑譃閮蓚€(gè)階段。一是簇的建立階段。在該階段按均等的機(jī)會(huì)選舉出簇頭使網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)相對均衡地消耗能量，選舉出的簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行廣播告知整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，未被選為簇頭的普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的信號強(qiáng)弱選擇加入的簇。在選舉簇頭時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)值，小于某閾值的節(jié)點(diǎn)就成為簇首節(jié)點(diǎn)。二是傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定階段。在該階段中，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到簇首節(jié)點(diǎn)，簇首節(jié)點(diǎn)將信息融合后送給匯聚點(diǎn)。一段時(shí)間后，重新建立簇，不斷循環(huán)。每次簇頭都會(huì)由于為他家提供服務(wù)而消耗較多的能量，但簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)因?yàn)槭嵌纪ㄟ^簇頭結(jié)點(diǎn)與基站進(jìn)行通信，而減少了直接與基站進(jìn)行通信的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，進(jìn)而也減少了網(wǎng)絡(luò)總體的能量消耗。
該方法的優(yōu)點(diǎn)是：容易在簇頭進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，可減少數(shù)據(jù)通信量；隨機(jī)選擇簇頭，平均分擔(dān)路由業(yè)務(wù)，能量消耗均衡，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間較長；并且容易擴(kuò)展。
該方法的缺點(diǎn)是：選舉出的簇頭分布不均勻；分簇有額外開銷及覆蓋問題。
該法主要適合于：每個(gè)節(jié)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)量基本相同，數(shù)據(jù)量較均衡的應(yīng)用。不適合突發(fā)數(shù)據(jù)通信。
3.8 PEGASIS 協(xié)議
PEGASIS （ power efficient gathering in sensor information systems） 是一種基于貪婪算法的路由策略。該協(xié)議的核心思想與LEACH一致，即盡量減少直接與基站進(jìn)行通信的節(jié)點(diǎn)數(shù)量[4]。其實(shí)現(xiàn)過程為：首先使用貪婪算法構(gòu)成一條邊長之和接近最小的鏈，該策略在每輪會(huì)選舉一個(gè)鏈內(nèi)簇頭節(jié)點(diǎn)，當(dāng)通信開始的時(shí)候，數(shù)據(jù)會(huì)從最遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)開始沿鏈向簇首節(jié)點(diǎn)發(fā)送，每經(jīng)過一個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)融合，直至到達(dá)簇首節(jié)點(diǎn)后由簇首節(jié)點(diǎn)將融合后的數(shù)據(jù)發(fā)送到基站。
該方法的優(yōu)點(diǎn)是：每個(gè)節(jié)點(diǎn)都以最小能量、最少次數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)包，能量高效，能量消耗相對均衡；數(shù)據(jù)融合完備，冗余量低。
該方法的缺點(diǎn)是：鏈內(nèi)簇首節(jié)點(diǎn)的失效將破壞整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，容錯(cuò)性差；節(jié)點(diǎn)較多時(shí)，形成的鏈會(huì)很長，如此即會(huì)使數(shù)據(jù)延遲加重，實(shí)時(shí)性差。
該法主要適用于：追求網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的中等規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。
4 WSN經(jīng)典路由協(xié)議比較
延長網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間是大多數(shù)WSN路由協(xié)議致力達(dá)到的首要目標(biāo)，這就要求WSN路由協(xié)議提供節(jié)能策略，具有能量有效性以延長節(jié)點(diǎn)的壽命，也要求WSN路由協(xié)議能均衡地消耗能量，以及具有快速收斂性。很多應(yīng)用場合對WSN路由協(xié)議的可擴(kuò)展性也提出了要求，另外一些應(yīng)用則對健壯性也提出了要求。根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)，文中對以上WSN經(jīng)典路由協(xié)議進(jìn)行比較，比較結(jié)果如表1所示。
表1 各經(jīng)典協(xié)議的比較
Tab.1 The comparison of classic routing protocols
協(xié)議名稱 分類描述 特點(diǎn) 節(jié)能策略 可擴(kuò)展性 健壯性 網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間
Flooding 平面、多路徑 采用洪泛、能量消耗快 無 只能小規(guī)模網(wǎng)絡(luò) 很好 短
DD 平面、基于數(shù)據(jù)、查詢驅(qū)動(dòng)、按需、多路徑 興趣擴(kuò)散采用洪泛 有限 受限 很好 稍長
Rumor Roution 平面，按需 查詢消息單播隨機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)、能量高效 有 受限 好 較長
SPIN 平面、能量感知、基于數(shù)據(jù)、按需 網(wǎng)絡(luò)生存期長 有 好 好 較長
GEAR 平面、能量感知、基于地理位置、主動(dòng) 根據(jù)事件區(qū)域的地理位置發(fā)出查詢命令 有 好 好 較長
GEM 平面、基于地理位置、主動(dòng) 利用虛擬極坐標(biāo)算法發(fā)送消息 有 好 好 較長
LEACH 分層、主動(dòng) 隨機(jī)產(chǎn)生簇頭能量均衡消耗、數(shù)據(jù)聚合 有 很好 簇頭可能失效 長
PEGASIS 分層、主動(dòng)、 能量高效、能耗均衡、數(shù)據(jù)聚合 有 好 鏈?zhǔn)卓赡苁А㈡溈赡軘?很長
由表1可見，其中的WSN經(jīng)典路由協(xié)議在設(shè)計(jì)時(shí)均有各自的側(cè)重點(diǎn)和最優(yōu)的方面，因而雖然可以對這些協(xié)議按一些衡量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，但卻不能得出哪個(gè)協(xié)議最好的結(jié)論。但是這些協(xié)議的出現(xiàn)都極大地推進(jìn)和影響了WSN路由協(xié)議的發(fā)展，并且對WSN路由協(xié)議的研究和改進(jìn)具有不可言喻的重大意義。
5 結(jié)束語
WSN的路由協(xié)議選用與以下幾個(gè)因素密切相關(guān)：
（1）應(yīng)用場合。應(yīng)用場合不同，最重視的網(wǎng)絡(luò)屬性也相應(yīng)不同，應(yīng)選用最重視屬性為優(yōu)的協(xié)議。
（2）網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量的多少?zèng)Q定協(xié)議的選用，節(jié)點(diǎn)太多要考慮分層協(xié)議，節(jié)點(diǎn)很少才能考慮應(yīng)用某些協(xié)議，諸如Flooding協(xié)議。
（3）網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)是否同構(gòu)。節(jié)點(diǎn)異構(gòu)可優(yōu)先考慮分層協(xié)議，并選取能量多能力強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)作為簇頭。
（4）網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸頻率及數(shù)據(jù)量大小。據(jù)此可選用更合適的協(xié)議。
本文對WSN的經(jīng)典路由協(xié)議進(jìn)行了介紹和比較，以期對簡單背景下的路由算法選用提供參考，而對復(fù)雜的應(yīng)用即需要考慮對協(xié)議的改造及單獨(dú)設(shè)計(jì)。本文并未考慮安全性等方面的要求，而且只是對涉及到的有限幾個(gè)方面的性能進(jìn)行了比較，亟需后續(xù)研究的進(jìn)一步完善。
參考文獻(xiàn)：
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[2] 李曉維.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.
篇4
MANET為Mobile Ad hoc network的簡稱,移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)(MANET)是一種無線自組織網(wǎng)絡(luò),由一組自由移動(dòng)的無線節(jié)點(diǎn)組成。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)同時(shí)具有普通節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)的能力,通過相互協(xié)作完成無線信號覆蓋范圍外的節(jié)點(diǎn)間通信。因此,網(wǎng)絡(luò)的配置展開不需要固定的基礎(chǔ)設(shè)施,具有較高靈活性,在軍事、緊急救助、商業(yè)等領(lǐng)域有較好應(yīng)
用前景。
2、MANET路由安全分析
因?yàn)橐苿?dòng)Ad hoe網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特特征,它不但有傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的安全問題,還有一些新的問題。在無線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的大部分路由協(xié)議中,為了建立路由,節(jié)點(diǎn)間需交換網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)湫畔?。這使得路由協(xié)議成為惡意節(jié)點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò)攻擊的主要目標(biāo)。從對移動(dòng)Ad hoe網(wǎng)絡(luò)中路由協(xié)議的攻擊方式來看,分為主動(dòng)攻擊和被動(dòng)攻擊兩種。
被動(dòng)攻擊是指惡意節(jié)點(diǎn)并不發(fā)起對路由協(xié)議的攻擊,只監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)中的路由信息,從中獲取有用內(nèi)容。例如攻擊者通過分析所捕獲的數(shù)據(jù),得知通向某個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由請求較其它點(diǎn)更頻繁,可能就會(huì)對該節(jié)點(diǎn)發(fā)起攻擊,從而影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全和性能;或者從信息中分析網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點(diǎn)的位置,使得網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔⒈槐┞丁＿@種攻擊方式一般不易監(jiān)測。
主動(dòng)攻擊是指攻擊者惡意插入路由數(shù)據(jù)包、更改路由信息、發(fā)送錯(cuò)誤或無效的路由信息達(dá)到攻擊目的。其攻擊來源有兩種,一是外部惡意攻擊者,二是內(nèi)部的不安全節(jié)點(diǎn)。外部攻擊者主要是通過插入錯(cuò)誤的路由信息,廣播過時(shí)路由信息或修改信息內(nèi)容來分隔網(wǎng)絡(luò),或產(chǎn)生大量的重傳信息和無效路由來加大網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。內(nèi)部不安全節(jié)點(diǎn),是指網(wǎng)絡(luò)中具有合法用戶身份的節(jié)點(diǎn)受惡意節(jié)點(diǎn)利用,向其他節(jié)點(diǎn)廣播不正確的路由信息,從而影響其它用戶的安全工作。
3、MANET安全路由協(xié)議
MANET中的路由功能是通過中間節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作實(shí)現(xiàn)的,因此中間節(jié)點(diǎn)的可信程度將會(huì)影響到路由的安全性。如兩節(jié)點(diǎn)間存在鏈接,但不一定是可信鏈接;源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間存在的路由,由若干鏈接組成,但不一定是可信路由。這就需要建立一種信任模型提供對節(jié)點(diǎn)間的信任關(guān)系的維護(hù)、管理,從而提高鏈接和路由的可信性。
3.1現(xiàn)有信任模型
現(xiàn)有MANET路由協(xié)議安全方案中的信任模型包括:嚴(yán)格層次模型、分布式信任模型、PGP模型三種。嚴(yán)格層次模型主要采用PKI思想,需要存在可信第三方負(fù)責(zé)公鑰證書的管理,屬于集中式管理,管理中心的配置將影響網(wǎng)絡(luò)性能及安全性。分布式信任模型是在PKI的基礎(chǔ)上,將管理中心利用門限方案分散到網(wǎng)絡(luò)中,只有滿足門限要求數(shù)量的節(jié)點(diǎn)才能簽發(fā)/撤銷證書,提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性,但帶來較大的網(wǎng)路開銷,網(wǎng)絡(luò)可用性被降低。PGP模型是以用戶為中心的信任模型,每個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)維護(hù)與自身有關(guān)的關(guān)系,此類模型的安全性不高,不適用于大規(guī)模安全網(wǎng)絡(luò)。MANET路由協(xié)議運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同環(huán)境中,節(jié)點(diǎn)問信任關(guān)系是動(dòng)態(tài)變化的,因此需要建立一種動(dòng)態(tài)信任模型,可以根據(jù)具體地路由行為調(diào)整節(jié)點(diǎn)間信任關(guān)系,同時(shí)考慮網(wǎng)絡(luò)安全性、可用性及協(xié)議性能的平衡。模型應(yīng)滿足如下需求:
(1)分布式:路由功能是通過節(jié)點(diǎn)間協(xié)同操作完成的,因此信任模型的建立應(yīng)該反映節(jié)點(diǎn)間的協(xié)同關(guān)系,即分布式管理;
(2)動(dòng)態(tài)性:節(jié)點(diǎn)間的信任關(guān)系應(yīng)根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),節(jié)點(diǎn)行為等因素動(dòng)態(tài)調(diào)整;
(3)行為約束:模型應(yīng)具有約束節(jié)點(diǎn)行為的能力,使得節(jié)點(diǎn)行為滿足安全需求。
3.2動(dòng)態(tài)信任模型
動(dòng)態(tài)信任模型的基本思想是根據(jù)感知的節(jié)點(diǎn)行為動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)間的信任關(guān)系。在MANET中主要是維護(hù)鄰居節(jié)點(diǎn)間的信任關(guān)系。節(jié)點(diǎn)行為的采集方法主要分為兩類:被動(dòng)方式和主動(dòng)方式。被動(dòng)方式主要依靠混雜監(jiān)聽獲得節(jié)點(diǎn)行為,由于無線信道存在信號沖突問題所以該方法準(zhǔn)確性不高。主動(dòng)方式主要依靠錯(cuò)誤查詢/回復(fù)機(jī)制,將錯(cuò)誤定位到某兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的鏈接。節(jié)點(diǎn)行為的采集范圍主要是反映路由功能的行為,包括路由請求、路由回復(fù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、差錯(cuò)信息等,應(yīng)根據(jù)具體協(xié)議制定。動(dòng)態(tài)信任模型主要分為三個(gè)部分:信任來源、信任量化和信任計(jì)算。信任來源:信任來源分為兩類,直接信任和推薦信任。直接信任依靠混雜監(jiān)聽模式獲得鄰居節(jié)點(diǎn)行為,包括數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)、控制包轉(zhuǎn)發(fā)、路由發(fā)現(xiàn)/回復(fù)、路由出錯(cuò)等。推薦信任主要依靠錯(cuò)誤詢問/回復(fù)機(jī)制,根據(jù)路由中間節(jié)點(diǎn)的回復(fù)消息將錯(cuò)誤定位到兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的鏈接;信任劃分:根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境和具體安全需求將信任劃分為不同等級?？梢圆扇∵B續(xù)方式,例如將信任度規(guī)定在[o,1]之間,也可以采取離散方式,例如將安全劃分為1至5五個(gè)信任等級;信任評估:根據(jù)節(jié)點(diǎn)行為對信任關(guān)系的影響程度賦予不同的權(quán)值。例如,將路由偽造、篡改,數(shù)據(jù)包丟棄分配不同的權(quán)值。
3.3 MANET路由協(xié)議
到目前為止,已提出的適用于MANET網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議已有十幾種,如DSDV、WRP、FSR、AODV、DSR、TORA、LAR、OLSR等。
3.4 MANET 安全路由協(xié)議
解決移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)獨(dú)有特點(diǎn)所帶來的安全要求,國外許多研究者相繼提出不同的見解和方案。以下幾種方案具有代表性,普遍為該領(lǐng)域內(nèi)專業(yè)人員引述:
SPAAR(安全定位Ad hoc路由協(xié)議),采用基于位置的設(shè)計(jì)思想,要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)許通過GPS(全球定位系統(tǒng))或其他定位服務(wù)掌握自己的地理位置,并擁有可信任認(rèn)證服務(wù)器的身份認(rèn)證。SPAAR協(xié)議的工作前提是各個(gè)節(jié)點(diǎn)只與自己的單跳(one―hop)鄰節(jié)點(diǎn)通信。而每次處理路由時(shí),對節(jié)點(diǎn)的身份驗(yàn)證則可能導(dǎo)致通信延時(shí)。前述內(nèi)容無疑都增加了路由開銷。故該協(xié)議只適合于高危險(xiǎn)性的戰(zhàn)略環(huán)境。
基于DSDV(目的節(jié)點(diǎn)排序距離矢量路由協(xié)議)的表驅(qū)動(dòng)式路由協(xié)議SEAD(安全有效的距離矢量路由協(xié)議),以及基于Adhoc網(wǎng)絡(luò)DSR(動(dòng)態(tài)源路由協(xié)議)思想的按需路由安全協(xié)議Ariadne。因此該協(xié)議可以保證路由信息的完整性,但是網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)必須及時(shí)的更新自己的路由表的記錄內(nèi)容,否則會(huì)加大認(rèn)證開銷。同時(shí),由于采用了距離矢量路由算法,該機(jī)制受到網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的約束。后者引用廣播認(rèn)證機(jī)制TESLA,利用其中的MAC(消息鑒別碼)對消息來源加以認(rèn)證確保信息的真實(shí)性,從而避免了路由黑洞,路由偽造等攻擊。但是,TESLA機(jī)制要求通信時(shí)鐘同步,在Ad hoe網(wǎng)絡(luò)中由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性,這一點(diǎn)根本無法保證。
SRP(安全路由協(xié)議),使用此協(xié)議的前提是源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間已經(jīng)建立的安全連接(S A),并擁有共享密鑰。SRP包頭附加于Ad hoc基本路由協(xié)議之后,其中攜帶了請求序列號和請求識別符用以表明路由包的及時(shí)性,以及消息鑒別碼MAC。MAC的計(jì)算是以源節(jié)點(diǎn)地址、目的節(jié)點(diǎn)地址、每個(gè)路由請求的序列號以及源節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的共享密鑰作為單向散列函數(shù)的輸入而產(chǎn)生。每次RREQ包到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)后,目的節(jié)點(diǎn)都對其中的路由信息進(jìn)行Hash運(yùn)算(利用共享密鑰K)生成相應(yīng)的MAC,再通過RREP包把路由信息連同MAC一起返回給源節(jié)點(diǎn)。
SAR(安全意識路由協(xié)議),該協(xié)議允許用戶劃分路由協(xié)議的安全等級。該協(xié)議提出“保護(hù)質(zhì)量”(Quality of Protection)的思想,把網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)劃分為多個(gè)信任級,具有某一個(gè)信任等級的節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)只選擇同級別的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。源節(jié)點(diǎn)發(fā)起的路由發(fā)現(xiàn)請求也同樣需要設(shè)定安全等級。為了實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)目標(biāo),假設(shè)每個(gè)信任級別中的所有節(jié)點(diǎn)均共享一個(gè)安全連接SA(Secure Association)。各節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)時(shí)對所有的RREQ、RREP等路由維護(hù)數(shù)據(jù)包均用本信任級別的密鑰加密后再傳送。
4、總結(jié)
與其他無線網(wǎng)絡(luò)不同的是,Ad hoc網(wǎng)絡(luò)沒有部署可信賴的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,其安全問題主要關(guān)注的是如何確保分布式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能安全地操作,以及如何在對等節(jié)點(diǎn)之間建立起信任關(guān)系。這在很大程度上依賴于路由是否安全及密鑰管理機(jī)制是否健全。路由安全一般在控制層面利用消息認(rèn)證技術(shù)來解決,而密鑰管理機(jī)制則相對復(fù)雜,其難點(diǎn)在于必須以自組織的方式管理所需的密鑰信息,而基于門限加密機(jī)制的密鑰管理服務(wù)可能是一個(gè)非常有潛力的解決方案。
參考文獻(xiàn):
篇5
捷徑路由思想是Cluster－Tree改進(jìn)協(xié)議中提出的新思想。改進(jìn)協(xié)議的主體思想為:在節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包到其父節(jié)點(diǎn)或子節(jié)點(diǎn)之前，檢查其鄰居表，并根據(jù)所提出的找尋捷徑路徑策略找到可以減少到目的節(jié)點(diǎn)路由成本的捷徑節(jié)點(diǎn)，此節(jié)點(diǎn)可以作為到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)，而不必是父或子節(jié)點(diǎn)。幫助尋找從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)之間的一條跳數(shù)最小路徑，以此改善網(wǎng)絡(luò)的性能，從而降低網(wǎng)絡(luò)的總體能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)的生存壽命。捷徑路由思想:首先定義一個(gè)路徑P，路徑包含了一個(gè)有序的節(jié)點(diǎn)集合［P1，P2，…，Pn］，其中P1是路由路徑中的源節(jié)點(diǎn)，Pn是目的節(jié)點(diǎn)。在這條路徑當(dāng)中，如果有一條鏈路?Pi，Pj，j＞i+1，當(dāng)這條新路徑的損耗低于原路徑時(shí)，將這條子路徑?Pi，Pj稱為是一個(gè)原Cluster－Tree算法的捷徑路由路徑(Crosscut)。如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)X，滿足以下3個(gè)條件，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)X就是節(jié)點(diǎn)Pi的捷徑節(jié)點(diǎn):(1)X是Pi的鄰居節(jié)點(diǎn)，但不是Pi的父節(jié)點(diǎn)或子節(jié)點(diǎn)。(2)X也是路由路徑P節(jié)點(diǎn)集中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。(3)X是一個(gè)在路由路徑P有序節(jié)點(diǎn)集中，排在節(jié)點(diǎn)Pi后面的節(jié)點(diǎn)。在不同數(shù)據(jù)傳輸方向下的整體捷徑路由節(jié)點(diǎn)尋找過程如圖3所示。由于網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)雜性，數(shù)據(jù)包傳輸方向多數(shù)可以分成上行和下行兩部分，這種數(shù)據(jù)包稱為混合型路由數(shù)據(jù)包。在此對這種類型的捷徑路由的尋找進(jìn)行說明。如果在原Cluster－Tree協(xié)議的路由路徑中，可以發(fā)現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)X是Pi的鄰居列表中的一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，但它既不是Pi的父節(jié)點(diǎn)又不是其子節(jié)點(diǎn)。從這個(gè)條件，可以推出從X滿足上式(1)，那么容易看出，X是源節(jié)點(diǎn)P1或目的節(jié)點(diǎn)Pn的父輩。從式(2)可以看出，節(jié)點(diǎn)X的深度大于或等于整個(gè)路徑P所有節(jié)點(diǎn)中最小的深度。通過路由路徑中的源節(jié)點(diǎn)地址和目的節(jié)點(diǎn)地址，可以計(jì)算出源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)所有的共同父輩節(jié)點(diǎn)。而共同父輩節(jié)點(diǎn)中最大的網(wǎng)絡(luò)深度就是在整個(gè)路由路徑中的所有節(jié)點(diǎn)的最小深度時(shí)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)X是路由路徑中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)又滿足式(1)和式(2)的條件，如果節(jié)點(diǎn)Pi是目的節(jié)點(diǎn)Pn的一個(gè)父輩節(jié)點(diǎn)，而Pi又是X的父輩節(jié)點(diǎn)，那么就可以推測出X一定是在路由路徑P有序節(jié)點(diǎn)集中，排在節(jié)點(diǎn)Pi后面的節(jié)點(diǎn);或者當(dāng)節(jié)點(diǎn)Pi是源節(jié)點(diǎn)P1的父輩節(jié)點(diǎn)，而節(jié)點(diǎn)X是目的節(jié)點(diǎn)Pn的父輩節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)X的網(wǎng)絡(luò)深度D(X)要小于節(jié)點(diǎn)Pi的網(wǎng)絡(luò)深度D(Pi)，則X也在路由路徑P中，排在節(jié)點(diǎn)Pi之后，上述兩種情況，當(dāng)數(shù)據(jù)包傳送到節(jié)點(diǎn)Pi時(shí)，它選擇的下一跳節(jié)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)X，也就是節(jié)點(diǎn)Pi的捷徑節(jié)點(diǎn)，從而降低路由成本。
1.2路由代價(jià)函數(shù)
上文中提到了捷徑路由的想法，但只憑借尋找到捷徑點(diǎn)并不能完全延長網(wǎng)絡(luò)壽命，原因是當(dāng)尋找的路徑中所含節(jié)點(diǎn)的剩余能量低于某個(gè)安全值時(shí)，剩余的電量并不能承擔(dān)傳遞數(shù)據(jù)的能量負(fù)載，那么這條路徑就并非最優(yōu)路徑，反而使用這條路徑會(huì)承擔(dān)分割網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)，所以這里提到了路由代價(jià)函數(shù)的能量計(jì)算函數(shù)，通過計(jì)算經(jīng)過某路徑的代價(jià)，得出這條路徑被選擇的安全系數(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在傳輸過程中更穩(wěn)定。代價(jià)函數(shù)定義:在某時(shí)刻t路徑j(luò)的路由代價(jià)為個(gè)RREQ分組，通過比較RREQ條目中的Metric值，選擇Metric最大的節(jié)點(diǎn)并將該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記錄，產(chǎn)生RREP回復(fù)給源節(jié)點(diǎn)，若該節(jié)點(diǎn)為中繼節(jié)點(diǎn)，則繼續(xù)將自己的RREQ分組進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，直至目的節(jié)點(diǎn)收到RREQ形成反向路徑。因此，合理的路由代價(jià)函數(shù)設(shè)計(jì)，對找出最佳的節(jié)點(diǎn)延長網(wǎng)絡(luò)生存周期是關(guān)鍵。
2ZigBee改進(jìn)路由算法仿真分析結(jié)果
通過對不同協(xié)議的性能比較與分析來說明新協(xié)議研究的可行性，因此本文利用NS－2軟件對ZigBee路由協(xié)議進(jìn)行仿真，從仿真圖中證明運(yùn)用尋找捷徑節(jié)點(diǎn)，并計(jì)算能量代價(jià)的算法能否有效降低網(wǎng)絡(luò)能耗，并延長網(wǎng)絡(luò)的有效運(yùn)行時(shí)間。以下仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)定:網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)50個(gè)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間50s，場景大小1000m×1000m，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)最大速度50m/s，圖5和圖6為在不同網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間下得出ZigBee路由協(xié)議與改進(jìn)協(xié)議的路由開銷率與網(wǎng)絡(luò)平均延時(shí)曲線。從圖中可以看出，捷徑節(jié)點(diǎn)的尋找大幅降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路由開銷與平均延時(shí)值，并且改善了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變化的不穩(wěn)定情況，曲線程平緩變化。除此之外在圖中也可以看出結(jié)合路由代價(jià)函數(shù)后進(jìn)一步完善了整個(gè)路由協(xié)議，使得協(xié)議在不同的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間下的路由開銷與延時(shí)又大幅降低。因此，根據(jù)以上分析，新協(xié)議可以降低開銷、改善網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
篇6
Actual Situation Combining Studying Routing Protocol
LI Wan-gao, HU Yao-dong
(Network Management Center, Henan Institute of Engineering, Zhengzhou 451191,China)
Abstract: Routing protocols is a important member of the TCP/IP protocol family, Is the cornerstone of the current Internet, First, this paper introduce several going routing protocols for the current Internet applications,analyzes the characteristics of the three most important routing protocols( RIP,OSPF,BGP). Then combine the network teaching and network training, Introduce several virtual or simulation methods, Study, configure, analysis the related routing protocols.We realize to study ,configure, analysis routing protocol and to capture, analysis the protocols at the lower of teaching, training costs.
Key words: RIP; OSPF; BGP; netsim; dynamips; zebra
1 引言
由于當(dāng)前社會(huì)信息化的不斷推進(jìn),人們對數(shù)據(jù)通信的需求日益增加。自TCP/IP協(xié)議簇于七十年代中期推出以來,現(xiàn)已發(fā)展成為網(wǎng)絡(luò)層通信協(xié)議的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn),基于TCP/IP的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)也成為了最大、最重要的網(wǎng)絡(luò)。路由器作為IP網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備已經(jīng)得到空前廣泛的應(yīng)用。
2 路由器的概念及工作原理
路由器是工作在OSI參考模型第三層--網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備,它通過路由表決定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā),轉(zhuǎn)發(fā)策略稱為路由選擇(routing),這就是路由器名稱的由來(router,轉(zhuǎn)發(fā)者)。路由器通過轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連,所以路由器是Internet網(wǎng)絡(luò)的主要節(jié)點(diǎn)設(shè)備。
雖然路由器可以支持多種協(xié)議(如TCP/IP、IPX/SPX、AppleTalk等協(xié)議),但大多數(shù)路由器運(yùn)行TCP/IP協(xié)議。路由器通常連接兩個(gè)或多個(gè)由IP子網(wǎng)或點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議標(biāo)識的邏輯端口,至少擁有1個(gè)物理端口。路由器根據(jù)收到數(shù)據(jù)包中的網(wǎng)絡(luò)層地址以及路由器內(nèi)部維護(hù)的路由表決定輸出端口以及下一跳地址,并且重寫鏈路層數(shù)據(jù)包頭實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。路由器通過路由表來反映當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?并通過與網(wǎng)絡(luò)上其他路由器交換路由和鏈路信息來維護(hù)路由表。
3 主流路由協(xié)議及特點(diǎn)
決定路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的方法可以是人為指定,即采用靜態(tài)路由,但人為指定工作量大,而且不能采取靈活的策略,于是動(dòng)態(tài)路由協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生,動(dòng)態(tài)路由協(xié)議通過傳播、分析、計(jì)算、挑選路由,來實(shí)現(xiàn)路由發(fā)現(xiàn)、路由選擇、路由切換和負(fù)載分擔(dān)等功能。
Internet上現(xiàn)在大量運(yùn)行的路由協(xié)議有RIP、OSPF和BGP。RIP、OSPF是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(Interior Gateway Protocol,簡稱IGP),適用于單個(gè)ISP的網(wǎng)絡(luò)。由一個(gè)ISP運(yùn)營和管
理的網(wǎng)絡(luò)稱為一個(gè)自治系統(tǒng)(AS),BGP是自治系統(tǒng)間的路由協(xié)議,是一種外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。
RIP協(xié)議(Routing Information Protocol)是推出時(shí)間最長的路由協(xié)議,也是最簡單的路由協(xié)議。它是“路由信息協(xié)議”的縮寫,主要傳遞路由信息(路由表)來廣播路由:每隔30秒,廣播一次路由表,維護(hù)相鄰路由器的關(guān)系,同時(shí)根據(jù)收到的路由表計(jì)算自己的路由表。RIP運(yùn)行簡單,適用于小型網(wǎng)絡(luò),Internet上還在部分使用著RIP。
OSPF(Open Shortest Path First)協(xié)議是“開放最短路由優(yōu)先”的縮寫?！伴_放”是針對當(dāng)時(shí)某些廠家的“私有”路由協(xié)議而言,而正是因?yàn)閰f(xié)議開放性,才造成OSPF今天強(qiáng)大的生命力和廣泛的用途。它通過傳遞鏈路狀態(tài)(連接信息)來得到網(wǎng)絡(luò)信息,維護(hù)一張網(wǎng)絡(luò)有向拓?fù)鋱D,利用最小生成樹算法(SPF算法)得到路由表。OSPF是一種相對復(fù)雜的路由協(xié)議。
總的來說,OSPF、RIP都是自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由協(xié)議,適合于單一的ISP使用。一般說來,整個(gè)Internet并不適合使用單一的路由協(xié)議,因?yàn)楦鱅SP有自己的利益,不愿意提供自身網(wǎng)絡(luò)詳細(xì)的路由信息。為了保證各ISP利益,標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了ISP間的路由協(xié)議BGP。
BGP(Border Gateway Protocol)是“邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議”的縮寫,處理各ISP之間的路由傳遞。其特點(diǎn)是有豐富的路由策略,這是RIP、OSPF等協(xié)議無法做到的,因?yàn)樗鼈冃枰值男畔⒂?jì)算路由表。BGP通過ISP邊界的路由器加上一定的策略,選擇過濾路由,把RIP、OSPF、BGP等的路由發(fā)送到對方。BGP的出現(xiàn),引起了Internet的重大變革,它把多個(gè)ISP有機(jī)的連接起來,真正成為全球范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)。
4 學(xué)習(xí)路由協(xié)議的方法
動(dòng)態(tài)、健壯的路由對于 Internet 網(wǎng)絡(luò)來說極其重要,因此任何一個(gè)初涉此領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)工程師不僅需要理解路由的概念,而且要有能力在復(fù)雜的的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下正確使用各種路由協(xié)議。但是,對于大多數(shù)人來說,只有在學(xué)?；蛘呔W(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中才有條件學(xué)習(xí)路由,而且還要一直受到實(shí)踐時(shí)間和實(shí)踐條件的困擾。如何克服這些不利的條件快速、高效地學(xué)習(xí)并掌握路由器的配置?掌握動(dòng)態(tài)路由的交互過程?下面結(jié)合作者的體會(huì),給出了三種虛實(shí)結(jié)合的學(xué)習(xí)路由協(xié)議的方法。
4.1 使用模擬軟件
這種方法被網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)廣泛的使用,通常培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的做法是購買一到兩臺(tái)低端的路由器,讓學(xué)員熟悉硬件基本結(jié)構(gòu)及軟件的配置管理后,大量使用模擬軟件來代替真實(shí)的實(shí)驗(yàn)。例如,思科的認(rèn)證大量使用Boson Netsim for CCNA(CCNP)等軟件,華為的認(rèn)證采用HW-RouteSim等軟件。
這些軟件共同的特征是通過經(jīng)典的實(shí)驗(yàn),讓學(xué)員快速掌握設(shè)備配置的能力,但這些實(shí)驗(yàn)的共同特征是受到設(shè)備數(shù)量的限制,通常不會(huì)多于3臺(tái),很難進(jìn)行對動(dòng)態(tài)路由的配置及檢驗(yàn),即使使用自定義實(shí)驗(yàn),也很難有改觀,基本無法使用抓包工具進(jìn)行協(xié)議分析。這樣的實(shí)驗(yàn)基本是以單個(gè)設(shè)備為出發(fā)點(diǎn)的,對深入了解路由協(xié)議的交互作用不大。
4.2 使用Dynamips加真實(shí)的IOS
Dynamips是Christophe Fillot編寫的一個(gè)Cisco7200模擬器。它模擬了Cisco7206的硬件平臺(tái),而且運(yùn)行了標(biāo)準(zhǔn)的7200 IOS文件,目前的版本(0.2.8RC2,20071014)已經(jīng)可以模擬出Cisco 7200 (NPE-100 to NPE-400),Cisco 3600 (3620, 3640 and 3660),Cisco 2691,Cisco 3725, Cisco 3745,Cisco 2600 (2610 to 2650XM),Cisco 1700 (1710 to 1760)等路由器。在Web站點(diǎn),這種模擬器作用如下:
1) 作為一個(gè)培訓(xùn)平臺(tái),使用真實(shí)環(huán)境中的軟件。Cisco作為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的全球領(lǐng)頭人,這款模擬器會(huì)讓大家更熟悉Cisco的設(shè)備。
2) 測試和試驗(yàn)Cisco IOS的特性。
3) 快速檢驗(yàn)即將在真實(shí)環(huán)境中部署的配置
當(dāng)然,這個(gè)模擬器不能替代真實(shí)的路由器,對于Cisco網(wǎng)絡(luò)管理員或者想通過CCNA/CCNP/CCIE考試的人來說,是一個(gè)簡單補(bǔ)充真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的工具?？梢栽趇pflow.utc.fr/blog/ 網(wǎng)站下載原版的Dynamips,提供的有windows和Linux版本,如果不想深入了解Dynamips的機(jī)制,僅僅想用其做試驗(yàn),推薦使用工大普瑞集成好的軟件試驗(yàn)包,可以在/ 下載。
Dynamips的優(yōu)點(diǎn)是它是開放源代碼的系統(tǒng),并運(yùn)行了真實(shí)的IOS系統(tǒng),拉近了我們到高端路由的距離。使我們的計(jì)算機(jī)變成了一臺(tái)路由器,在目前的主流配置計(jì)算機(jī)上,運(yùn)行5個(gè)路由器是沒什么問題的,可以很方便的熟悉Cisco路由器,檢驗(yàn)即將工作的路由器的配置,可以分析路由的交互。Dynamips的不足是對計(jì)算機(jī)的CPU占用率有點(diǎn)高(通過對參數(shù)的修改,可以改變),另外抓取路由間交互的路由信息的不太方便。
4.3 使用Zebra路由軟件
Zebra 是一個(gè)開源的 TCP/IP 路由軟件,同 Cisco Internet 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(IOS)類似。它靈活而且具有強(qiáng)大的功能,可以處理路由信息協(xié)議(RIP)、開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議(OSPF)和邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(BGP)以及這些協(xié)議的所有變體。它的發(fā)行遵循 GNU 通用公共許可協(xié)議,可以運(yùn)行于 Linux 以及一些其他的 Unix 變體操作系統(tǒng)上。最新版本的 zebra-0.95a (20050908) 以及文檔可以從 GNU Zebra 網(wǎng)站上下載。
Zebra 的設(shè)計(jì)獨(dú)特,它采用模塊的方法來管理協(xié)議。可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需要啟用或者禁用協(xié)議。Zebra 最為實(shí)用的一點(diǎn)是它的配置形式和 Cisco IOS 極其類似。盡管它的配置與 IOS 相比還是有一些不同,但是對于那些已經(jīng)熟悉 IOS 的網(wǎng)絡(luò)工程師來說在這種環(huán)境下工作將相當(dāng)自如。
我們以Fedora Core 4 Linux為例,安裝測試zebra-0.95a的功能,可以采用普通的PC機(jī)或Vmware虛擬出的客戶機(jī),安裝兩塊以上能被系統(tǒng)識別的網(wǎng)卡。首先從下載zebra-0.95a.tar.gz,解壓縮后直接按Install文件的過程安裝,./configure,make,make check,make install完成安裝,安裝完成后配置文件位于/usr/local/etc/下,包括bgpd.conf.sample,bgpd.conf.sample2,ospf6d.conf.sample,ospfd.conf.sample,ripd.conf.sample,ripngd.conf.sample,zebra.conf.sample等文件。
基本配置和使用:zebra 守護(hù)進(jìn)程是實(shí)際的路由管理者,控制著其他模塊;而且用戶主要通過它進(jìn)行交互。最先需要配置Zebra 守護(hù)進(jìn)程,將zebra.conf.sample拷貝為zebra.conf,Zebra.conf 配置文件的內(nèi)容很簡單,除了注釋外有效的為以下三行。
hostname Router
password zebra
enable password zebra
hostname 指定了當(dāng)您進(jìn)入交互式配置方式時(shí)的路由器名。它可以是任何一個(gè)標(biāo)識,不一定要和機(jī)器的主機(jī)名相同,password 指定了登錄進(jìn)入交互式 Zebra 終端時(shí)需要的密碼。enable password 指定了當(dāng)您想要改變配置時(shí)以較高級別身份訪問 Zebra 所需要的密碼。
創(chuàng)建了 /etc/zebra/zebra.conf 文件以后,我們現(xiàn)在可以執(zhí)行下面的命令來啟動(dòng) zebra 守護(hù)進(jìn)程:
# zebra Cd
然后通過 telnet 到的機(jī)器的 2601 端口,就可以進(jìn)入 Zebra 交互式會(huì)話。
在交互式終端中操作很簡單。要獲得可用命令的提示,您可以在任何時(shí)刻按?鍵,然后命令的選項(xiàng)就會(huì)出現(xiàn)在屏幕上。如果您正在構(gòu)建您自己的 Zebra 路由器,而且您有配置 Cisco 路由器的經(jīng)驗(yàn)的話,您會(huì)覺得這個(gè)配置過程非常熟悉。
到這里為止,只有 Zebra 被配置好并且運(yùn)行起來了,但是還沒有任何其他的協(xié)議。接下來將進(jìn)入配置的實(shí)質(zhì)內(nèi)容,下面介紹這一過程。
使用 Zebra 安裝配置 RIP 路由,我們已經(jīng)在Linux上安裝配置了網(wǎng)絡(luò)接口,接下來我們再對它進(jìn)行配置,使之可以與 RIP更新協(xié)同工作。正如已經(jīng)提到過的,Zebra 使用單獨(dú)的守護(hù)進(jìn)程來實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議,所以必須首先為 RIP 守護(hù)進(jìn)程在/usr/local/etc/目錄下創(chuàng)建一個(gè)簡單的配置文件ripd.conf,可以直接將ripd.conf.sample拷貝而得到。一個(gè)基本的 /usr/local/etc/ripd.conf 文件內(nèi)容如下:
hostname ripd
password zebra
然后我們啟動(dòng) ripd 守護(hù)進(jìn)程 :
# ripd -d
完成后,我們可以 telnet 到Zebra 路由器的 2602 端口來配置 RIP 守護(hù)進(jìn)程。
OSPF路由,BGP路由也和RIP路由的配置類似。
Zebra是這三種軟件中最為強(qiáng)大的一個(gè)軟件,它可以將一個(gè)普通的PC機(jī),變?yōu)橐粋€(gè)功能強(qiáng)大的路由器,通過和相關(guān)的網(wǎng)卡連接,可以和真實(shí)的路由器交換路由信息,可以通過Sniffer等工具抓取相應(yīng)的路由會(huì)話,了解動(dòng)態(tài)路由的交互。
5 結(jié)束語
Boson Netsim for CCNA(CCNP),HW-RouteSim等軟件,給我們提供了一些經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)配置案例;Dynamips讓我們運(yùn)行了真實(shí)Cisco的IOS;Zebra將普通的PC變?yōu)榱寺酚善?。通過對真實(shí)路由器的了解,結(jié)合模擬或仿真的路由環(huán)境,可以讓即將步入崗位的網(wǎng)絡(luò)工程師快速地了解、掌握動(dòng)態(tài)路由的配置,同時(shí)也能給網(wǎng)絡(luò)知識的教學(xué)或培訓(xùn)提供一種很好的幫助。
參考文獻(xiàn):
[1] Christophe Fillot, Help for Cisco router simulator.[R] ipflow.utc.fr/blog/.
篇7
路由的權(quán)威定義是網(wǎng)絡(luò)信息從信源到信宿的路徑。路由過程是指網(wǎng)絡(luò)設(shè)備從一個(gè)接口收到數(shù)據(jù)包后根據(jù)其目的地址進(jìn)行定向和轉(zhuǎn)發(fā)至下一接口，這里的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括路由器、三層交換機(jī)和防火墻。有三種方式可產(chǎn)生路由：一是無需配置自動(dòng)生產(chǎn)的直連路由，二是需手動(dòng)配置的靜態(tài)路由，三是有動(dòng)態(tài)路由協(xié)議發(fā)現(xiàn)和學(xué)習(xí)到的路由。動(dòng)態(tài)路由協(xié)議分外部路由協(xié)議和內(nèi)部路由協(xié)議兩種，外部路由協(xié)議適用于多個(gè)自治系統(tǒng)或域間的路由信息交換，其代表BGP一般應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商內(nèi)部；內(nèi)部路由協(xié)議適用于局域網(wǎng)內(nèi)部，例如RIP、OSPF等都可用于組建校園網(wǎng)內(nèi)部路由信息。根據(jù)校園網(wǎng)建設(shè)規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝闆r，從中選取合適的路由協(xié)議，對整個(gè)校園網(wǎng)和校園信息應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
1 內(nèi)部路由協(xié)議比較
現(xiàn)今常見的內(nèi)部路由協(xié)議有RIPv2、OSPF和EIGRP。這些路由協(xié)議的作用都是生成局域網(wǎng)內(nèi)部路由信息表，并保持動(dòng)態(tài)維護(hù)和更新。怎樣選擇合適的路由協(xié)議？需要參考路由協(xié)議的五項(xiàng)主要性能指標(biāo)：路由協(xié)議計(jì)算方法正確性、路由收斂速度、路由協(xié)議占用的系統(tǒng)開銷、路由協(xié)議自身安全和路由協(xié)議適用的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。
1.1 計(jì)算方法正確性
路由協(xié)議計(jì)算的正確性指路由協(xié)議所采用的算法是否可靠。錯(cuò)誤的靜態(tài)路由配置會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生浪費(fèi)大量網(wǎng)絡(luò)帶寬的路由環(huán)路，某些動(dòng)態(tài)路由協(xié)議在特定環(huán)境中也會(huì)產(chǎn)生路由環(huán)路，優(yōu)秀的路由協(xié)議算法應(yīng)有避免環(huán)路機(jī)制。RIPv2采用的是距離矢量算法，雖然啟用路由毒化、抑制時(shí)間和觸發(fā)更新可降低產(chǎn)生環(huán)路的概率，但仍然無法避免距離矢量算法容易產(chǎn)生路由環(huán)路的缺陷。OSPF使用基于Dijkstra的鏈路狀態(tài)算法，此類算法杜絕了產(chǎn)生路由環(huán)路的可能。EIGRP使用結(jié)合了距離矢量和鏈路狀態(tài)的彌散修正算法（DUAL），同樣可有效避免環(huán)路。
1.2 路由收斂速度
路由收斂指局域網(wǎng)中所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的路由表達(dá)到一致?？焖偈諗恳馕吨?dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化時(shí)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能很知并更新變化的路由信息。RIPv2采用周期性廣播（30秒）更新路由信息，固定廣播更新周期導(dǎo)致較慢的收斂速度。OSPF和EIGRP采取不定周期的組播在局域網(wǎng)中維護(hù)所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備路由表信息的統(tǒng)一，同時(shí)在發(fā)現(xiàn)路徑信息改變時(shí)立即觸發(fā)路由信息更新，這種觸發(fā)更新機(jī)制帶來快速路由收斂。
1.3 系統(tǒng)資源消耗
運(yùn)行路由協(xié)議需要占用CPU、內(nèi)存等系統(tǒng)資源，最終的路由信息由局域網(wǎng)中所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備并行運(yùn)算和協(xié)商后的結(jié)果，這里的系統(tǒng)資源指局域網(wǎng)中所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的系統(tǒng)資源。相比較鏈路狀態(tài)算法，基于距離矢量算法的RIPv2路由協(xié)議具有消耗系統(tǒng)資源少的優(yōu)勢。雖然OSPF多個(gè)數(shù)據(jù)庫加上復(fù)雜算法占用較多的系統(tǒng)資源，但對用于網(wǎng)絡(luò)匯聚與核心層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，此類用于計(jì)算路由的系統(tǒng)開銷對正常的信息數(shù)據(jù)傳輸交換幾乎沒有影響。
1.4 自身安全性能
各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備協(xié)商路由信息時(shí)有數(shù)據(jù)交換，路由協(xié)議安全性是指交換相關(guān)數(shù)據(jù)過程中是否有防數(shù)據(jù)篡改等攻擊的性能。除已淘汰的RIPv1和IGRP，目前常見的RIPv2、OSPF和EIGRP路由協(xié)議都具有基于MD5摘要算法的認(rèn)證功能。
1.5 適用網(wǎng)絡(luò)規(guī)模
路由協(xié)議適用網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和拓?fù)渎杂胁町悾琑IPv2協(xié)議在設(shè)計(jì)時(shí)有最大15跳的限制，所以適用于中小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，與距離矢量算法有關(guān)的EIGRP協(xié)議同樣不適用于大型網(wǎng)絡(luò)。受益于區(qū)域劃分機(jī)制，OSPF協(xié)議可應(yīng)用在多達(dá)幾百臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成的大型網(wǎng)絡(luò)中。
2 路由協(xié)議的選擇
綜合比較這五項(xiàng)路由協(xié)議主要性能指標(biāo)，如圖1所示，不難得出這樣的結(jié)論：大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)優(yōu)選OSPF路由協(xié)議、而中小型網(wǎng)絡(luò)可選擇OSPF和EIGRP路由協(xié)議。EIGRP路由協(xié)議是思科網(wǎng)絡(luò)公司的私有協(xié)議，與其他品牌廠商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不兼容。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)整體改造升級時(shí)統(tǒng)一采購思科設(shè)備的情況下才可以考慮使用EIGRP協(xié)議。
圖1 各路由協(xié)議性能比較
十多年前，國內(nèi)院校開始出現(xiàn)校園網(wǎng)。當(dāng)時(shí)校園網(wǎng)都是小型局域網(wǎng)，只覆蓋信息計(jì)算中心和網(wǎng)絡(luò)機(jī)房。而現(xiàn)今的校園網(wǎng)都是從當(dāng)年的小型局域網(wǎng)發(fā)展而來，或多或少保留并使用著當(dāng)年的一些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備甚至是路由協(xié)議。不論全校網(wǎng)絡(luò)是否升級改造，選配思科品牌作為替代全校所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可能性很小?，F(xiàn)今國內(nèi)高校經(jīng)過兼并重組和發(fā)展，基本擁有兩個(gè)以上的校區(qū)。每個(gè)校區(qū)內(nèi)的校園網(wǎng)已然擴(kuò)張覆蓋到整個(gè)校園，整個(gè)校園網(wǎng)屬于大型局域網(wǎng)。根據(jù)上述兩點(diǎn)實(shí)際情況并參考各常見路由協(xié)議的性能，OSPF是校園網(wǎng)內(nèi)部路由協(xié)議的最佳選擇。
3 OSPF路由協(xié)議工作機(jī)制
OSPF協(xié)議工作過程主要有四個(gè)階段：首先使用組播形式發(fā)送Hello包來尋找網(wǎng)絡(luò)中可與自己交互鏈路狀態(tài)信息的周邊路由器，組播有利于提高網(wǎng)絡(luò)使用效率，減少對其他無關(guān)OSPF網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的影響。可以交互鏈路狀態(tài)信息的路由器互為鄰居。其次是建立鄰接關(guān)系。所有路由器僅與DR/BDR（制定路由器/備份制定路由器）建立鄰接關(guān)系，若網(wǎng)絡(luò)中未選舉出DR/BDR，則先進(jìn)行選舉。DR負(fù)責(zé)用LSA（鏈路狀態(tài)公告）描述該網(wǎng)絡(luò)類型及該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他路由器，同時(shí)也負(fù)責(zé)管理他們之間的鏈路狀態(tài)信息交互過程。若DR失效，BDR立刻取代DR功能，選舉DR/BDR機(jī)制可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)快速收斂。當(dāng)建立可靠鄰接關(guān)系后才相互傳遞鏈路狀態(tài)信息。再次是各路由器建立LSA，建立鄰接關(guān)系的OSPF路由器之間通過交互LSA，最終形成包含網(wǎng)絡(luò)完整鏈路狀態(tài)信息的LSDB（鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫）。OSPF路由器采用增量更新的機(jī)制LSA，即只鄰居缺失的鏈路狀態(tài)給鄰居，避免了類似RIP協(xié)議發(fā)送全部路由信息帶來的網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)問題，還保證了路由器之間信息傳遞的可靠性，有利于提高收斂速度。最后各路由器依據(jù)LSDB結(jié)合路由器之間路徑開銷用最短路徑優(yōu)先算法計(jì)算出路由。由于OSPF區(qū)域內(nèi)的路由器對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有相同認(rèn)識，所以計(jì)算出的路由不會(huì)產(chǎn)生環(huán)路，而使用最短路徑優(yōu)先算法計(jì)算出的路由，合理的將路由選擇和網(wǎng)絡(luò)能力掛鉤。
4 OSPF路由協(xié)議特色優(yōu)勢
為提高校園網(wǎng)運(yùn)行的可靠和穩(wěn)健性，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和升級改造應(yīng)考慮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚蓞f(xié)議的冗余熱備能力。給校園網(wǎng)中所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都配置冗余熱備鏈路，理論上可行，實(shí)際應(yīng)用上難度較大。目前適合的方案是：每個(gè)校區(qū)的校園網(wǎng)選擇采用以星型為主的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。擁有ISP出口和大型機(jī)房的主校區(qū)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)核心與匯聚。每個(gè)分校區(qū)也有網(wǎng)絡(luò)匯聚，通過租用光纜將所有匯聚與核心設(shè)備以環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相連。這里的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)只是個(gè)物理環(huán)路，實(shí)現(xiàn)鏈路冗余備份需要結(jié)合路由協(xié)議對與物理環(huán)相連的兩個(gè)端口設(shè)置不同的路由優(yōu)先級。為了方便校園網(wǎng)區(qū)域管理和減少路由信息復(fù)雜程度，可將具備冗余熱備功能環(huán)形網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為主要區(qū)域，其余各校區(qū)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)定義為非主要區(qū)域。OSPF路由協(xié)議恰好支持此類功能。
OSPF提出的分區(qū)域管理是為了解決由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大帶來的較大系統(tǒng)資源消耗。OSPF可將一個(gè)大局域網(wǎng)分為幾個(gè)小的區(qū)域（Area），網(wǎng)絡(luò)設(shè)備僅需要在自己區(qū)域內(nèi)相互建立鄰接關(guān)系并共享統(tǒng)一的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。原來整個(gè)大型局域網(wǎng)的龐大鏈路數(shù)據(jù)庫就會(huì)按區(qū)域劃分為幾個(gè)小數(shù)據(jù)庫，并在自己的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行維護(hù)。這種區(qū)域劃分機(jī)制不但降低系統(tǒng)資源消耗，而且提高網(wǎng)絡(luò)資
源利用率。OSPF區(qū)域劃分后，路由信息通信分為區(qū)域內(nèi)和區(qū)域間兩種，為有效管理區(qū)域間通訊，需要定義一個(gè)骨干區(qū)域（Area 0）來匯總每個(gè)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渎酚傻狡渌袇^(qū)域。所有區(qū)域間通信都必須通過骨干區(qū)域，所有非骨干區(qū)域都必須與骨干區(qū)域相連，非骨干區(qū)域之間不直接交換數(shù)據(jù)。介于骨干區(qū)域和非骨干區(qū)域之間的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是區(qū)域邊界網(wǎng)關(guān)，同屬于骨干區(qū)域和非骨干區(qū)域。在環(huán)形主干校園網(wǎng)方案中，各校區(qū)的匯聚交換機(jī)承擔(dān)區(qū)域邊界網(wǎng)關(guān)角色，如圖2所示。
5 結(jié)論
OSPF路由協(xié)議不是網(wǎng)絡(luò)的唯一選擇，類似其他內(nèi)部路由協(xié)議，OSPF也有缺陷。OSPF不支持多路由動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡（EIGRP支持），配置動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡需要結(jié)合手動(dòng)配置路由信息優(yōu)先級或借助相關(guān)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。同時(shí)OSPF沒有把相鄰網(wǎng)段路由信息自動(dòng)匯總的功能（RIP和EIGRP支持），路由信息匯總需要由網(wǎng)絡(luò)管理員人工配置。瑕不掩瑜，經(jīng)過多年市場洗禮，由Internet工程任務(wù)組開發(fā)的OSPF已然成為大中型局域網(wǎng)內(nèi)部路由協(xié)議的最優(yōu)選擇，小型局域網(wǎng)一樣可以使用OSPF路由協(xié)議。
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜唵?，?guī)模不大，特別是沒有冗余熱備鏈路的校園網(wǎng)除了可選OSPF內(nèi)部路由協(xié)議外，還可以選擇配置靜態(tài)路由。正確配置的靜態(tài)路由同樣可以保障平穩(wěn)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，且不占用任何系統(tǒng)開銷。物理鏈路正常情況下，靜態(tài)路由配置立刻生效，不存在收斂時(shí)間。靜態(tài)路由同樣被所有廠商網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持。
參考文獻(xiàn)：
[1] 路由_百度百科[OL].http：///view/18655.htm.2012-05-21.
篇8
1 移動(dòng)自組網(wǎng)
移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（MANET）是由一組依靠無線鏈路通信的獨(dú)立移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的一個(gè)臨時(shí)性自治系統(tǒng)。由于MANET具有無中心、自組織、部署迅速等優(yōu)點(diǎn)，非常適合多個(gè)移動(dòng)點(diǎn)之間傳輸信息，是巡邏過程傳輸視頻首選的組網(wǎng)方式。
2路由協(xié)議
在MANET中，源節(jié)點(diǎn)在向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通常需要其它中間節(jié)點(diǎn)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)，因此路由協(xié)議是MANET中極其重要的部分。目前應(yīng)用較為廣泛的是OLSR、DSR、AODV三種路由協(xié)議。OLSR協(xié)議是一種先應(yīng)式的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，采用優(yōu)化的洪泛機(jī)制來廣播鏈路狀態(tài)信息。DSR協(xié)議是按需路由協(xié)議，每個(gè)數(shù)據(jù)分組攜帶有整條路由信息。AODV協(xié)議也是按需路由協(xié)議，采用逐跳轉(zhuǎn)發(fā)分組方式。
3場景建立
基于OPNET軟件模擬城市巡邏場景，設(shè)定哨兵的移動(dòng)速度為5km/h，巡邏車輛的移動(dòng)速度為20km/h。巡邏人員之間進(jìn)行視頻信息交互。
4路由性能分析
模型建立后，設(shè)置OLSR、DSR、AODV三種路由協(xié)議進(jìn)行仿真，選擇吞吐量、時(shí)延、路由開銷三個(gè)統(tǒng)計(jì)量作為評價(jià)路由性能的參數(shù)。仿真結(jié)果如圖1、圖2、圖3。
由仿真結(jié)果可以看出，OLSR 的吞吐量一直在2000kbits/s以上，網(wǎng)絡(luò)可靠性最高。時(shí)延方面，OLSR為100ms左右，滿足實(shí)時(shí)通信需求。OLSR在網(wǎng)絡(luò)初始化階段路由開銷較高，但隨后迅速降低，協(xié)議效率較好。
5結(jié)論
本文分析了移動(dòng)自組網(wǎng)的特點(diǎn)，提出了在城市巡邏過程中通過建立移動(dòng)自組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場視頻的實(shí)時(shí)傳輸。同時(shí)，基于OPNET軟件比較分析了OLSR、DSR、AODV三種路由協(xié)議性能。由仿真結(jié)果可以看出，在城市巡邏場景中，OLSR協(xié)議的吞吐量、時(shí)延、路由開銷性能均為最優(yōu)。
參考文獻(xiàn)
[1] 孫寶林，桂超，李媛，等.移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)研究[M].武漢：湖北人民出版社，2008：2-3.
篇9
1Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)路由技術(shù)概述
Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，也被稱為多跳無線網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)由一組帶有無線通信收發(fā)裝置的移動(dòng)終端節(jié)點(diǎn)組成，是一個(gè)多跳的臨時(shí)性無中心網(wǎng)絡(luò)，可以在任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)快速構(gòu)建起一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，并且不需要現(xiàn)有信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持，網(wǎng)中的每個(gè)終端可以自由移動(dòng)、地位相等。
Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議主要包括路徑產(chǎn)生、路徑選擇和路徑維護(hù)三項(xiàng)核心功能。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議中，路徑產(chǎn)生和路徑維護(hù)這兩項(xiàng)功能通常合在一起稱為路由發(fā)現(xiàn)。路徑維護(hù)是指對所選路徑進(jìn)行維護(hù)。
表驅(qū)動(dòng)（table driven）型路由協(xié)議又被稱為主動(dòng)路由協(xié)議、先應(yīng)式路由協(xié)議，是一種基于表格的路由協(xié)議。按需驅(qū)動(dòng)型路由協(xié)議也被稱為反應(yīng)式路由協(xié)議、源啟動(dòng)按需路由協(xié)議。與表驅(qū)動(dòng)型路由協(xié)議不同的是，按需路由僅在需要路由時(shí)才由源節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建，因此，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由表內(nèi)容是按需建立的，它可能僅僅是整個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息的一部分。
2基于NS-2的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議性能及仿真分析
2.1仿真程序設(shè)計(jì)相關(guān)本文仿真的硬件平臺(tái)采用臺(tái)式機(jī)（AMD Athlon 雙核 2.0GHz CPU, 1G內(nèi)存）；軟件平臺(tái)為Windows XP操作系統(tǒng)、Cygwin及NS2.28。并在此環(huán)境下，針對中、小規(guī)模（幾十個(gè)節(jié)點(diǎn)以內(nèi)）網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬研究。關(guān)于移動(dòng)場景建立，傳輸復(fù)雜生成和TCL仿真腳本生成相關(guān)問題，可以
參考文獻(xiàn)[3,4]。
2.2路由協(xié)議性能指標(biāo)及其計(jì)算方法衡量Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議性能的指標(biāo)[17,20]通常包括定性指標(biāo)和定量指標(biāo)。定性指標(biāo)從整體上描述網(wǎng)絡(luò)某個(gè)方面的性能，如安全性、分布運(yùn)行性、提供無環(huán)路由、是否對單信道支持等；定量指標(biāo)可以更細(xì)致的刻畫網(wǎng)絡(luò)某方面的性能。其中，包投遞率越大、說明傳送過程中丟失的包就越少，網(wǎng)絡(luò)性能越好。
這里是一個(gè)圖片（1）
端到端的平均延遲使用公式（2）計(jì)算延遲越小，說明響應(yīng)越快，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量越令人滿意。
這里是一個(gè)圖片（2）
路由開銷是計(jì)算所有路由控制分組包括路由尋找分組和路由響應(yīng)分織的總數(shù)，經(jīng)過多跳路由傳輸?shù)姆纸M而言，每一跳傳輸相當(dāng)于一次分組傳輸。
路由開銷=路由控制分組總數(shù)（3）
2.3路由協(xié)議比較與性能分析對本文在研究前述幾種路由協(xié)議(DSDV、OLSR、DSR、AODV)的基礎(chǔ)上，對各個(gè)協(xié)議做一定性比較，由于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓?，因此，在定性指?biāo)方面實(shí)現(xiàn)無環(huán)路由和分布式運(yùn)行是路由協(xié)議的基本要求，在滿足了基本要求和特性的基礎(chǔ)上，提供節(jié)能策略、安全性、組播功能和支持是協(xié)議評價(jià)的重要方面。
2.3.1成功分組抵達(dá)率的比較圖1為低傳輸負(fù)載和高傳輸負(fù)載分組成功投遞率比較。根據(jù)以上兩組圖形比較可知，無論是在低傳輸負(fù)載還是在高傳輸負(fù)載條件下，按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議的分組成功投遞率要高于表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議隨著移動(dòng)節(jié)點(diǎn)停留時(shí)間的不斷增長，分組成功投遞率趨于穩(wěn)定，且高于節(jié)點(diǎn)處于移動(dòng)狀態(tài)時(shí)的分組成功投遞率，特別是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)趨于靜態(tài)時(shí)，各種路由協(xié)議的分組成功投遞率幾乎接近100%,按需路由協(xié)議中的AODV協(xié)議的分組成功投遞率要略高于DSR路由協(xié)議。
2.3.2數(shù)據(jù)報(bào)文端到端的平均延時(shí)比較圖2低傳輸負(fù)載和高傳輸負(fù)載報(bào)文端到端平均延時(shí)比較。根據(jù)以上兩組圖形可以看出，無論是在低負(fù)載還是高負(fù)載的條件下，按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議的報(bào)文端到端平均延時(shí)較之表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議要大這是因?yàn)?，表?qū)動(dòng)路由協(xié)議，在發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)，路由表中已經(jīng)存在到目的節(jié)點(diǎn)的路由項(xiàng)，無需發(fā)起路由請求，從而節(jié)省了時(shí)間，而按需路由協(xié)議在發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文之前，如果路由表中沒有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由，則需要發(fā)起到目的節(jié)點(diǎn)的路由請求，從而平均延時(shí)增加。在低負(fù)載時(shí)，按需路由協(xié)議DSR的平均延時(shí)和AODV路由協(xié)議相當(dāng)，當(dāng)處于高傳輸負(fù)載時(shí)，AODV路由協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文端到端傳輸平均延時(shí)要比路由協(xié)議要高。
2.3.3路由開銷比較圖3為低傳輸負(fù)載和高傳輸負(fù)載路由開銷的比較。根據(jù)上述兩組圖形比較可以看出，在相同的停留時(shí)間下，DSDV協(xié)議的路由負(fù)荷相對較小，AODV協(xié)議的路由負(fù)荷相對較大；這是由于DSDV是表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議，一旦路由建立后，就需要較小的控制分組來維持路由表，而AODV是按需路由協(xié)議，需要較多的路由控制分組來維持路由表的穩(wěn)定。
3結(jié)語
本文對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的基本概念、特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)及當(dāng)前所面臨的各種問題進(jìn)行了基本的論述，同時(shí)深入學(xué)習(xí)了仿真軟件，并對三個(gè)路由協(xié)議(DSR、AODV、DSDV)按照成功分組抵達(dá)率、數(shù)據(jù)報(bào)文端到端平均延時(shí)、路由開銷等三個(gè)性能指標(biāo)進(jìn)行了仿真分析和比較，加深了對這三種典型的路由協(xié)議的認(rèn)識和理解。沒有一種路由協(xié)議是萬能的，各協(xié)議在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中有不同的優(yōu)勢，在對網(wǎng)絡(luò)延時(shí)要求較高的環(huán)境下一般要選用表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議，而那些對數(shù)據(jù)包完整性和帶寬要求嚴(yán)格的場合就應(yīng)盡量選擇按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議。
參考文獻(xiàn)
篇10
1 基于信任理論的路由協(xié)議安全技術(shù)體制分析
1.1 靜態(tài)安全路由接入體制
可信網(wǎng)絡(luò)連接主要是指能夠把單點(diǎn)的可信狀態(tài)延續(xù)到相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，以此實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建?，F(xiàn)階段，在國際上的網(wǎng)絡(luò)訪問控制架構(gòu)多是微軟NAP、思科NAC架構(gòu)，因此可信網(wǎng)絡(luò)的連接多是通過路由連接，從而提升網(wǎng)絡(luò)的可信度。
1.2 靜態(tài)安全路由接入體制的弊端
現(xiàn)階段，采用靜態(tài)安全路由接入可以及時(shí)解決部分路由存在的問題，其中涉及到安全性能，但是其相關(guān)的靜態(tài)完整性難以保證具體行為的可信性。靜態(tài)的接入體制屬于端口對端口的安全技術(shù)方案，但是無法準(zhǔn)確的保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全可靠。路由協(xié)議需要適當(dāng)?shù)姆从吵鼍W(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膶?shí)際變化，同時(shí)還應(yīng)該計(jì)算出相關(guān)的路由路徑，積極維護(hù)路由表的正常。
2 基于信任的WSN安全路由
信任管理至關(guān)重要，它能順利解決WSN中的內(nèi)部攻擊，同時(shí)還可以順利識別惡意的節(jié)點(diǎn)和低競爭力節(jié)點(diǎn) ，從而提升相關(guān)的系統(tǒng)安全可靠，在公平性上呈現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。此種協(xié)議主要是以數(shù)據(jù)中心傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建出安全路由框架，此協(xié)議注重地理位置，同時(shí)依靠信任選擇合適的安全路徑并避開不安全的區(qū)域。目標(biāo)節(jié)點(diǎn)能夠利用空閑時(shí)間完成同步，同時(shí)還會(huì)認(rèn)證并查詢相關(guān)的消息，在初始認(rèn)證的階段，確保每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都屬于鄰節(jié)點(diǎn)的初始信任值，消息會(huì)依照全部的可信節(jié)點(diǎn)組成的路徑達(dá)到目的節(jié)點(diǎn)。
3 基于信任管理RFSN
有專家學(xué)者通過信任引入的方式，結(jié)合冗余策略和挑戰(zhàn)應(yīng)答手段，適當(dāng)?shù)慕档托姑芑蛘呤菒阂夤?jié)點(diǎn)的攻擊概率，以此確保簇頭節(jié)點(diǎn)為可信節(jié)點(diǎn)，針對不可信任的節(jié)點(diǎn)，往往需要在接受挑戰(zhàn)并失敗之后加入到黑名單中，相對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)不會(huì)對信任值加以更新。通過維護(hù)鄰節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)度，合理的評價(jià)其具體的信任程度，而RFSN就是通過分布式的方式，合理的運(yùn)行在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的中間層，在網(wǎng)絡(luò)之中，沒有一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)需要接受信譽(yù)的存儲(chǔ)。
4 基于信任理論的路由機(jī)制TRUSTEE
經(jīng)過適當(dāng)?shù)母穆酚蓞f(xié)議，可以讓目的節(jié)點(diǎn)更快速的接收到相應(yīng)數(shù)據(jù)包并回復(fù)，從而及時(shí)參與各個(gè)節(jié)點(diǎn)和相關(guān)源節(jié)點(diǎn)中，如果收到了回復(fù)，則可以理解為鄰節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)包，從而增加了相應(yīng)的信任值，確保及時(shí)滿足安全需求，選擇更加可信的路徑。相關(guān)專家研究并提出了網(wǎng)絡(luò)安全狀態(tài)的重要性，這是路由選擇的度量之一，經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆治鐾ㄐ艑?shí)體的安全機(jī)制，同時(shí)明確相關(guān)的安全威脅，發(fā)現(xiàn)可以有效測量出鏈路和節(jié)點(diǎn)的信任度，從而更準(zhǔn)確的建立起節(jié)點(diǎn)之間的信任關(guān)系，依照相應(yīng)的信任模型定義和具體的量化標(biāo)準(zhǔn)，提出了以SM為選路標(biāo)準(zhǔn)的安全路由算法，這種算法不會(huì)避開不安全節(jié)點(diǎn)和相關(guān)鏈路，從而積極的提升了網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率，有效的擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)的安全路由。
5 基于信任理論的路由協(xié)議TRPBCH
此種路由協(xié)議主要依靠網(wǎng)絡(luò)分層思想，實(shí)現(xiàn)了安全檢測工作的分擔(dān)，確保及時(shí)將其分擔(dān)至各層的簇首節(jié)點(diǎn)中，并且保證每一層都采用了分布式的聚類算法，從而更及時(shí)的選舉出各層的簇首節(jié)點(diǎn)，由此解決了受到限制的WSN路由，適當(dāng)?shù)母綦x了問題節(jié)點(diǎn)，保證路由感染問題得到了及時(shí)改善，提升了有效發(fā)包率，改善了網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性。同時(shí)也有效的降低了相關(guān)節(jié)點(diǎn)維護(hù)系統(tǒng)安全的代價(jià)，并且消除了基站的安全瓶頸，確保讓整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能力實(shí)現(xiàn)均勻分布，從而延長網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。還可以將節(jié)點(diǎn)可信度和相關(guān)的群體智能優(yōu)化算法結(jié)合到一起，特別是在路由中引入相關(guān)的節(jié)點(diǎn)可信度，以此采取適當(dāng)?shù)男畔⑺胤峙洳呗?，確保貼上類似于MPLS的可信安全標(biāo)簽，適當(dāng)?shù)慕⑵鸶涌尚诺陌踩酚?，盡可能抵御Wormholes的攻擊，效果十分顯著。
6 基于信任理論的路由協(xié)議安全技術(shù)原則
6.1 準(zhǔn)確性
引入信任模型的關(guān)鍵就是重視動(dòng)態(tài)累積的客觀事實(shí)，在此基礎(chǔ)上執(zhí)行信任評估，根據(jù)具體的評估結(jié)果，采取科學(xué)的信任路由決策，實(shí)現(xiàn)路由的安全性和有效性。
6.2 負(fù)載均衡
信任值主要是依照節(jié)點(diǎn)的歷史行為或者是相關(guān)的上下文環(huán)境共同決定，其中可能會(huì)消耗大量的節(jié)點(diǎn)資源，由此增加網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。因此需要充分考慮安全可靠的原則，在安全的基礎(chǔ)上選用輕量級的信任計(jì)算模型，讓網(wǎng)絡(luò)資源不能在短時(shí)間內(nèi)被消耗，從而達(dá)到負(fù)載均衡的效果，延長網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。
6.3 安全性
無論是何種惡劣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，都應(yīng)該實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的管理信息和數(shù)據(jù)安全交換，充分考慮信任模型本身可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，適當(dāng)?shù)臉?gòu)建信任模型，從而科學(xué)的抵御外界攻擊，并且在識別網(wǎng)絡(luò)的過程中發(fā)現(xiàn)存在的惡意節(jié)點(diǎn)。
7 結(jié)語
此次研究的重點(diǎn)就是基于信任理論的路由協(xié)議安全技術(shù)，通過羅列的多種路由協(xié)議，發(fā)現(xiàn)所有模型的構(gòu)建都是為了體現(xiàn)出相應(yīng)的安全性和可靠性，而與之相關(guān)的路由協(xié)議，大多是通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來共同作用，確保在相互協(xié)作中實(shí)現(xiàn)最基本的目標(biāo)。信任理論體現(xiàn)出基礎(chǔ)作用，只有在信任理論基礎(chǔ)上擬定路由協(xié)議，才能最大限度的體現(xiàn)出安全可靠，符合信任理論的初衷。
參考文獻(xiàn)
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篇11
IPV6 Routing Protocols and Algorithms Exploration
Zhao Yikui
(Wuxi Technician College,Wuxi 214044,China)
Abstract:Ipv6 is the core of coming Internet technology.In contemporary network technology the Routing Protocol is important concept.In this article we introduce IPv6's RIPng Routing Protocol and OSPFv3 Routing Protocol based upon the next generation,at the same time introduce the fundamental algorithm of above two protocols.
Keywords:IPv6;OSPFv3;RIPng;Agreement
隨著Internet的發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)規(guī)模急劇膨脹，目前使用的IPv4協(xié)議由于其缺陷，己經(jīng)不能從根本上適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要。在這樣的背景下，下一代網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)――IPv6（Internet Protocol Version 6）協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生。IETF設(shè)計(jì)了新一代的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，也被稱IPV6[3]。與IPV4（Internet Protocol Version 4）相比，在地址格式上發(fā)生了巨大的改變，地址長度由原來的32位變?yōu)?28位。相應(yīng)地在整個(gè)地址分配上也進(jìn)行了一定的改進(jìn)。IPV6協(xié)議仍然整個(gè)地址空間仍然是層次結(jié)構(gòu)的，仍然支持類似于IPV4無類域間路由（classless inter-domain routing，簡稱CIDR）地址結(jié)構(gòu)下的路由合并，因此IPV6協(xié)議采用不會(huì)改變路由查找的特點(diǎn)。但是地址空間的增大，大大增加了路由查找的復(fù)雜度。
目前IPv6網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議基本沿襲了IPV4相關(guān)路由協(xié)議，IPV6地址相對IPV4更加結(jié)構(gòu)化和層次化，使得IPV6網(wǎng)絡(luò)的路由架構(gòu)的層次化和可擴(kuò)展性更優(yōu)，這不僅對路由協(xié)議本身提出了新的要求，也對在不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下如何利用不同路由協(xié)議特點(diǎn)建立路由體系提出了新的挑戰(zhàn)。近年對IPV6標(biāo)準(zhǔn)的不斷充實(shí)和完善，IPv6協(xié)議及相關(guān)協(xié)議發(fā)展已相當(dāng)成熟。下面給各位探討流行的2種路由協(xié)議：RIPng和OSPF。
一、RIPng協(xié)議（RIP next generation）和RIPng路由選擇算法
在網(wǎng)絡(luò)中最復(fù)雜，最重要的一個(gè)方面就是路由。路由選擇算法是網(wǎng)絡(luò)層軟件的一部分。按照其能否隨著網(wǎng)絡(luò)的通信量或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來適應(yīng)和調(diào)整變化來劃分，可以分為自適應(yīng)路由選擇算法和非自適應(yīng)路由選擇算法。自適應(yīng)路由選擇算法主要使用距離――向量路由和鏈路一狀態(tài)路由兩種自適應(yīng)路由選擇算法來收集和處理路由信息。
RIP作為一種成熟的路由標(biāo)準(zhǔn)，在因特網(wǎng)中有著廣泛的應(yīng)用，特別是在一些中小型網(wǎng)絡(luò)中。正是基于這種現(xiàn)狀，同時(shí)考慮到RIP與IPv6的兼容性問題，IETF對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改造，制定了IPv6下的RIP標(biāo)準(zhǔn)，即RIPng（RIP next generation）。RIPng協(xié)議使用是距離――向量路由算法。以下介紹一下常用RIPng路由選擇算法。
二、Floyd算法[4]
Floyd算法又稱為弗洛伊德算法，是求解網(wǎng)絡(luò)中所有兩節(jié)點(diǎn)間最短路的比較有效的算法之一。是一種動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，它的核心思路通過一個(gè)圖的權(quán)值矩陣求出它的每兩點(diǎn)間的最短路徑矩陣。
把圖用鄰接距陣G表示出來；如果從Vi到Vj有路可達(dá)，則G（i，j）=d，d表示該路長度，否則G（i，j）=inf，為了搜出最短路徑我們還需要一個(gè)距陣用來記錄所插入點(diǎn)的信息。這個(gè)距陣是D，D（i，j）表示從V（i）到V（j）需要經(jīng)過的點(diǎn)，初始化D（i，j）=j，接著按順序依次將端集中的端點(diǎn)作為中間的轉(zhuǎn)接點(diǎn)，計(jì)算此點(diǎn)距其他各點(diǎn)的徑長，每次計(jì)算后都以求得的與上次相比較小的徑長去更新前一次較大的徑長，若后求得的徑長比前次徑長大或者相等則不變。以此不斷更新G和D。直至形中的數(shù)值收斂。
Floyd算法優(yōu)點(diǎn)是比較容易理解，可以算出任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最短距離，可以以較簡單的代碼來表示該算法。該算法的缺點(diǎn)是復(fù)雜性比較高，數(shù)據(jù)量大是效率較低。
三、OSPF（Open Shortest Path First）協(xié)議和OSPFv3路由選擇算法[6]
OSPF即Open Shortest Path First（開放最短路徑優(yōu)先），與RIP協(xié)議是距離――向量路由不同，OSPF是典型的鏈路――狀態(tài)協(xié)議，OSPFV2協(xié)議基于IPV4，用于支持IPV4服務(wù)；為了更好的支持IPV6，IETF推出OSPFv3。OSPF是一種基于區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的、建立在鏈路狀態(tài)（Link State）算法和Dijkstra算法基礎(chǔ)之上的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)動(dòng)態(tài)路由協(xié)議。OSPFv3是該協(xié)議的第3版本，是IPV6網(wǎng)絡(luò)中路由技術(shù)的主流協(xié)議。
OSPFv2是基于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的，兩個(gè)路由器要形成鄰居關(guān)系必須在同一個(gè)網(wǎng)段。OSPFv3的實(shí)現(xiàn)是基于鏈路，一個(gè)鏈路可以劃分為多個(gè)子網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)即使不在同一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)，只要在同一鏈路上就可以直接通話。
四、Dijkstra算法[5]
OSPF中用到的Dijkstra算法和RIP中用到的距離向量算法一樣，都是相當(dāng)經(jīng)典的最短路徑算法。Dijkstra算法是由荷蘭計(jì)算機(jī)科學(xué)家狄克斯特拉（Dijkstra）于1959年提出的，因此又叫狄克斯特拉算法。是從一個(gè)頂點(diǎn)到其余各頂點(diǎn)的最短路徑算法，解決的是有向圖中最短路徑問題。
Dijkstra算法基本原理是：每次擴(kuò)展一個(gè)距離最短的點(diǎn)，更新與其相鄰點(diǎn)的距離。當(dāng)所有邊權(quán)都為正時(shí)，由于不會(huì)存在一個(gè)距離更短的沒擴(kuò)展過的點(diǎn)，所以這個(gè)點(diǎn)的距離永遠(yuǎn)不會(huì)再被改變，因而保證了算法的正確性。不過根據(jù)這個(gè)原理，用Dijkstra求最短路的圖不能有負(fù)權(quán)邊，因?yàn)閿U(kuò)展到負(fù)權(quán)邊的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生更短的距離，有可能就破壞了已經(jīng)更新的點(diǎn)距離不會(huì)改變的性質(zhì)[6]。
假設(shè)每個(gè)點(diǎn)都有一對標(biāo)號（mj，nj），其中mj是從起源點(diǎn)s到點(diǎn)j的最短路徑的長度（從頂點(diǎn)到其本身的最短路徑是零路（沒有弧的路），其長度等于零）；nj則是從s到j(luò)的最短路徑中j點(diǎn)的前一點(diǎn)。求解從起源點(diǎn)s到點(diǎn)j的最短路徑算法的基本過程如下：（1）初始化。起源點(diǎn)設(shè)置為：①ms=0，ns為空；②所有其他點(diǎn)：mi=∞，ni=?；③標(biāo)記起源點(diǎn)s，記k=s，其他所有點(diǎn)設(shè)為未標(biāo)記的。（2）檢驗(yàn)從所有已標(biāo)記的點(diǎn)k到其直接連接的未標(biāo)記的點(diǎn)j的距離，并設(shè)置：mj=min［mj，mk+lkj］式中，lkj是從點(diǎn)k到j(luò)的直接連接距離。（3）選取下一個(gè)點(diǎn)。從所有未標(biāo)記的結(jié)點(diǎn)中，選取mj中最小的一個(gè)i：mi=min［mj，所有未標(biāo)記的點(diǎn)j］，點(diǎn)i就被選為最短路徑中的一點(diǎn)，并設(shè)為已標(biāo)記的。（4）找到點(diǎn)i的前一點(diǎn)。從已標(biāo)記的點(diǎn)中找到直接連接到點(diǎn)i的點(diǎn)j*，作為前一點(diǎn)，設(shè)置：i=j*（5）標(biāo)記點(diǎn)i。如果所有點(diǎn)已標(biāo)記，則算法完全推出，否則，記k=i，轉(zhuǎn)到2）再繼續(xù)。
RIPng協(xié)議和OSPFv3協(xié)議作為IPv6網(wǎng)絡(luò)使用較多的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議，具有出色的路由能力。這兩種協(xié)議都是IPV4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基礎(chǔ)發(fā)展而來，但是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議還需考慮傳輸容量和服務(wù)質(zhì)量，還要分析全網(wǎng)負(fù)荷，平衡各條通道的數(shù)據(jù)流量等諸多因素的，因此RIPng協(xié)議和OSPFv3協(xié)議還需進(jìn)一步的研究和優(yōu)化。
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篇12
RIPv1作為距離矢量路由協(xié)議，具有與D-V算法有關(guān)的所有限制，如慢收斂和易于產(chǎn)生路由環(huán)路和廣播更新占用帶寬過多等；RIPv1作為一個(gè)有類別路由協(xié)議，更新消息中是不攜帶子網(wǎng)掩碼的，這意味著它在主網(wǎng)邊界上自動(dòng)聚合，不支持VLSM和CIDR；同樣，RIPv1作為一個(gè)古老協(xié)議，不提供認(rèn)證功能，這都會(huì)產(chǎn)生潛在的危險(xiǎn)性。簡單性是RIPv1廣泛使用的原因之一，但簡單性帶來的一些問題也是RIP故障中常見的。
2RIP配置的常見問題
2.1配置的兩臺(tái)路由器間不能用RIP互通
如果配置的兩臺(tái)路由器間不能用RIP互通，在物理連接沒有問題的時(shí)候，就要考慮是否是下面的原因:
（1）路由器之間不通
可能RIP沒有啟動(dòng)， 也可能相應(yīng)的網(wǎng)段沒有使用RIP。
這里需要注意的是在使用network命令時(shí)，要按地址類別配置相應(yīng)的網(wǎng)段。例如接口地址168.10.1.1，由于168.10.1.1是B類地址，如果設(shè)置“network 168.0.0.0”，報(bào)文將不會(huì)被對方接受，此時(shí)配置成“network 168.10.0.0” 就可以正確接收了。
（2）接口上把RIP給關(guān)掉了
查看一下配置信息，看接口上是不是設(shè)置了undo rip work 或undo rip input或undo rip output命令。
（3）子網(wǎng)掩碼不匹配
在RIPv1協(xié)議中，主網(wǎng)中的每一路由器和主機(jī)都應(yīng)有相同的子網(wǎng)掩碼。如果子網(wǎng)掩碼長度不匹配，信息包就不能正確路由。
2.2 H3C系列路由器與其他廠商路由器之間不通
（1）請先照2.1（1）進(jìn)行相應(yīng)檢查。
（2）版本設(shè)置不同，H3C系列路由器缺省情況下，RIP可以接收RIPv1和RIPv2廣播報(bào)文，但是只能發(fā)送RIPv1報(bào)文。如果H3C系列路由器之間互通時(shí)，一個(gè)配置為RIPv1，一個(gè)配置為RIPv2，是可以正確地收發(fā)報(bào)文的；但是如果H3C系列和其他廠商路由器互通時(shí)，H3C系列路由器配置了RIPv2，而其他廠商路由器還是RIPv1，就會(huì)有可能出現(xiàn)問題。
2.3 RIPv1與RIPv2的區(qū)別引起的問題
（1）配了驗(yàn)證，卻沒有起作用
由于RIPv1不支持驗(yàn)證，如果在啟動(dòng)RIP后就配驗(yàn)證，實(shí)際并不起作用的，只有在兩端的接口上配了RIPv2 后驗(yàn)證才能生效。
（2）自動(dòng)聚合引起的問題
RIPv1永遠(yuǎn)使用聚合，且RIP的聚合是按照類進(jìn)行的，RIPv2 缺省也使用聚合，但是可以在協(xié)議視圖下取消。取消自動(dòng)聚合只對RIPv2接口有效，自動(dòng)聚合是為了減少網(wǎng)絡(luò)中路由量，如果沒有特殊原因，一般不要取消。
3 RIP性能常見問題
3.1僅以hop作為metric的問題
RIP僅僅是以跳數(shù)作為選擇路由的度量值，完全不考慮不同路徑帶寬的影響。在某些情況下，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)報(bào)文到達(dá)目的地所經(jīng)過的路由并非最佳路由。例如：從源到目的的報(bào)文可能從hop為1的ISDN鏈路轉(zhuǎn)發(fā)，而不走帶寬高達(dá)10Mbps的兩個(gè)局域網(wǎng)鏈路，僅僅是因?yàn)槠鋒op值為2，此時(shí)的解決辦法就是重新設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)或使用其他具有更大靈活性的路由協(xié)議，如：OSPF等。
3.2廣播更新問題
RIP缺省設(shè)置是每隔30秒進(jìn)行廣播交換整個(gè)路由表信息，這將大量消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬，尤其是在廣域網(wǎng)環(huán)境中，可能出現(xiàn)嚴(yán)重性能問題。所以在廣域網(wǎng)中，可以將廣播報(bào)文的發(fā)送間隔調(diào)整大一些，以減少網(wǎng)絡(luò)上部比較的開銷。
當(dāng)由于RIP廣播而產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)性能問題時(shí)，可以考慮使用“peer”命令配置RIP報(bào)文的定點(diǎn)傳送。定點(diǎn)傳送可用于在非廣播網(wǎng)絡(luò)支持RIP。
4 RIP故障處理的一般步驟
在網(wǎng)絡(luò)上測定IP連通性的最常用方法是Ping命令。從源點(diǎn)向目的端發(fā)送Ping命令成功的話，意味著所有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層功能均正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而當(dāng)IP連通失敗，首先要檢查的是源到目標(biāo)間所有物理連接是否正常、所有接口和線路協(xié)議是否運(yùn)行。當(dāng)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層檢查無誤后，我們將排錯(cuò)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)層，一般故障處理的步驟如下：
（1）檢查從源到目的間的所有路由設(shè)備的路由表，看是否丟失路由表項(xiàng)。
例如：從源設(shè)備Ping目標(biāo)設(shè)備161.7.9.10 沒有響應(yīng)，我們應(yīng)當(dāng)使用display ip routing-table命令依次檢查從源到目的間所有路由表項(xiàng)為161.7.x.x （x.x根據(jù)使用的RIP版本不同可能會(huì)有所不同）的項(xiàng)。
（2）當(dāng)發(fā)生路由表項(xiàng)丟失或其他問題，檢查網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的RIP基本配置。
①使用display rip 命令察看RIP的各種參數(shù)設(shè)置?？碦IP是否已經(jīng)啟動(dòng)，相關(guān)的接口是否已經(jīng)使用，network命令設(shè)置的網(wǎng)段是否正確；
②用debugging rip 系列命令查看RIP的調(diào)試信息。每隔30秒鐘，在所指定運(yùn)行RIP的接口上，路由器將報(bào)告RIP路由更新報(bào)文的傳輸，debuging信息顯示了發(fā)送每個(gè)路由更新報(bào)文的路由和度量值。通過debugging信息可以清楚地看出RIP報(bào)文是否被正確地收發(fā)；如果發(fā)送或接收有問題，也可以由debugging信息中看到是什么原因而導(dǎo)致發(fā)送或接收報(bào)文失敗。
（3）當(dāng)RIP基本配置沒有問題時(shí)，請檢查如下項(xiàng)目：
考慮是否在接口上配置undo rip work命令，是否驗(yàn)證有問題，是否引入其他路由有問題，是否訪問控制列表配置不正確等等。
使用display current-configuration命令，查看接口的信息和RIP的相關(guān)配置。
①可以看到RIP在接口模式下的配置信息是否正確。如該接口是否收發(fā)RIP報(bào)文，接口配置驗(yàn)證是什么類型的，接口向外發(fā)送的報(bào)文是RIPv1還是RIPv2，是廣播發(fā)送還是多播發(fā)送，接口在接收和發(fā)送路由時(shí)是否增加附加的路由權(quán)。
篇13
據(jù)公安部交管局消息得知，截至2013年10月底，我國機(jī)動(dòng)車保有量為2.5億輛，其中汽車1.35億輛，占53.9%，私家車超過8500萬輛，比10年前增長13倍。大量的機(jī)動(dòng)車輛給城市帶來了巨大的壓力，對城市交通調(diào)度、安全預(yù)警等各方面提出許多要求，車載自組織網(wǎng)絡(luò)為這些問題的解決帶來了新的機(jī)遇。另外，VANET的代價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于網(wǎng)絡(luò)提供商提供的的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)較低廉的車載移動(dòng)娛樂服務(wù)。
在一些特殊情況下，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是不可用的，如2008年的汶川地震和2013年南方冰雹期間，大量的基礎(chǔ)設(shè)施遭到破壞，網(wǎng)絡(luò)癱瘓導(dǎo)致大量求救信息無法傳出。汽車數(shù)量劇增的時(shí)代智能傳輸設(shè)備的不斷優(yōu)化為VANET的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)提供了可能性，VANET不完全依賴路邊基站的特性為災(zāi)難中信息傳輸提供了可能解決方案。
文章組織如下，第一部分介紹了VANET的特性與研究問題所在，第二部分對近年來VANET的相關(guān)研究做了分類，第三部分分析了現(xiàn)有VANET路由研究中所使用的信息和VANET存在的問題及研究方向，第四部分對文章進(jìn)行了總結(jié)。
1.VANET分析
VANET具有兩種通信模式，即車輛之間的通信和車輛與基礎(chǔ)設(shè)施間的通信，車輛采用“攜帶-存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”的方式進(jìn)行消息傳輸。VANET表現(xiàn)出節(jié)點(diǎn)高移動(dòng)性，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳环€(wěn)定和節(jié)點(diǎn)自組織性等特性，在某些特殊情況下表現(xiàn)出機(jī)會(huì)性。組成網(wǎng)絡(luò)的車輛節(jié)點(diǎn)具有移動(dòng)性、社會(huì)性，可以實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)獲取，如移動(dòng)速度、當(dāng)前位置、移動(dòng)方向等。
在VANET中網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成是靠移動(dòng)節(jié)點(diǎn)完全自組織的，同時(shí)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)收到城市布局的限制，再者網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)南⒕哂幸恍┕残裕ㄈ缒康墓?jié)點(diǎn)所在的區(qū)域），因此在進(jìn)行VANET研究時(shí)可以將著重點(diǎn)集中于消息、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和拓?fù)淙齻€(gè)方向，對于相關(guān)研究將在第二部分給予介紹。
節(jié)點(diǎn)信息的實(shí)時(shí)獲取對于實(shí)現(xiàn)啟發(fā)式和基于上下文的路由算法起著決定性作用，車輛現(xiàn)有的計(jì)算能力和感知設(shè)備為其實(shí)現(xiàn)提供了良好的條件。車輛可以通過配備的GPS獲取當(dāng)前的位置，亦可通過攝像頭等來測量自身位移。位置信息可描述節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)軌跡從而構(gòu)建熱點(diǎn)區(qū)域等加速網(wǎng)絡(luò)中的消息路由；通過位置或位移信息可以計(jì)算出車輛短期的移動(dòng)方向或速度變化，以輔助節(jié)點(diǎn)選取最好的下一條延遲節(jié)點(diǎn)。對于節(jié)點(diǎn)的速度及變化也可通過傳感器或者接口直接從車輛發(fā)動(dòng)機(jī)或車輪處直接獲得，這對于評估道路情況非常重要。
目前許多車輛裝載了地理信息系統(tǒng)，使得移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可獲知城市道路拓普信息，在進(jìn)行路由設(shè)計(jì)時(shí)可預(yù)先進(jìn)行區(qū)域劃分，這對減少消息副本的洪泛式增長及提高節(jié)點(diǎn)資源利用率非常有效。即使GIS相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備不可用，也可以考慮通過GPS位置信息進(jìn)行地理區(qū)域劃分，加速消息的有效投遞。
2.VANET路由研究描述
2.1 以消息為中心的VANET路由策略相關(guān)研究
以消息為中心為中心的VANET路由策略主要考慮通過控制消息副本的副本數(shù)目來控制網(wǎng)絡(luò)擁塞問題并實(shí)現(xiàn)較理想的數(shù)據(jù)傳輸。經(jīng)典的洪泛路由策略Epidemic雖然能夠?qū)崿F(xiàn)最大努力交付且實(shí)驗(yàn)證明消息投遞率確實(shí)比較高，但隨時(shí)間的增長網(wǎng)絡(luò)中的消息副本數(shù)目爆炸式增長而造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，這使得許多新消息無法得到傳輸，網(wǎng)絡(luò)性能開始下降，大量網(wǎng)絡(luò)資源被浪費(fèi)。
改進(jìn)的洪泛路由策略Rumor[1]通過設(shè)置“”數(shù)據(jù)包廣播少量的包含事件信息的數(shù)據(jù)副本，減少了網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的副本數(shù)量，減少了數(shù)據(jù)包被丟棄的可能性，具有更小的傳輸延遲?；诰幋a的路由方式能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)式路由不能充分利用多播路由的缺點(diǎn)，基于網(wǎng)絡(luò)編碼的事件驅(qū)動(dòng)路由NCMR[2]，使用HELLO包確定周邊節(jié)點(diǎn)的信息，根據(jù)局部拓?fù)湫畔⒐?jié)點(diǎn)計(jì)算確定最小有限域并進(jìn)行向量先行無關(guān)的的局部編碼。NCMR采用線性的局部編碼，克服了傳統(tǒng)編碼方式對全局信息的依賴。
2.2 以節(jié)點(diǎn)為中心的VANET路由協(xié)議相關(guān)研究
該類路由策略主要考慮從節(jié)點(diǎn)的特性出發(fā)，如節(jié)點(diǎn)的成簇特性、社會(huì)性、延遲節(jié)點(diǎn)的分配和等級劃分等。基于節(jié)點(diǎn)相遇的ACR[3]引入蟻群算法的思想，節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)會(huì)“釋放信息素”，進(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)會(huì)優(yōu)先選擇信息素含量較多的節(jié)點(diǎn)中繼轉(zhuǎn)發(fā)?；谧罱缃蝗Φ腃SCR[4]根據(jù)受社交關(guān)系影響的節(jié)點(diǎn)相遇構(gòu)造簇相遇模型，將節(jié)點(diǎn)單位時(shí)間內(nèi)遇到的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的次數(shù)量化為節(jié)點(diǎn)的社會(huì)度，在進(jìn)行消息路由時(shí)通過節(jié)點(diǎn)在簇相遇時(shí)競爭產(chǎn)生簇頭來提高網(wǎng)絡(luò)中消息傳遞的速率。
VANET中如何識別延遲節(jié)點(diǎn)并有效的分配延遲節(jié)點(diǎn)有助于實(shí)現(xiàn)性能良好的路由協(xié)議。延遲節(jié)點(diǎn)在在很多時(shí)候會(huì)移動(dòng)至被隔離的區(qū)域，此時(shí)VANET變成了VDTN。延遲節(jié)點(diǎn)VANET性能的影響[5]一文考慮數(shù)據(jù)傳輸跳數(shù)與傳輸時(shí)間兩個(gè)性能指標(biāo)，給出通過最大化延遲節(jié)點(diǎn)利用率來減少延遲節(jié)點(diǎn)使用次數(shù)的MRA算法、通過增加最少的延遲節(jié)點(diǎn)以最小化傳輸時(shí)延的MRD算法和選用最小跳數(shù)的路徑來最小化傳輸時(shí)延的MDT算法。車輛的運(yùn)動(dòng)方向不穩(wěn)定、車流密度不可控、運(yùn)動(dòng)速度時(shí)變及構(gòu)造的平面圖存在間隔性分割這些問題都會(huì)引起錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。
基于交通信息的改進(jìn)GPSR算法TGPSR-WI[6]對GPSR進(jìn)行了改進(jìn)，無基站可用時(shí)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性粗略的將節(jié)點(diǎn)劃分等級，節(jié)點(diǎn)將消息轉(zhuǎn)發(fā)給根據(jù)局部節(jié)點(diǎn)屬性信息確定的最優(yōu)候選節(jié)點(diǎn)集，在數(shù)據(jù)包投遞率、平均吞吐量、平均傳輸時(shí)延上均有明顯的改善。
2.3 以拓?fù)錇橹行牡腣ANET路由策略相關(guān)研究
以拓?fù)錇橹行牡腣ANET路由策略主要是從地理拓?fù)浣嵌瘸霭l(fā)，進(jìn)而推算出網(wǎng)絡(luò)鏈路的可用性進(jìn)行消息傳輸優(yōu)化。
道路的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)可以近似當(dāng)做網(wǎng)絡(luò)拓?fù)滏溌费訒r(shí)來進(jìn)行車載自組織網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計(jì)。基于分布式實(shí)時(shí)信息的DRIP[7]提出了路段時(shí)延評估機(jī)制DRES，通過執(zhí)行DRES進(jìn)行路段延時(shí)估計(jì)分布式的獲取實(shí)時(shí)道路信息，作者提出包含直路模式和路口模式兩種模式的基于攜帶轉(zhuǎn)發(fā)的DRIP路由協(xié)議，選擇更有可能靠近目標(biāo)位置的車輛進(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)。基于鏈路感知的LALO[8]根據(jù)當(dāng)前臨近十字路口與目標(biāo)臨近十字路口間的歐式幾何距離確定的鏈路轉(zhuǎn)發(fā)方向，根據(jù)車輛運(yùn)行方向與路徑轉(zhuǎn)發(fā)方向、車輛實(shí)際速度與車輛的平均速度兩種背離關(guān)系量化得到的鏈路穩(wěn)定度三個(gè)方面構(gòu)建了傳輸性能預(yù)測模型。具有十字路口模式、直路模式和接入點(diǎn)模式三種模式的LALO路由協(xié)議表現(xiàn)出良好的傳輸性能。
VANET中節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)與通信受地理環(huán)境限制，具有良好的連通性的區(qū)域安全性與可靠性可能很低，具備消息傳輸可用性的區(qū)域的可用時(shí)間太短不足以順利實(shí)現(xiàn)消息傳輸?？煽康牡貓D路由協(xié)議RMR[9]由可靠地圖管理、評估與信息轉(zhuǎn)發(fā)，可靠路由發(fā)現(xiàn)，鄰居發(fā)現(xiàn)三部分組成，節(jié)點(diǎn)會(huì)選擇具有更高可靠度與可信任度的地理區(qū)域中的節(jié)點(diǎn)作為“最好”節(jié)點(diǎn)群進(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)，在傳輸成功率與傳輸延時(shí)上表現(xiàn)良好，同時(shí)在路由開銷上有很大的提升，表現(xiàn)出較好的可靠性。
車輛速度、密度等能夠彌補(bǔ)地理路由協(xié)議的不足，基于位置和連通性的PCAR[10]由錨節(jié)點(diǎn)序列選取、擴(kuò)展的貪心算法和路由恢復(fù)三部分組成，將岔路口抽象為錨點(diǎn)，根據(jù)依賴于道路長于和路上節(jié)點(diǎn)密度求出的道路權(quán)值選擇錨點(diǎn)序列，在直道上采用貪心算法向臨時(shí)目的錨節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)，性能表現(xiàn)良好。
3.VANET中信息使用與存在問題
為更好地路由消息，研究者使用節(jié)點(diǎn)所能獲取的信息進(jìn)行有效計(jì)算，消息中包含目的節(jié)點(diǎn)的id或者位置，通過目的節(jié)點(diǎn)的信息可以推算出目的區(qū)域，對具有同一目的區(qū)域的消息采用相同的方式進(jìn)行傳輸；對于具有規(guī)律內(nèi)容的消息可以進(jìn)行編碼重新分組，減少副本的情況下提高消息投遞成功的可能性。
消息傳輸?shù)闹黧w是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，因而節(jié)點(diǎn)屬性制約并保證了VANET消息傳輸?shù)男阅?。?jié)點(diǎn)的屬性包括位置、速度、加速度、移動(dòng)方向、歷史軌跡、鄰居數(shù)目、常駐區(qū)域、親友節(jié)點(diǎn)、通信范圍等，可以通過計(jì)算進(jìn)一步得到拓?fù)湫畔⒁暂o助延遲節(jié)點(diǎn)的選取和消息的傳輸轉(zhuǎn)發(fā)。地理拓?fù)湫畔ǖ缆贩植肌⒌缆饭?jié)點(diǎn)密度、道路傳輸延遲、障礙存在情況、十字路口信息、基站分布等，這些信息可以轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)拓普信息，通過拓普信息的獲取與計(jì)算分析可以進(jìn)行區(qū)域劃分與路徑選取以實(shí)現(xiàn)良好的消息傳輸。由于VANET是靠移動(dòng)節(jié)點(diǎn)自組織構(gòu)成的，因而不能采用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)固定路由的方式進(jìn)行消息傳輸，通使用實(shí)時(shí)信息的獲取和歷史信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)路由是解決VANET路由的有效方案。
現(xiàn)有VANET路由協(xié)議中存在一些問題，這也使得對其進(jìn)一步研究存在可能性。許多方案使用GIS在災(zāi)難發(fā)生時(shí)是不可取的，如何進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬的地理拓?fù)浍@取與構(gòu)建是未來的一個(gè)研究方向。許多路由協(xié)議從節(jié)點(diǎn)的某幾個(gè)屬性進(jìn)行計(jì)算得出節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級或道路的延遲以進(jìn)行消息傳輸優(yōu)化，這并沒有充分利用節(jié)點(diǎn)的信息收集與計(jì)算能力，如何實(shí)現(xiàn)一種綜合屬性的VANET路由方案值得考慮。以往的研究中，更多的是考慮如何加速實(shí)現(xiàn)消息的投遞，忽略了傳輸安全這一問題，將快速傳輸與安全保證相結(jié)合是未來的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
4.總結(jié)
VANET具有自組織性切不依賴傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施，是實(shí)現(xiàn)智慧城市中的交通管理和應(yīng)對災(zāi)難中的信息傳輸很好的選擇，實(shí)時(shí)信息的使用對于優(yōu)化VANET路由方案有很好的效果。從消息內(nèi)容、節(jié)點(diǎn)屬性和拓?fù)湫畔⑷嵌瘸霭l(fā)的路由方案能夠?qū)崿F(xiàn)很好的消息傳輸，但仍存在一些問題，值得進(jìn)一步的挖掘和深入研究。
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