移动AdHoc网络的网络层：中的关键信息

路由协议是网络层的主要功能，Ad Hoc网络作为一种多跳的自组织网络，传统的路由协议无法适应Ad Hoc网络的需求。Ad Hoc网络中的节点之间是通过多跳数据转发进行数据交换的，需要路由协议进行分组和数据的转发决策。再者，因为Ad Hoc网络采用无线通信且网络中的节点可以随意移动，因而网络拓扑结构频繁变化，这给Ad Hoc网络路由协议的设计带来一定的挑战。因此，在选择或者设计Ad Hoc网络路由协议的时候，必须考虑到Ad Hoc网络的这些特点。

IETF在1996年成立了自组网工作小组（MANET WG），研究自组织网络环境下路由协议的规范和接口设计。经过多年的研究发展，许多用于Ad Hoc网络的路由协议被相继提出，如OLSR，DSDV，DSR，AODV，TORA，ZRP，WRP，LAR等。

按照不同的标准，Ad Hoc网络路由协议有不同的分类方式。

（1）从所处的网络逻辑结构角度，Ad Hoc网络路由协议可以分为：①平面路由协议；②分级路由协议。

（2）按照所依据的基本路由算法的不同，Ad Hoc网络路由协议可以分为：①源路由协议；②基于链路状态的路由协议；③基于距离矢量的路由协议；④反向链路协议。

（3）按照路由的发现策略，Ad Hoc网络路由协议可以分为：①主动式路由协议；②被动式路由协议；③混合式路由协议。

1.主动式路由协议

主动式路由协议，又称为表驱动式路由协议，在这种类型的路由协议中，无论节点是否有通信需求，都需要通过周期性的路由分组广播，交换路由信息，建立和维护一张本节点到网络中其他节点路径的路由表。主动式路由协议一般包括邻居节点探测和路由广播两个过程，节点通过向网络中各通信端口周期性广播“Hello”分组来实现邻居节点的探测。当节点检测到网络中的网络拓扑出现变化时，需要在网络中发送路由更新消息，使网络中的其他节点对路由表进行更新。这种路由协议的优点是当节点需要发送数据时，只需在路由表中查找到达目的节点的路径信息，所需的时延很小。然而由于主动式路由协议需要把网络中拓扑结构的变化通过路由更新信息在网络中传播，以使网络中的节点更新路由表，这就给节点建立和维护路由表带来很大的路由开销；同时由于Ad Hoc网络动态的拓扑结构使得网络中传播的路由更新信息有可能是无效的，从而造成路由协议始终处于不收敛的状态。

主动式路由协议的代表协议有优化链路状态路由协议（Optimized Link State Routing，OLSR），基于目的站编号的距离矢量路由协议（Destination-Sequenced Distance-Vector Routing，DSDV），无线路由协议（Wireless Routing Protocol，WRP），Fisheye State Routing（FSR），Topology Dissemination Based on Reverse-Path Forwarding（TBRPF）等。

（1）OLSR路由协议。

优化链路状态路由协议（OLS R）是一种主动式的路由协议，网络中的节点通过周期性广播的Hello控制分组和TC控制分组实现链路感知、邻居探测和拓扑发现过程，采用Dijskra最短路径算法进行路由计算。与传统链路状态路由不同，OLSR协议引入了多点中继（MPR）策略，节点在其邻居节点中选择一部分节点作为MPR节点，只有网络中的MPR节点才产生和转发TC控制分组，这样大大降低了因TC消息洪泛而带来的开销。

OLS R协议的优点是路由表更新及时、路径查找延时小、支持单向信道，并且OLSR路由协议通过引入MPR机制有效地减少了控制分组的数量，大大降低了控制开销。然而，由于OLSR协议需要通过周期性的控制消息构建网路拓扑，因而维护路由表所需的开销仍然很大。同时，由于动态网络拓扑中，网络中的传播控制分组有可能已经过时，导致路由协议不收敛，也使得OLSR协议不能很好地适用于快速移动的场景。

（2）DSDV路由协议。

DSDV路由协议是一种基于Bellman-Ford算法的主动式路由协议，被认为是最早的自组网路由协议，其特点是利用目的节点序列号解决路由环路和无穷计数问题。在DSDV中，采用时间驱动和事件驱动来控制路由表的传送，即网络中的每个节点保存一张路由表，路由表维护本节点到网络中其他节点的路径信息。路由条目中保存目的节点的序列号（Sequence Number），用以区别新旧路由。节点通过周期性的广播路由更新分组和邻居交换而使路由表保持连贯性，用于维护和更新路由。若在周期没有到达之前，网络拓扑结构发生变化，节点会及时向邻居节点发送增量更新的路由信息，以及时维护和更新路由。

在DSDV协议中，每个节点都通过周期性的广播消息向邻居节点通告其当前的路由表，邻居节点接收到该消息后，进行处理，对本身的路由表更新，并在周期到来时向邻居节点通告本身的路由表。通过这种方式而不是洪泛向网路中所有节点进行通告，大大减少了控制开销。

当有新节点加入时，节点告诉其他节点自己的存在。当周围邻居节点收到该消息后，把这一表项加入路由表中，并把该消息作为路由更新条目立即向周围邻居发送。经过一段的时间，每个节点都可以建立一个完整的路由表。

路由表的更新也是基于周期性路由分组和立即路由更新分组来实现的。

在DSDV协议中，路由选择的准则为：序列号为新或者度量值（如跳数）小的路由表项。采用这种路由选择的方式能有效地解决由于异步路由信息通告而带来的路由频繁波动。

DSDV协议的优缺点：

DSDV协议采用序列号机制来区分路由的新旧程度，防止可能产生的路由环路，同时，作为主动式路由协议，DSDV协议在发送数据时，查找路由所需的时延小。DSDV的缺点是不适应拓扑变化速度快的应用环境，同时它还不支持单向信道，且路由收敛慢，路由开销大。

2.被动式路由协议

被动式路由协议又称按需路由协议，主要包括“路由发现”和“路由维护”两个过程。与主动式路由协议相反，被动式路由认为在动态变化的自组网环境中，没有必要维护到网络中其他所有节点的路径信息，仅在当源节点需要获得到目的节点的路径信息，而该路径信息在路由表中又不存在时，路由发现过程将被执行，即拓扑结构和路由表的内容是按需建立的。当需要路由发现时，网络中的节点采用洪泛的方式向整个网络广播路由请求分组，当有路由请求分组到达目的节点后，目的节点向请求节点发出路由应答分组，在源节点和目的节点之间建立起双向的“激活路径”。当激活路径上出现某段链路中断时，路由协议启动路由维护过程，路由维护有断点路径修复和源节点路由重新建立两种策略。(www.xing528.com)

被动式路由协议是自组网特有的协议类型，它采用按需建立和维护路由表的机制。优点是：不需要周期性的路由信息广播，节省了一定的网络资源，降低了路由开销，提高了网络的吞吐量。然而，被动式路由协议具有潜在的不确定性，包括：目的节点是否可达的不确定性和路由建立延迟的不确定性；当有数据分组需要发送时，若在路由表中不存在到达该目的节点的可用路径信息，数据分组需要等待路径发现过程的时延较大。

被动式路由协议的代表协议有：动态源路由协议（Dynamic Source Routing Protocol，DSR）、无线自组网按需平面距离矢量路由协议（Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing，AODV），Temporally Ordered Routing Algorithm（TORA），ABR协议等。

（1）AODV协议。

无线自组网按需平面距离矢量路由协议是应用于无线Ad Hoc网络中进行路由选择的路由协议，是Ad Hoc网络中被动式路由协议的典型协议。

在AODV协议中，分为路由请求、路由响应和路由维护三个阶段。

第一阶段，路由请求。在AODV协议中，当源节点向目的节点发送数据分组时，若在路由表中没有到达目的节点的路由表项，源节点启动路由请求过程，广播路由请求分组（RREQ分组）。RREQ分组主要包含源地址、源节点序列号、广播ID、目标地址、目标节点序列号和跳计数。

第二阶段，路由响应。当中间节点接收到RREQ分组，便在路由表中建立到源节点的反向路径。如果该中间节点具有到达目标节点的有效路径或节点本身是目标节点，则会向源节点单播路由应答分组，否则继续广播路由请求报文。

当RREQ分组到达目的节点时，目的节点启动路由响应机制，生成路由应答分组（RREP分组），RREP分组根据已建立的反向路径逐跳转发到源节点，网络中每个转发该RREP分组的节点，会建立到达目的节点的前向路径。

第三阶段，路由维护。在AODV协议中，当节点检测到与某邻居节点之间链路中断时，若与该邻居节点的断开不影响正在活动的路由，则不进行重新路由发现过程，否则，本节点就会广播路由错误分组（RRER分组）或进行本地链路恢复。

AODV路由协议的优缺点：

作为经典的Ad Hoc网络被动式路由协议，AODV路由协议具有控制开销小、吞吐量较大、支持组播路由和QoS路由等优点。但是，AODV协议同时还具有不支持单向链路和查询路径等待时延较大等缺点。

（2）DSR路由协议

DSR协议是最早采用按需路由思想的路由协议，是一种基于源路由机制的被动式路由协议，它的主要特点是采用源路由机制转发数据分组，即在分组头部携带要经过的路径节点的信息，中间节点在转发该分组时，按照该分组携带的路径节点序列进行转发。

DSR路由协议主要由路由发现过程和路由维护过程两部分组成。路由发现过程主要用于源节点获取到达目的节点的路径信息。当路径由于节点间链路中断而造成该路径无法保证到达目的节点时，当前路径信息就失效了。在DSR协议中，通过路由维护过程来监测当前路由可用的状况，当监测到路由失效时，将采用新一轮的路由发现过程。

DSR路由协议的优缺点：

作为被动式路由协议，DSR路由协议具有控制开销较小、吞吐量较大等优点，同时，由于采用源路由机制，所以DSR协议中的中间节点不需要维护到全网所有节点的路径信息。但是由于每个数据分组都携带了路径节点信息，因而使得协议开销增大，不适合网络直径大的网络。

表5-2给出了Ad Hoc网络中几种经典的路由协议性能比较。

表5-2　几种经典的路由协议性能比较

随堂练习

OLSR，AODV，DSR协议都有哪些优点？