移动Ａｄ　ｈｏｃ和ＷＳＮ网络特点和路由协议分析 Ad hoc

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1、移动和网络特点和路由协议分析 Ad hoc 摘要：移动Ad hoc网络是多年来网络研究的热点，WSN是传感器研究领域一个新的研究方向。因为它们之间很多的相同性使得每当提到WSN的时候往往和Ad hoc网络做比较。本文试图经过对Ad hoc网络和WSN网络特点和路由协议的介绍和分析，使这两个领域区分并联络起来。关键词：网络；协议；传感器；路由中图分类号：TP393文件标识码：A文章编号：1009-304418-31554-03Analysis of the Characters of Mobile Ad Hoc and WSN and Router AgreementTIAN Yue-xinAb

2、stract:mobile Ad hoc has been the focus of the network research, while WSN is the new direction of sensor research. The similarities of them make people always compare them. This essay is to differ and also combine them by introducing and analyzing the characters of them and router agreement.Key wor

3、ds:network;agreement;sensor;router1 引言多年来网络的研究热点转向了移动Ad hoc方向，并取得了长足的进展；在另一个领域传感器领域，伴随现实促进传感器应用的扩展，传感器研究领域产生了WSN。二者全部是无线网络，又因为有很多相同之处，本文就试图对移动Ad hoc和WSN作几点比较。2移动Ad hoc网络和WSN网络特点比较移动Ad hoc网络特点移动Ad hoc网络是由无线移动节点组成的含有任意和暂时性网络拓扑的动态自组织网络系统，有时称作MANET1。每个节点既能够作为主机，同时也能够作为路由器来使用，除了能够运行用户应用程序， 还能够经过其它节点转发数据包

4、，节点之间是以对等方法连接的，其关键特征包含以下方面：动态拓扑。节点含有任意移动性。另外，无线传输条件的快速改变， 也造成了网络拓扑需以不可预计的方法任意和快速地改变；带宽限制和改变的链路容量。移动Ad hoc网络采取无线传输技术作为底层通信手段， 其相对于有线信道含有较低的容量; 而且因为多路访问、多径衰落、噪声和信号干扰等多个原因，使得移动节点的实际带宽小于理论上的最大带宽值；能量限制节点。移动节点依靠电池提供工作所需的能量。 降低功耗将是影响网络协议设计的一个很主要的原因；有限的安全性。通常，移动无线网络因为采取无线信道、有限电源、分布式控制等原因，会比有线网络更易受到安全性的威胁。这些

5、安全性的攻击包含窃听、电子欺骗和拒绝服务等攻击手段。除此之外，因为Ad hoc网络本身结构特点就决定了它还含有以下特征：网络自主性。无线Ad hoc网相对常规通信网络而言，最大的区分就是能够在任何时刻、 任何地点不需要现有信息基础网络设施。这也是个人通信的一个表现形式；分布式控制。无线Ad hoc网络中的用户节点全部兼备独立路由和主机功效，不存在一个网络中心控制点，用户节点之间的地位是平等的， 网络路由协议通常采取分布式控制方法，因此含有很强的鲁棒性和抗毁性2。而在常规通信网络中，因为存在基站、网控中心或路由器这么一类集中控制设备，用户终端和它们所处的地位不是对等的；多跳通信。因为无线收发机的

6、信号传输范围有限，Ad hoc 网络要求支持多跳通信。 这种多跳通信由此也带来了隐藏终端、暴露终端和公平性等问题。WSN网络特点无线传感器网络是一个独立出现的计算机网络，它的基础组成单位是节点，这些节点集成了传感器、微处理器、无线接口和电源四个模块3。受环境、拓扑结构、应用等的影响形成了以下特点：包含了大面积的空间分布。比如在军事应用方面，能够将无线传感器网络布署在战场上跟踪敌人的军事行动，智能化的终端能够被大量地装在宣传品、子弹或炮弹壳中，在目标地点撒落下去，形成大面积的监视网络。能源受限制。网络中每个节点的电源是有限的，网络大多工作在无人区或对人体有伤害的恶劣环境中，更换电源几乎是不可能的

7、事，这势必须求网络功耗要小以延长网络的寿命，而且要尽最大可能的节约电源消耗。网络自动配置，自动识别节点。这包含自动组网、对入网的终端进行身份验证、预防非法用户入侵。相对于那些部署在预先指定地点的传感器网络而言，无线传感器网络能够借鉴ad hoc 方法来配置，当然前提是要有一套适宜的通信协议确保网络在无人干预情况下自动运行。网络的自动管理和高度协作性。在无线传感器网络中，数据处理由节点本身完成，这么做的目标是降低无线链路中传送的数据量，只有和其它节点相关的信息才在链路中传送。以数据为中心的特征是无线传感器网络的又一个特点，因为节点不是预先计划的，而且节点位置也不是预先确定的，这么就有部分节点因为

8、发生较多错误或不能实施指定任务而被中止运行。为了在网络中监视目标对象，配置冗余节点是必须的，节点之间能够通信和协作，共享数据，这么能够确保取得被监视对象比较全方面的数据。对用户来说，向全部在观察区内的传感器发送一个数据请求，然后将采集的数据送到指定节点处理，能够用一个多播路由协议把消息送到相关节点，这需要一个唯一的地址表，对于用户而言，不需要知道每个传感器的详细身份号，因此能够用以数据为中心的组网方法。小结经过以上的介绍和分析我们能够大致总结出移动Ad hoc网络和WSN的网络的相同点和区分。相同点。全部是自组织网络，网络自动配置，动态拓扑结构，需要考虑网络的安全性等。区分。无线传感器网络作为

9、一个分布式传感器网络和移动Ad hoc网络有相同点，但又有很多不一样。移动Ad hoc网络能够用于没有没有线基础设施存在或出于费用和安全方面的考虑不方便设置无线基础设施的场所，而传感器很多时候被部署在近地环境中，地波吸收现象不能被忽略，而且高密度部署的传感器网络中的多用户接口也造成了很高的误比特率。作为移动通信的两种基础组网模式之一，移动ad hoc 网络中的传输模型是经典的多对多式，而传感器网中的传输模型更偏向于分层次模型。通常来说，无线传感器网络的节点比经典的移动终端或手持设备有更多的资源受限要求，但对于计算的要求则是可有可无的，当需要实施计算任务时，假如通信成本比计算成本低，计算任务就被

10、送到中心节点去实施。3 Ad hoc网络和WSN路由协议比较Ad hoc网络路由协议介绍传统有线网络中的路由协议通常分为两大类，距离向量协议如RIP 和链路状态协议如OSPF。在借鉴传统路由协议优点基础之上，MANET 网络路由协议根据节点维护信息也可分为距离向量协议和链路状态协议； 假如以路由建立驱动方法来划分， 则可分为按需驱动或是表驱动， 按需驱动的含义是只有在源节点业务提议的时刻才开启路由发觉建立功效， 而表驱动协议中路由的建立则和业务无关，当网络拓扑发生改变时，对应各节点的路由信息就会被更新。Ad hoc按需距离向量AODV 路由协议4。AODV 使用路由请求/路由应答来建立路由。当

11、有数据包需要传送但没有可用路由时, 源节点广播一个路由请求 分组, 其邻居节点收到广播后传输该RREQ , 依这类推, 直到目标节点或含有能够抵达目标节点的最新路由的中间节点为止。AODV 利用序列号编码来确保全部的链路没有环路, 并确保中间节点只应答最新的信息, 每个节点包含源节点的IP 地址、目前的序列号和源节点所知道的目标节点最新的序列号。 收到RREQ 的中间节点或是目标节点, 或是该节点含有到目标节点的路由, 其对应的序列号应大于或等于RREQ 所包含的序列号, 所以, 它将向源节点发送路由应答。在RREP 沿反向路径返回时, 沿着该路径的节点在它们的路由表中建立前向路由统计以指向R

12、REP 的节点L假如不存在这么的路由, 或源节点移动, 路由表必需重新初始化；假如中间节点移动, 其上游邻近节点将注意到这个移动, 并将链路断裂的信息通告给直到源节点的上游节点。动态源路由。DSR 是一个简单而有效的路由协议, 尤其为多跳无线Ad hoc网络中的移动节点所设计。在该算法中, 由源节点决定分组转发的完整的节点序列, 并将这个路由统计在分组头中L“源路由”的使用有效地避免了环路的出现和转发分组的中间节点路由信息的更新L在路由犯错的时候, 路由表中的对应统计将被删除；而在发觉新路由时, 将向路由表添加新的统计。此协议由两种关键的机制组成:“路由发觉 ”和“路由维护 ” 5。当源节点有

13、分组要发送到某个目标端时, 首先查询自己的路由表以确定是否含有抵达该目标端的路由L假如存在, 则使用这条路由来发送分组；不然, 广播一个统计了源节点地址、目标节点地址和唯一标识号的RREQ 进行路由发觉。接收到此分组的中间节点检验自己的路由表中是否有能够抵达目标端的路径, 假如没有, 则将自己的地址添加到分组的路由统计中并转发该RREQ。目标节点或存有能够抵达指定目标节点路由的中间节点收到RREQ后, 会做出路由应答RREPL目标节点直接翻转RREQ 的路由统计作为RREP 的路由统计；中间节点则需要将抵达目标节点的路由统计添加到RREQ 中的路由统计以后再翻转作为RREP 的路由统计。而在非

14、对称链路情况下若要返回路由应答, 响应节点必需有到源节点的路由。假如不存在满足条件的路由, 则将路由应答统计加入新的路由请求以发觉抵达源节点的路由。路由维护是经过使用路由错误分组和确定来进行的, 前者是在数据链路层传输失败时产生的, 以后者是用于检验路由链路操作的正确性。暂时序列路由算法。TORA 基于链路反转, 在高度动态移动的网络环境中操作L它由源提议, 而且对任何期望的源/目标端对提供多重路由。关键的设计理念是将控制信息控制在靠近拓扑改变的极少的一组节点范围内, 其技术关键在于怎样将一个面向非目标端的有向非循环图转变为面向目标端的有向非循环图。方法有两种: 完全反转和部分反转L 所以,

15、节点需要维护有关邻近 节点的路由信息。最好链路状态路由协议。最好链路状态路由协议是专为移动Ad hoc网络设计的。它是一个表驱动、预设式路由协议， 即网络中的节点周期性的和其它节点交换拓扑消息6。每个节点选择其邻居节点作为“多点中继”。在OLSR 中，只有被选为MPRs 的节点负责转发路由控制消息，最终分发到整个网络，即MPRs 过降低所需转发的消息数量，从而提供了一个洪泛控制消息的有效机制。因为利用了MPRs 取得最好链路状态路由，它很适合用于大型密集的移动网络。网络规模越大节点越密集，和传统的链路状态算法相比就越能取得最好化。WSN网络路由协议因为WSN的应用广泛性和环境相关性等，针对不一

16、样的WSN应用，有以下几个路由协议：能量感知路由。从数据传输中的能量消耗出发，讨论最优能量消耗路径和最长网络生存期等问题。能量感知路由。高效利用网络能量是WSN路由协议的一个显著特征，它依据节点的可用能量或传输路径上的能量需求，选择数据的转发路径。能量多路径路由。该路由机制在源节点和目标节点之间建立多条路径，依据路径上节点能量消耗和节点的剩下能量情况，给每条路径属于一定的选择概率，使得数据传输均衡消耗整个网络的能量，延长整个网络的生存期。基于查询的路由。在这类应用中，通讯流量关键是查询节点和传感器节点之间的命令和数据传输，同时传感器节点的采样信息在传输路径上通常要进行数据融合，经过降低通信流量

17、来节约能量。定向扩散路由。汇聚节点经过爱好消息发出查询任务，采取红饭方法传输爱好消息到整个区域或部分区域内的全部传感器节点。爱好消息用来表示查询的任务，表示网络用户对检测区域内感爱好的信息。在爱好消息的传输过程中，协议逐跳地在每个传感器节点上建立反向的从数据源到汇聚节点得数据传输梯度。传感器节点将采集到的数据沿着梯度方向传送到汇聚节点。谣传路由。它适合用于数据传输量较小的WSN，该机制引入了查询消息的淡薄随即转发，克服了适用洪泛方法建立转发路径带来的开销过大问题。基础思想：时间区域中的传感器节点产生代理消息，代理消息沿随机路径向外扩散传输，同时汇聚节点发送的查询消息也沿随机路径在网络传输，现代

18、理消息和查询消息的传输路径交叉在一起时，就会形成一条汇聚节点到事件区域的完整路径。地理位置路由。GEAR路由。GEAR路由机制依据时间区域的地理位置信息，建立汇聚节点到时间区域的优化路径，避免了洪泛传输方法，从而降低了路由建立的开销。GEAR路由假设已知时间区域的位置信息，每个节点知道自己的位置信息和剩下能量信息。GEM路由。GEM路由是一个适合用于数据中心存放方法的地理路由。基础思想：建立一个虚拟极坐标系统，用来表示实际的网络拓扑结构。网络中的节点形成了一个以汇聚节点为根的带环树，每个节点用到树根的跳数距离和角度范围表示，节点间的数据路由经过这个带环树实现。边界定位的地理路由。它确保路由正确

19、性的前提下，尽可能降低需要准确位置信息的节点数目。基础思想：首先经过网络中知道本身位置信息的节点确定一个全局坐标系。然后确定其它节点在这个坐标系中的位置，最终依据节点在坐标系中的位置进行数据路由。可靠路由协议。基于不相交路径的多路径路由机制。它预先建立和维护一组路径，不需要周期性洪泛就能恢复从数据源节点到汇聚节点的传输路径。基础思想：首先建立从数据源节点到汇聚节点的主路径，然后再建立多条备用路径；数据经过主路径进行传输，同时利用备用路径低速传送数据来维护路径的有效性；当主路径失败时，从备用路径中选择次优路径作为新的主路径。ReInForM路由。ReInForM路由从数据源节点开始，考虑可靠性需

20、求。新到质量和传感器节点到汇聚节点的跳数，决定需要的传输路径数目，和下一条节点数目和对应的节点，实现满足可靠要求的数据传输。基础过程为：首先，数据节点依据传输的可靠性要求计算需要的传输路径数；然后，在邻居节点中选择若干节点作为下一跳转发节点，并给每个节点根据一定百分比分配路径数目；最终，数据源节点将分配的路径数作为数据报头中的一个字段发给邻居节点。邻居节点在收到数据源节点的数据后，将自己视为数据源节点，反复上述数据源节点的选途经程。c)SPEED协议。SPEED协议是一个实时路由协议，在一定程度上实现了端到端的传输速率确保、网络拥塞控制和负载平衡机制。基础思想：首先交换节点的传输延迟，同时经过

21、邻居反馈机制确保网络传输速率在一个全局定义的传输速率阀值之上。节点还经过反向压力路由变更机制避开延迟太大的链路和路由空洞。小结其实，从现实中来讲，移动Ad hoc网络在网络拓扑方面和WSN有很多相同之处，从而使得它们的路由机制有相同之处，关键表现在以下方面：因为移动Ad hoc网络和WSN在动态拓扑、自组织网络、自动网络配置方面特点相同，在设计路由的时候不可避免地使这连个网络的路由机制的一些方面有很多相同之处。相对于有线网络来说，移动Ad hoc网络也是一个能量受限的网络，所以在设计路由机制的时候要考虑能量原因，这一点和WSN很相同。从安全方面考虑，移动Ad hoc网络和WSN的安全性全部不是

22、很高；从Qos方面考虑，它们的Qos全部不是很好等不过，移动Ad hoc网络和WSN因为处于不一样的研究领域，应用在不一样的领域，有很多不一样点，仅举多个方面：移动Ad hoc网络是基于IP编址的网络，每个节点全部有唯一的IP地址；WSN和之相反，传感器节点通常没有编址。移动Ad hoc网络的节点能量能够再冲，所以能够把它考虑成能量临时受限的网络；而WSN却不一样，每个传感器节点的能量用完后该节点也就消失了，从而引发WSN拓扑的改变，使得在详细路由机制上和移动Ad hoc网络不一样。移动Ad hoc网络中的节点和传感器节点相比来说存放能力、通讯能力、数据处理能力相对强很多，因此，这也带来了路由机制的不一样。4 结束语即使移动Ad hoc网络和WSN因为处于不一样的研究领域，应用在不一样的领域，不过因为全部属于无线网络的一部分，在网络特点和路由机制方面有很多的相同之处，这就是它们的联络；不可否认的是，不一样的研究领域和应用领域也带来它们之间的差异，这些差异大部分表现在详细应用上。需要注意的是，移动Ad hoc网络和WSN的不一样点和相同点不但仅是本文列举的，本文列举的仅仅是其中极少一部分，还有很多范围没有包括到，比如MAC层协议等。作为两个领域的发展方向代表和热点问题，伴随越来越多科研工作者的努力研究，相信它们一定会取得长足的发展。