自組織網(wǎng)絡(luò)及其路由技術(shù)演示教學(xué)

1、自組織網(wǎng)絡(luò)及其路由技術(shù)精品文檔自組織網(wǎng)絡(luò)及其路由技術(shù)一、背景及概念1.發(fā)展歷史無線通信網(wǎng)一般都是有中心的，要基于預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)才能運(yùn)行。例如，蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)要有基站的支持；無線局域網(wǎng)一般也工作在有接入點(diǎn)（ AP）和有線骨干網(wǎng)的模式下。但對(duì)于有些特殊場(chǎng)合來說，有中心的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)并不能勝任。比如，戰(zhàn)場(chǎng)上部隊(duì)快速展開和推進(jìn)，地震或水災(zāi)后的營(yíng)救等。這些場(chǎng)合的通信不能依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，而需要一種能夠臨時(shí)快速自動(dòng)組網(wǎng)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。無線自組織網(wǎng)絡(luò)即可以滿足這樣的應(yīng)用。自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究始于 20 世紀(jì) 70 年代。美國(guó) DARPA 出于軍事需要，開始研究分組無線網(wǎng)（ PRNET）在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下數(shù)據(jù)

2、通信中的應(yīng)用。項(xiàng)目完成之后， DAPRA 又在 1993 年啟動(dòng)了高殘存性自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目。研究如何將PRNET 的成果加以擴(kuò)展，以支持更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，還要開發(fā)能夠適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)快速變化環(huán)境下的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 1994 年， DARPA 又啟動(dòng)了全球移動(dòng)信息系統(tǒng)項(xiàng)目。在分組無線網(wǎng)已有成果的基礎(chǔ)上對(duì)能夠滿足軍事應(yīng)用需要的、可快速展開、高抗毀性的移動(dòng)信息系統(tǒng)進(jìn)行全面深入的研究，并一直持續(xù)至今。 1991 年成立的 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)采用了“無線自組織網(wǎng)絡(luò)”一詞描述這種特殊的對(duì)等式無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。美國(guó)福布斯雜志報(bào)道了加州大學(xué)洛杉磯分校的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究項(xiàng)目，指出通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，我們將

3、實(shí)實(shí)在在地掌握這個(gè)物理世界。 2003 年美國(guó)商業(yè)周刊將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為 21 世紀(jì)改變世界的 10 大技術(shù)之一。美國(guó)技術(shù)評(píng)論雜志評(píng)出對(duì)世界產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的十大新興技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)排名第一。另外，像 IEEE(ComPuter等眾多雜志也都發(fā)表了一些關(guān)于無限傳感器網(wǎng)絡(luò)的論文。我國(guó)也非常重視無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究，中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)在 2003 年已經(jīng)開始對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)行了資助，并于 2004 年將其列為重點(diǎn)項(xiàng)目。 2005 年我國(guó)開始傳感網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化研究工作。2006 年，國(guó)家 973 計(jì)劃，國(guó)家 863 高技術(shù)計(jì)劃等國(guó)家和省部級(jí)科技發(fā)展“十一五”規(guī)劃也設(shè)專項(xiàng)資助該領(lǐng)域的理論

4、、方法和關(guān)鍵技術(shù)研究。收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔同年，我國(guó)政府將發(fā)展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列入未來 15 年的國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要 (2006 一 2020 年)。 2008 年 9 月啟動(dòng)的國(guó)家 16 個(gè)重大專項(xiàng)中 03 專項(xiàng)設(shè)立 7 個(gè)方向，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為第 6 個(gè)一“短距離無線互聯(lián)與傳感器網(wǎng)絡(luò)研發(fā)”。未來科學(xué)家預(yù)言無線傳感器將引發(fā)新的信息革命，一些專家將傳感器網(wǎng)絡(luò)、塑料電子學(xué)和仿生人體器官并稱為全球未來的三大高科技產(chǎn)業(yè)，它們將掀起新的產(chǎn)業(yè)浪潮。這些都預(yù)示著未來到處是以電池為能源的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，這些傳感器可監(jiān)控環(huán)境、機(jī)器甚至人類自己。在自組織網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)具有報(bào)文轉(zhuǎn)

5、發(fā)能力，節(jié)點(diǎn)間的通信可能要經(jīng)過多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，即經(jīng)過多跳，這是自組織網(wǎng)絡(luò)與其它移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的最根本區(qū)別。節(jié)點(diǎn)通過分層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和分布式算法相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)組織和運(yùn)行。2.自組織網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)無線自組織網(wǎng)絡(luò)具有無中心和自組織性。網(wǎng)絡(luò)中沒有絕對(duì)的控制中心，所有節(jié)點(diǎn)的地位平等，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通過分布式算法來協(xié)調(diào)彼此的行為，無需人工干預(yù)和任何其它預(yù)置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，可以在任何時(shí)刻任何地方快速展開并自動(dòng)組網(wǎng)。由于網(wǎng)絡(luò)的分布式特征、節(jié)點(diǎn)的冗余性和不存在單點(diǎn)故障點(diǎn)，使得網(wǎng)絡(luò)的健壯性和抗毀性很好。所以與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比，無線自組織網(wǎng)絡(luò)有以下特性：1.自動(dòng)配置 ：自動(dòng)配置是無線自組織網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)特征，節(jié)點(diǎn)必須檢測(cè)其它節(jié)

6、點(diǎn)以及它們可以提供的服務(wù)。由于網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化，自動(dòng)配置過程需要確保網(wǎng)絡(luò)能夠正常工作，這涉及到連接Internet 的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的更換，簇頭的更新等。在網(wǎng)絡(luò)形成階段，節(jié)點(diǎn)可以就網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行協(xié)商（星形、環(huán)形、點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)、平面和分級(jí)），這依賴于網(wǎng)絡(luò)的類型、底層的無線技術(shù)和應(yīng)用的需求。2 .多跳性 :由于節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的限制，其通信范圍有限。當(dāng)它要與其通信范圍之外的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，需要中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)。另外， Adhoc 網(wǎng)絡(luò)中的多跳是由普通節(jié)點(diǎn)協(xié)作完成的，而不需要專用的路由設(shè)備 (如路由器 )來完成。收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔3.無中心和自組織性:網(wǎng)絡(luò)中沒有絕對(duì)的控制中心，所有節(jié)點(diǎn)的

7、地位平等，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通過分布式算法來協(xié)調(diào)彼此的行為自組成網(wǎng)，無需人工干預(yù)和任何其它預(yù)置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。由于網(wǎng)絡(luò)的分布式特征、節(jié)點(diǎn)的冗余性和不存在單點(diǎn)故障點(diǎn)，使得網(wǎng)絡(luò)的健壯性和抗毀性很好。4.動(dòng)態(tài)拓?fù)?:網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)終端能夠以較隨意的速度和方式移動(dòng)，并可以隨時(shí)關(guān)閉電臺(tái)，加上無線發(fā)送裝置的天線類型多種多樣、發(fā)送功率的變化、無線信道間的互相干擾、地形和天氣等綜合因素的影響，移動(dòng)終端間通過無線信道形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇赡茈S時(shí)發(fā)生變化，而且變化的方式和趨勢(shì)都難以預(yù)測(cè)。5.帶寬的限制 :自組織網(wǎng)絡(luò)采用無線傳輸技術(shù)作為底層通信手段，由于無線信道本身的物理特性，它所能提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對(duì)有線信道要低得多。此外，同時(shí)無線

8、自組織網(wǎng)絡(luò)受限于無線傳輸帶寬，由于采用無線傳輸技術(shù)作為底層通信手段，它所能提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對(duì)有線信道要低得多。此外考慮到競(jìng)爭(zhēng)共享無線信道產(chǎn)生的沖突、信號(hào)衰減、噪音和信道之間干擾等多種因素，移動(dòng)終端得到的實(shí)際帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論上的最大帶寬。6.移動(dòng)終端的局限性:自組織網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)終端具有攜帶方便、輕便靈巧等好處，但是也存在固有缺陷，例如能量有限、內(nèi)存較小、CPU 性能較低等，從而給應(yīng)用程序設(shè)計(jì)開發(fā)帶來一定的難度，同時(shí)屏幕等外設(shè)較小，不利于開展功能較復(fù)雜的業(yè)務(wù)。7.存在單向信道 :自組織網(wǎng)絡(luò)采用無線信道通信，由于地形環(huán)境或發(fā)射功率等因素影響，一對(duì)節(jié)點(diǎn)之間可能產(chǎn)生單向信道。8.安全性較差 :自組織網(wǎng)絡(luò)

9、是一種特殊的無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，由于采用無線信道、無中心、分布式控制和臨時(shí)組織等技術(shù)，它更加容易受到被動(dòng)竊聽、主動(dòng)收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔入侵、拒絕服務(wù)、剝奪“睡眠”等網(wǎng)絡(luò)攻擊。信道加密、抗干擾、用戶認(rèn)證和其它安全措施都需要特別考慮。3.Ad-hoc 網(wǎng)絡(luò)AdHoc 網(wǎng)絡(luò)是目前討論的最多的自組織網(wǎng)技術(shù)。這種網(wǎng)絡(luò)不需要固定的基站設(shè)備和路由器，應(yīng)此不依賴于蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可在一定區(qū)域內(nèi)隨意移動(dòng)并能于網(wǎng)絡(luò)中的任意站點(diǎn)相互通信。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)路由器的功能而在網(wǎng)絡(luò)中搜尋、維護(hù)到另一節(jié)點(diǎn)的路由。自組織網(wǎng)可用在事故的突發(fā)現(xiàn)場(chǎng)以及人們希望能迅速共享信息的會(huì)議、辦公室等場(chǎng)所。Ad

10、Hoc 網(wǎng)絡(luò)根據(jù)站點(diǎn)間的邏輯關(guān)系可以分為兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如圖1-1 所示，左邊的自組織網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)平面結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，而右邊的則是一個(gè)二級(jí)結(jié)構(gòu)的自組織網(wǎng)絡(luò)。平面結(jié)構(gòu)中，所有節(jié)點(diǎn)地位平等，也被稱為是對(duì)等式結(jié)構(gòu)。與之相對(duì)的分級(jí)結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)被劃分為多個(gè)簇(cluster)，每個(gè)簇由一個(gè)簇首 (cluster 一 header)和多個(gè)簇成員 (cluster 一 member)組成。這些簇首在邏輯上組成了一個(gè)高一級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，而在這個(gè)高一級(jí)的網(wǎng)絡(luò)中又可以分簇，形成更高一級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，直至最高級(jí)。任意兩個(gè)不在一個(gè)簇之內(nèi)的簇成員之間的通信都要通過各自的簇首來中轉(zhuǎn)。收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理

11、員刪除精品文檔圖 1.1 平面結(jié)構(gòu) VS 分級(jí)結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)的自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于站點(diǎn)間是對(duì)等一的邏輯關(guān)系無需任何的結(jié)構(gòu)維護(hù)過程。源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間可以存在多條路徑，當(dāng)一條路徑繁忙時(shí)，可能通過另一條路徑繼續(xù)通信。由于網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)是對(duì)等的，原則上不存在瓶頸，所以比較健壯。平面結(jié)構(gòu)的最大缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受限。在平面結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要知道到達(dá)其它所有節(jié)點(diǎn)的路由。由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，維護(hù)這些動(dòng)態(tài)變化的路由信息需要大量的控制消息。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越大，路由維護(hù)的開銷就越大。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模增加到某個(gè)程度時(shí)，所有的帶寬都可能會(huì)被路由協(xié)議消耗掉。所以平面式結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性較差。分級(jí)結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)則是可以有效控

12、制路由信息量的膨脹，可以支持更大的網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，必要的時(shí)候可以通過增加新的簇或者增加網(wǎng)絡(luò)級(jí)數(shù)來提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的容量。分級(jí)結(jié)構(gòu)中，簇內(nèi)成員只需要維護(hù)簇內(nèi)站點(diǎn)間的路由信息，與簇外站點(diǎn)的通信交給簇首處理。即簡(jiǎn)化了成員站點(diǎn)的功能，又使得簇內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)管理信息量大大減少，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)開銷。簇內(nèi)成員無須知道其他簇的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一個(gè)簇的拓?fù)渥兓粫?huì)被其它簇的節(jié)點(diǎn)感知，這就大大減少了網(wǎng)絡(luò)中路由信息對(duì)無線鏈路帶寬的消耗。簇首的功能較為復(fù)雜一些，不僅需要維護(hù)到達(dá)其他簇的路由信收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔息，還要知道所有節(jié)點(diǎn)與簇的關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)中主要的路由功能由簇首完成，大部分路由、管理信息在由簇首組成的高級(jí)網(wǎng)絡(luò)中

13、傳播。一般情況下簇首只是網(wǎng)絡(luò)中的少數(shù)站點(diǎn)，在同樣規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的條件下分級(jí)結(jié)構(gòu)的路由開銷要比平面結(jié)構(gòu)的小。如果簇內(nèi)通信的信息流量在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信量中占較大比例的時(shí)候，更能夠明顯提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。當(dāng)然分級(jí)結(jié)構(gòu)也有其缺點(diǎn)存在。首先維護(hù)不同層次結(jié)構(gòu)間站點(diǎn)的邏輯關(guān)系較為復(fù)雜。簇首站點(diǎn)如果由事先指定，在站點(diǎn)移動(dòng)情況下無法保證各個(gè)簇的規(guī)模相當(dāng) ;選舉產(chǎn)生簇首的算法又較為復(fù)雜，需要仔細(xì)設(shè)計(jì)。其次簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)與簇外的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)必須經(jīng)過簇頭，所得到的路由不一定是最佳路由。第三簇首的通信負(fù)擔(dān)較重，容易成為網(wǎng)絡(luò)中的通信瓶頸。從上面的比較可以看出，平面結(jié)構(gòu)和分級(jí)結(jié)構(gòu)的自組織網(wǎng)絡(luò)各自具有不同的優(yōu)勢(shì)。平面結(jié)構(gòu)的自組織網(wǎng)絡(luò)

14、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，站點(diǎn)間的路由較為靈活，不容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)瓶頸。但是，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)路由更新信息的負(fù)載較重造成通信容量的下降。平面結(jié)構(gòu)更適合較小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。分級(jí)結(jié)構(gòu)通過路由信息局部化減小路由控制報(bào)文的開銷，提高了系統(tǒng)的吞吐量;通過增加新的簇分級(jí)結(jié)構(gòu)可以支持更大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，有較好的可擴(kuò)展性;另外分級(jí)結(jié)構(gòu)可通過簇首的管理功能為網(wǎng)絡(luò)提供用戶接入控制和站點(diǎn)定位等輔助功能。在 AdHoc 網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，無論采用平面結(jié)構(gòu)還是分級(jí)結(jié)構(gòu)有一點(diǎn)是共同的:所有站點(diǎn)共享一個(gè)物理信道。分級(jí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)雖然能夠限制簇內(nèi)部的路由信息向其它簇?cái)U(kuò)散，但是分簇和分級(jí)都只是限于站點(diǎn)間邏輯關(guān)系而言，并不能隔離站點(diǎn)對(duì)物理信道的競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有站點(diǎn)數(shù)量

15、越大，站點(diǎn)取得信道資源就越困難，出收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔現(xiàn)信道沖突的可能性也相應(yīng)增加。由于站點(diǎn)的通信距離限制，多數(shù)情況下AdHoc 。網(wǎng)絡(luò)中存在多跳路徑。多跳網(wǎng)絡(luò)中隱藏終端的存在使得站點(diǎn)難以區(qū)分無線信道是空閑還是正被一個(gè)隱藏終端使用，物理信道沖突比有線以太網(wǎng)和單跳無線網(wǎng)絡(luò)中更復(fù)雜。4.無線傳感自組織網(wǎng)的應(yīng)用無線自組織網(wǎng)絡(luò)的許多優(yōu)良特性為它在民用和軍事通信領(lǐng)域占據(jù)一席之地提供了有利的依據(jù)。首先，網(wǎng)絡(luò)的自組織性提供了廉價(jià)而且快速部署網(wǎng)絡(luò)的可能。其次，多跳和中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)特性可以在不降低網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的條件下減少每個(gè)終端的發(fā)射范圍，從而降低設(shè)計(jì)天線和相關(guān)發(fā)射（接收）部件的難度，也

16、降低了設(shè)備的功耗，從而為移動(dòng)終端的小型化、低功耗提供了可能。從共享無線信道的角度來看，自組織網(wǎng)絡(luò)降低了信號(hào)沖突的幾率，提高了信道利用率。從對(duì)使用者的保護(hù)來看，高功率的無線電波產(chǎn)生的電磁輻射對(duì)用戶的身體健康也有影響。另外，網(wǎng)絡(luò)的魯棒性、抗毀性滿足了某些特定應(yīng)用需求。它的應(yīng)用場(chǎng)合可以分為以下幾類：收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔1.緊急場(chǎng)合 ：在發(fā)生了地震、水災(zāi)、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴或遭受其它災(zāi)難打擊后，固定的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施（如有線通信網(wǎng)絡(luò)、蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的基站等網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、衛(wèi)星通信地球站以及微波接力站等）可能被全部摧毀或無法正常工作，對(duì)于搶險(xiǎn)救災(zāi)來說，這時(shí)就需要無線自組織網(wǎng)絡(luò)這種不依賴任何固定網(wǎng)

17、絡(luò)設(shè)施又能快速布設(shè)的自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。類似地，處于邊遠(yuǎn)或偏僻野外地區(qū)時(shí)，同樣無法依賴固定或預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進(jìn)行通信。無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的獨(dú)立組網(wǎng)能力和自組織特點(diǎn)，是這些場(chǎng)合通信的最佳選擇。2.軍事應(yīng)用 ：軍事應(yīng)用是無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。因其特有的無需架設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、可快速展開、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，它是數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)通信的首選技術(shù)。無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成為美軍戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。美軍的近期數(shù)字電臺(tái)和無線互聯(lián)網(wǎng)控制器等主要通信裝備都使用了自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。3.個(gè)人通信 ：個(gè)人局域網(wǎng)是無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的另一應(yīng)用領(lǐng)域。不僅可用于實(shí)現(xiàn) PDA、手機(jī)、手提電腦等個(gè)人電子通信設(shè)備之間的通信，還可用于個(gè)人局

18、域網(wǎng)之間的多跳通信。4.傳感器網(wǎng)絡(luò)： 傳感器網(wǎng)絡(luò)是無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的另一大應(yīng)用領(lǐng)域。對(duì)于很多應(yīng)用場(chǎng)合來說傳感器網(wǎng)絡(luò)只能使用無線通信技術(shù)。而考慮到體積和節(jié)能等因素，傳感器的發(fā)射功率不可能很大。使用無線自組織網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多跳通信是非常實(shí)用的解決方法。分散在各處的傳感器組成無線自組織網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)傳感器之間和與控制中心之間的通信。這在爆炸殘留物檢測(cè)等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔5.移動(dòng)通信系統(tǒng)補(bǔ)充 ：無線自組織網(wǎng)絡(luò)還可以與蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)相結(jié)合利用移動(dòng)臺(tái)的多跳轉(zhuǎn)發(fā)能力擴(kuò)大蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的覆蓋范圍、均衡相鄰小區(qū)的業(yè)務(wù)、提高小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù)速率等。6.商業(yè)應(yīng)用：

19、 組建家庭無線網(wǎng)絡(luò)、無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)和無線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，開展移動(dòng)和可攜帶計(jì)算以及無所不在的通信業(yè)務(wù)等。7.其它應(yīng)用 :考慮到 Adhoc 網(wǎng)絡(luò)具有很多優(yōu)良特性，它的應(yīng)用領(lǐng)域還有很多，這需要我們進(jìn)一步去挖掘。比如它可以用來擴(kuò)展現(xiàn)有蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的覆蓋范圍，實(shí)現(xiàn)地鐵和隧道等場(chǎng)合的無線覆蓋，實(shí)現(xiàn)汽車和飛機(jī)等交通工具之間的通信，用于輔助教學(xué)和構(gòu)建未來的移動(dòng)無線城域網(wǎng)和自組織廣域網(wǎng)等。二、自組織網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)1.路由算法設(shè)計(jì)目標(biāo)路由協(xié)議是 ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的核心，是節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信而采用的協(xié)議，主要由路由算法實(shí)現(xiàn)。由于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)可能發(fā)生改變，因此路由算法要能滿足動(dòng)態(tài)路

20、由的要求。選擇和設(shè)計(jì)一個(gè)高效的路由算法對(duì)于一個(gè) ad-hoc網(wǎng)絡(luò)來說顯得非常重要，路由算法的好壞直接影響到ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的性能。 Ad-hoc 路由算法設(shè)計(jì)的首要問題是要求簡(jiǎn)單、高效并且控制開銷小。本章主要研究 ad-hoc路由算法的設(shè)計(jì)。路由算法的任務(wù)是在節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間建立路由，實(shí)現(xiàn)可靠地?cái)?shù)據(jù)傳遞，一個(gè)完整的路由算法應(yīng)包括路由方式、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)等內(nèi)容。要設(shè)計(jì)一個(gè)好的路由算法通常有以下的一個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo):1.簡(jiǎn)單、最優(yōu)化、高效、低耗、控制開銷小收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔自組織無線傳輸帶寬有限，傳送控制開銷不可避免地消耗掉一部分帶寬資源，因此路由算法首先應(yīng)盡量簡(jiǎn)單可靠

21、，并具有選擇最佳路徑的能力，這樣有助于減少各種開銷。另外路由算法也必須高效的提供其功能，盡可能減少軟件和應(yīng)用的開銷。不能在節(jié)點(diǎn)保存太多的狀態(tài)信息，節(jié)點(diǎn)間不能交換太多的路由信息。2.無環(huán)路、快速收斂路由算法必須能夠保證不會(huì)產(chǎn)生路由環(huán)路，并且能快速收斂，收斂是所有路由器對(duì)最佳路徑達(dá)成一致的過程。由于自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)的，隨時(shí)處于變化之中，會(huì)導(dǎo)致大量已有路由信息在短時(shí)間內(nèi)作廢，從而更容易產(chǎn)生路由環(huán)路。因此無環(huán)路的路由算法就顯得尤為重要，另外，路由算法必須對(duì)拓?fù)涞淖兓哂锌焖俜磻?yīng)能力，在計(jì)算路由時(shí)能夠快速收斂，及時(shí)獲得有效的路由，避免出現(xiàn)目的節(jié)點(diǎn)不可達(dá)的情況。3.健壯、穩(wěn)定、靈活路由算法必須健壯，即

22、在出現(xiàn)不正?；虿豢深A(yù)見事件的情況下仍能正常處理，例如硬件故障、高負(fù)載和不正確的實(shí)現(xiàn)方法等。路由算法還應(yīng)該是靈活的，即它們應(yīng)該迅速、準(zhǔn)確地適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，例如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)鏈路中斷時(shí)，路由算法要迅速選擇次佳的路徑。2.網(wǎng)絡(luò)的組成部分無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量節(jié)點(diǎn)以自組織形式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。在被監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)被任意散落后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以收集數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)通過自組織快收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔速形成一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)，它們之間相互協(xié)作進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，融合和傳遞。如圖2.1所示，典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由傳感器節(jié)點(diǎn)、簇節(jié)點(diǎn)(clusternode)、匯聚節(jié)點(diǎn)(也稱為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)， sink 節(jié)點(diǎn)

23、 )、internet 或衛(wèi)星通訊網(wǎng)組成的。傳感器節(jié)點(diǎn)既負(fù)責(zé)采集和發(fā)送信息，也可負(fù)責(zé)作為其它節(jié)點(diǎn)信息的路由傳輸點(diǎn)。首先，每個(gè)節(jié)點(diǎn)將自己收集的數(shù)據(jù)傳送給自己傳輸范圍內(nèi)的簇節(jié)點(diǎn)(或可到達(dá)簇節(jié)點(diǎn)的路由節(jié)點(diǎn) )，各個(gè)簇節(jié)點(diǎn)通過多跳中繼方式將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳到sink 節(jié)點(diǎn)，最終通過Internet 或衛(wèi)星通訊網(wǎng)傳送到監(jiān)控中心，最終實(shí)現(xiàn)任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)(觀察者 )與傳感器之間的通信。圖 2.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是在移動(dòng)Ad 一 Hoc 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在自組織和多跳通信等方面與移動(dòng)Ad 一 Hoc 網(wǎng)絡(luò)在某些方面具有一定相似性。但無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自己的特點(diǎn)以及局限性，主要表現(xiàn)在:(1)傳感器節(jié)點(diǎn)體積小，成本

24、低，這是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一大特點(diǎn)和標(biāo)志。同時(shí)也應(yīng)看到，正由于節(jié)點(diǎn)體積小，傳感器節(jié)點(diǎn)的使用(包括電源和時(shí)間 )是有限的。如圖 2.1 所示，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多跳中繼通信，使得越靠近sink 節(jié)收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)承擔(dān)的流量就越大，通信時(shí)間越長(zhǎng)，能耗也越大。關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)過早能量耗盡，即使其它節(jié)點(diǎn)能量充足，網(wǎng)絡(luò)仍然會(huì)因?yàn)橥ㄐ挪粫扯率拐麄€(gè)區(qū)域通信癱瘓。(2)不同于一般網(wǎng)絡(luò)的下TCP/IP 協(xié)議，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層五層。其中，物理層進(jìn)行比特流的傳輸;數(shù)據(jù)鏈路層主要負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的接入，降低節(jié)點(diǎn)間的傳輸沖突;網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)傳感器與傳感器、傳感

25、器與觀察者之間的通信，支持多傳感器協(xié)作完成大型感知任務(wù);傳輸層提供差錯(cuò)控制和流量控制;應(yīng)用層由各種傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件系統(tǒng)構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用目的。(3)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)自組織的。由于節(jié)點(diǎn)的有限性，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中時(shí)常有節(jié)點(diǎn)失效或新節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)入，因此節(jié)點(diǎn)之間是不斷以自組織方式構(gòu)成新的傳輸路徑，確保網(wǎng)絡(luò)的暢通。3.節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本單位是無線傳感器節(jié)點(diǎn)，它是構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)平臺(tái)，節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中可以充當(dāng)數(shù)據(jù)采集者、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站或簇頭節(jié)點(diǎn)(cluster-head_node)等角色。主要用于完成采集信息、融合并傳送數(shù)據(jù)的作用。它的重要特征就是低功耗、低成本和小體積。盡管在不同應(yīng)

26、用中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成不盡相同，但一般是由傳感單元 (由傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊即 A/D 轉(zhuǎn)換器組成 )、處理單元 (CPU、存儲(chǔ)器和嵌入式操作系統(tǒng)等 )、無線通信單元 (無線收發(fā)電路 )以及電源四部分組成。另收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔外，在有些應(yīng)用中還可包括電源自供電系統(tǒng)單元、定位系統(tǒng)單元等。如圖2.2所示圖 2.2 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖一般而言，傳感器節(jié)點(diǎn)的類型通常是由被監(jiān)測(cè)物理信號(hào)的形式?jīng)Q定的。單元模塊的功能大同小異。傳感單元負(fù)責(zé)信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換。該單元收集周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)(如溫度、噪聲等 )，通過路由通信協(xié)議直接或間接的將數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)方匯聚節(jié)點(diǎn)(Sink 但其各部分濕度、壓

27、力、 node);數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)，為了進(jìn)行一些比較復(fù)雜的監(jiān)測(cè)操作或需要監(jiān)測(cè)不同數(shù)據(jù)信息 (如溫度、濕度、壓力、噪聲等)，一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)常常裝備了多種傳感器。無線通信單元要接收鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，同時(shí)將其轉(zhuǎn)發(fā)給距離簇節(jié)點(diǎn)更近的鄰居節(jié)點(diǎn)或者直接轉(zhuǎn)發(fā)給匯聚節(jié)點(diǎn)。經(jīng)研究表明，節(jié)點(diǎn)無線通信單元的能量開銷占節(jié)點(diǎn)總能耗的90%以上，因此降低能耗的關(guān)鍵是降低通信模塊的能耗。節(jié)點(diǎn)的電源一般采用只能攜帶有限能量的電池來實(shí)現(xiàn)，一旦電源耗盡，節(jié)點(diǎn)就失去了工作能力。并且，若更換節(jié)點(diǎn)電池的成本會(huì)比重新布放節(jié)點(diǎn)的成本收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔還要高，因此，決定了無線傳感器在使用過程中不太可能更換電池，而節(jié)能則成為

28、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一大關(guān)注點(diǎn)。為了最大限度的節(jié)約電源，在硬件方面，要盡量改善器件耗能量，甚至在不需要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，可以切斷射頻部分電源;在軟件方面，各層通信協(xié)議應(yīng)該以節(jié)能為中心。節(jié)點(diǎn)通過各功能單元之間的協(xié)作可以感受各種數(shù)據(jù)的變化。每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)簡(jiǎn)單的個(gè)體將傳感器節(jié)點(diǎn)收集到的信息轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行編碼，通過多跳的方式傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)(sink)，匯聚節(jié)點(diǎn) (sink)再連接到Internet，最后接入管理中心的電腦。這樣人們就可以進(jìn)行干預(yù)，遙控和管理。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在早期是一些復(fù)雜的物理化學(xué)裝置，通過把物理量變成電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)線接入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究成為

29、熱點(diǎn)，很多國(guó)家投入巨資進(jìn)行該方面的研究。同時(shí)，也受益于微機(jī)電技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)以及無線通信技術(shù)的等各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，使得傳感器節(jié)點(diǎn)的各個(gè)功能模塊單元的體積越來越小，甚至可以集成到一塊芯片中，現(xiàn)在傳感器的尺寸越來越小，可以組成一個(gè)尺寸小、功耗少、成本低的傳感器節(jié)點(diǎn)。4.路由算法技術(shù)和分類根據(jù)路由發(fā)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)模式的不同，移動(dòng)AdHoc 網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議可分為表驅(qū)動(dòng) (Table-driven)和按需 (on-demand)路由協(xié)議，這種劃分方法是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界對(duì)移動(dòng) AdHoc 網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議的主流的劃分方法。表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議 又稱為先驗(yàn)式路由協(xié)議。在這種路由協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)維護(hù)一張路由表，路

30、由表中包含著到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中其它節(jié)點(diǎn)的路由信息。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)要向某個(gè)目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，則可以立即從路由表中獲得路收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔由。如果節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化，節(jié)點(diǎn)將在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送更新消息；而收到更新消息的節(jié)點(diǎn)將相應(yīng)地更新自己的路由表，以維護(hù)一致的、及時(shí)的、準(zhǔn)確的路由信息。所以路由表可以準(zhǔn)確地反映網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此這種路由協(xié)議的時(shí)延較??；但是由于需要及時(shí)的更新路由信息，路由協(xié)議的開銷較大。典型的表驅(qū)型路由協(xié)議有DSDV 、 CGSR、FSR、WRP、DBF，GSR、HSR、ZHLS 等。(1)DSDVDSDV(Destination-Sequenced Dist

31、ance Vector)路由協(xié)議是一種無環(huán)路距離向量路由協(xié)議，它是根據(jù)傳統(tǒng)的路由選擇算法改良而發(fā)展出來的。在協(xié)議中，每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都需要維護(hù)一個(gè)路由表，路由表的表項(xiàng)包括目的節(jié)點(diǎn)、跳數(shù)、下一跳節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)號(hào)。其中目的節(jié)點(diǎn)號(hào)由目的節(jié)點(diǎn)分配，主要用于判別路由是否過時(shí)，并可防止路由環(huán)路的產(chǎn)生。每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須周期性的與鄰居節(jié)點(diǎn)交換路由信息，這種交換可以分為時(shí)間驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)兩種類型。在節(jié)點(diǎn)發(fā)送分組時(shí)，將添加一個(gè)序號(hào)到分組中，節(jié)點(diǎn)從鄰居節(jié)點(diǎn)收到新的信息，只使用序列號(hào)最高的記錄信息，如果兩個(gè)路由具有相同的序列號(hào)，那么將選擇最優(yōu)的路由 (如跳數(shù)最小 )。DSDV 路由表更新采用觸發(fā)的方式來更新網(wǎng)絡(luò)鏈路。為減少路

32、由分組的長(zhǎng)度，使用兩種更新方式：一種是全部更新，即拓?fù)涓孪⒅袑ㄕ麄€(gè)路由表，主要應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)變化較快的情況，另一種方式是部分更新，更新消息中僅包含變化的路由部分，通常適用于網(wǎng)絡(luò)變化較慢的情況。DSDV 協(xié)議的主要優(yōu)點(diǎn)是消除了路由環(huán)路，加快了收斂速度，同時(shí)減少了控制信息的開銷，但是它的不足在于難以適應(yīng)速度變化快的移動(dòng)AdHoc 網(wǎng)絡(luò)。（2）CGSR收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔CGSR(Clusterhead Gateway Switch Routing)使用了層次結(jié)構(gòu)路由，指定了簇首節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，其中簇首節(jié)點(diǎn)用來控制一組節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是兩個(gè)簇之間的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)

33、要發(fā)送分組時(shí)，這個(gè)分組首先到達(dá)該發(fā)送節(jié)點(diǎn)的簇首節(jié)點(diǎn)，然后簇首節(jié)點(diǎn)把這個(gè)分組通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)給另一個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)，不斷重復(fù)這個(gè)過程直到分組到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。因此，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須有其簇成員的路由表。 CSGR 利用 DSDV 作為其底層路由選擇機(jī)制，并針對(duì)分級(jí)網(wǎng)絡(luò)做了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，尋路是通過簇首節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)完成的，簇內(nèi)路由方式為成員節(jié)點(diǎn) -簇首節(jié)點(diǎn) -成員節(jié)點(diǎn)方式，簇間路由方式采用成員節(jié)點(diǎn) -簇首 -網(wǎng)關(guān) -簇首 -成員節(jié)點(diǎn)方式。（3）WRPWRP(wireless routing protocol)協(xié)議是另一種表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)中保存路由信息。每個(gè)節(jié)點(diǎn)保存在路由表中的信息如下：距離、路由、鏈路

34、開銷和重傳消息的列表 (MRL) 。MRL 記錄關(guān)于消息序列號(hào)、重傳計(jì)數(shù)器、每一個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)正確應(yīng)答所需的標(biāo)識(shí)和更新消息的更新列表等信息，這就使得節(jié)點(diǎn)可以決定何時(shí)發(fā)送更新消息以及發(fā)送給哪個(gè)節(jié)點(diǎn)。更新消息包括目的節(jié)點(diǎn)的地址、到目的節(jié)點(diǎn)的距離和目的節(jié)點(diǎn)的上游節(jié)點(diǎn)。然后鄰節(jié)點(diǎn)就修改自己的路由表并試圖通過預(yù)備的節(jié)點(diǎn)建立新的路由。 WRP 的優(yōu)點(diǎn)就是當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)試圖執(zhí)行路徑計(jì)劃算法時(shí)，可以通過目的節(jié)點(diǎn)的上游節(jié)點(diǎn)所保存的信息和鄰節(jié)點(diǎn)所保存的信息來限制算法，使得算法收斂得更快并避免路由當(dāng)中的環(huán)路。由于 WRP 需要保存 4 個(gè)路由表，所以比大多數(shù)的協(xié)議需要更大的內(nèi)存。此外， WRP 還依賴于周期性的 HELLO

35、消息，這也要占用帶寬。收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔按需路由協(xié)議又 稱為反應(yīng)式路由協(xié)議，是一種當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)才查找路由的路由算法。在這種路由協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)不需要維護(hù)及時(shí)準(zhǔn)確的路由信息，只有當(dāng)向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，源節(jié)點(diǎn)才在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程，尋找相應(yīng)的路由。與先驗(yàn)式路由協(xié)議相比，反應(yīng)式路由協(xié)議的開銷比較小，但是由于發(fā)包時(shí)要進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)過程，數(shù)據(jù)報(bào)傳送的時(shí)延較大。典型的按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議有DSR、AODV 、TORA 、ABR 等。（1）DSRDSR(Dynamic Source Routing)是一種基于源路由的按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議，它使用源路由算法而不是按逐跳路由

36、的方法。網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要維護(hù)一個(gè)已知的路由表，并且當(dāng)發(fā)現(xiàn)新的路由時(shí)就更新該路由表。每一個(gè)數(shù)據(jù)包的包頭都包含該數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)路由所經(jīng)過的中間節(jié)點(diǎn)序列信息，故稱為源路由算法。 DSR 主要包括兩個(gè)過程：路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)S 向節(jié)點(diǎn) D發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它首先檢查緩存是否存在未過期的到目的節(jié)點(diǎn)的路由，如果存在，則直接使用可用的路由，否則啟動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)過程。DSR 協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)點(diǎn)不需要周期性地發(fā)送路由廣播分組，僅需要維護(hù)與之通信節(jié)點(diǎn)的路由，協(xié)議開銷較小，節(jié)省了能量和網(wǎng)絡(luò)帶寬；使用路由緩存技術(shù)，減少了路由發(fā)現(xiàn)的耗費(fèi)，一次路由發(fā)現(xiàn)過程可能會(huì)產(chǎn)生多條到目的節(jié)點(diǎn)的路由，將有助于路由選擇，能

37、完全消除路由環(huán)路。DSR 協(xié)議的缺點(diǎn)在于由于每個(gè)數(shù)據(jù)包的頭部都需要攜帶路由信息，數(shù)據(jù)包的額外開銷較大；路由請(qǐng)求消息采用泛洪方式，相鄰節(jié)點(diǎn)路由請(qǐng)求消息可能發(fā)生傳播沖突并可能會(huì)產(chǎn)生重復(fù)廣播。由于使用緩存路由，過期路由會(huì)影響路由選擇的準(zhǔn)確性。收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔(2)AODVAODV(On-Demand Distance Vector Routing)協(xié)議是一個(gè)建立在DSR 和DSDV 上的按需路由協(xié)議，借用了DSR 中路由發(fā)現(xiàn)和維護(hù)的基礎(chǔ)，采用DSDV逐跳路由，順序編號(hào)和路由維護(hù)階段的周期更新機(jī)制。在協(xié)議中，當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)路由請(qǐng)求分組后，它能夠通過反向?qū)W習(xí)來取得源節(jié)點(diǎn)的

38、路徑，目的節(jié)點(diǎn)最終收到這個(gè)路由請(qǐng)求分組后，可以根據(jù)這個(gè)路徑恢復(fù)這個(gè)路由請(qǐng)求，在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間建立了一條全雙工路徑。AODV 協(xié)議的特點(diǎn)在于它采用逐跳轉(zhuǎn)發(fā)分組方式，同時(shí)加入了組播路由協(xié)議擴(kuò)展。其主要缺點(diǎn)是依賴對(duì)稱式的鏈路，不支持非對(duì)稱鏈路。(3)TORATORA(Temporally Ordered Routing Algorithm) 協(xié)議是在有向無環(huán)圖算法(DirectedAcyclic Graphic) 的基礎(chǔ)上，結(jié)合反向鏈路算法提出來的自適應(yīng)的分布式路由算法，主要用于高動(dòng)態(tài)的多跳無線網(wǎng)絡(luò)。TORA 協(xié)議能夠按需快速地發(fā)現(xiàn)多個(gè)路由，盡管這些路由不一定是最優(yōu)的，但是TORA 協(xié)議能夠保證

39、這些路由是無環(huán)的。 TORA 的主要特點(diǎn)是當(dāng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變時(shí)，控制消息只在拓?fù)浒l(fā)生變化的局部范圍傳播，節(jié)點(diǎn)只需要維護(hù)相鄰節(jié)點(diǎn)的路由信息。TORA 協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)在于可以處理高密度的網(wǎng)絡(luò)，具有很好的分布性。但是TORA 協(xié)議是基于同步時(shí)鐘的，時(shí)鐘的不同可以導(dǎo)致路由的故障，并且當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行選路和刪除路由時(shí)會(huì)產(chǎn)生路由振蕩現(xiàn)象。收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔三、一些經(jīng)典的路由算法1.平面路由協(xié)議（1）泛洪協(xié)議Flooding 協(xié)議即洪泛協(xié)議，節(jié)點(diǎn)以洪泛廣播方式發(fā)送自身采集的消息或者收到的消息包，這些消息包會(huì)在網(wǎng)絡(luò)中不斷進(jìn)行洪泛廣播直至到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不需要維護(hù)復(fù)雜的

40、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，但缺點(diǎn)也顯而易見，盲目利用計(jì)算和通信資源，不適合傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)際的應(yīng)用需要。Gossiping 協(xié)議是對(duì) Flooding 協(xié)議的改進(jìn)，在 Gossiping 協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)將自身采集的信息和自己收到的數(shù)據(jù)消息，轉(zhuǎn)發(fā)給隨機(jī)選擇的下一跳節(jié)點(diǎn)，該協(xié)議很大程度上降低了洪泛協(xié)議的開銷，但是增加了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，且擴(kuò)展性較差。收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔圖 3.3 信息爆炸優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不需要為保持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒑蛯?shí)現(xiàn)復(fù)雜的路由發(fā)現(xiàn)算法而消耗計(jì)算資源；適用于健壯性要求高的場(chǎng)合。不足：存在信息爆炸 (Implosion) 問題，即出現(xiàn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能得到一個(gè)數(shù)據(jù)多個(gè)副本的現(xiàn)象，如圖 3-1

41、 所示。出現(xiàn)部分重疊 (Overlap)現(xiàn)象，如果處于同一觀測(cè)環(huán)境的兩個(gè)相鄰?fù)悅鞲衅鞴?jié)點(diǎn)同時(shí)對(duì)一個(gè)事件做出反應(yīng)，二者采集的數(shù)據(jù)性質(zhì)相同，數(shù)值相近，那么，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)將收到雙份數(shù)據(jù)副本。盲目使用資源，即擴(kuò)散法不考慮各節(jié)點(diǎn)數(shù)量可用狀況因而無法做出相應(yīng)的自適應(yīng)路由選擇。（ 2）定向擴(kuò)散該協(xié)議是一種以數(shù)據(jù)為中心的平面結(jié)構(gòu)協(xié)議，且能夠同時(shí)承載多個(gè)應(yīng)用。DD 協(xié)議的最大特點(diǎn)是首次提出了網(wǎng)絡(luò)梯度的概念，并與數(shù)據(jù)融合算法相結(jié)合，能夠用較小的成本完成數(shù)據(jù)搜索的功能。定向擴(kuò)散算法的主要思想是對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)用一組屬性對(duì)來命名，并基于數(shù)據(jù)進(jìn)行通信。其突出特點(diǎn)是引入了梯度來描述網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)在某方向繼續(xù)搜索以獲

42、得匹配數(shù)據(jù)的可能性。為建立路由，匯聚節(jié)點(diǎn) (Sink 節(jié)點(diǎn) )向所有傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送查詢請(qǐng)求興趣信息(Interest)，興趣信息 Interest 包括屬性列表、上報(bào)間隔、持續(xù)時(shí)間、地理區(qū)域等信息。沿途節(jié)點(diǎn)按需對(duì)各興趣信息Interest進(jìn)行緩存與合并，并根據(jù)興趣信息Interest設(shè)計(jì)、創(chuàng)建包含數(shù)據(jù)上報(bào)率、下一跳等信息的梯度(gradient)，從而建立收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔多條指向 Sink 節(jié)點(diǎn)的路徑。興趣信息Interest 中的地理區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)則按要求啟動(dòng)監(jiān)測(cè)任務(wù)，并周期性地上報(bào)數(shù)據(jù)。源節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)首先在本地采用匯聚融合技術(shù)進(jìn)行整合，然后在傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳輸。Si

43、nk 節(jié)點(diǎn)可在數(shù)據(jù)傳輸過程中通過對(duì)某條路徑發(fā)送上報(bào)間隔更小或更大的興趣信息Interest，以增強(qiáng)或減弱數(shù)據(jù)上報(bào)率。該協(xié)議采用鄰節(jié)點(diǎn)間通信方式來避免維護(hù)全局拓?fù)?，并采用查詢?qū)動(dòng)數(shù)據(jù)傳送模式和局部數(shù)據(jù)聚集來減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流，因而是一種高能效的協(xié)議。它的缺點(diǎn)是在需要連續(xù)傳送數(shù)據(jù)的應(yīng)用中(如環(huán)境監(jiān)測(cè)等 )不能很好的應(yīng)用，其數(shù)據(jù)命名只能針對(duì)于特定的應(yīng)用預(yù)先進(jìn)行，同時(shí)初始查詢的擴(kuò)散開銷也較大。圖3一 2 表示了定向擴(kuò)散協(xié)議的路由建立過程。 DD 協(xié)議是以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議，所有通信都局限在鄰居節(jié)點(diǎn)之間，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有收集數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)聚集和緩存數(shù)據(jù)的功能，這種特性減少了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流也降低了數(shù)據(jù)傳輸延遲。D

44、D協(xié)議路徑創(chuàng)建靈活，且路徑恢復(fù)的局部算法設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)拓?fù)渚哂懈鼜?qiáng)的適應(yīng)性。按需驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送模式和不需要維護(hù)全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得 DD 協(xié)議成為一種高能源有效性的協(xié)議。圖3.2定向擴(kuò)散（ 3） SAR收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔SAR(Sequential Assignment Routing)協(xié)議算法創(chuàng)建多顆樹，每顆樹的樹根都是 Sink 的一跳鄰居。在算法的初始階段，樹從根節(jié)點(diǎn)開始，不斷吸收新的節(jié)點(diǎn)加入。在樹延伸的過程中，將避免那些QoS 不好及能量已經(jīng)消耗較多的節(jié)點(diǎn)。初始階段結(jié)束后，大多數(shù)節(jié)點(diǎn)都加入了某個(gè)樹，各節(jié)點(diǎn)只需要知道自己的上一跳鄰居，以轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文。在

45、網(wǎng)絡(luò)工作過程中，一些樹可能由于中間節(jié)點(diǎn)能量耗盡而斷開，也可能有新的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)而使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化。所以網(wǎng)關(guān)周期性的發(fā)起“重新建立路徑”的命令，以保證網(wǎng)絡(luò)的連通性和最優(yōu)的服務(wù)質(zhì)量。（4）SPINSPIN(Sensor Protocol for Information via Negotiation)是一種以數(shù)據(jù)為中心的自適應(yīng)通信路由協(xié)議，通過使用節(jié)點(diǎn)間的協(xié)商機(jī)制和資源自適應(yīng)機(jī)制來解決擴(kuò)散法存在的不足。為了避免出現(xiàn)擴(kuò)散法的信息爆炸問題和部分重疊現(xiàn)象，傳感器節(jié)點(diǎn)在傳送數(shù)據(jù)之前彼此進(jìn)行協(xié)商，協(xié)商制度可以確保傳輸有用數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)間通過發(fā)送元數(shù)據(jù)，即描述傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)屬性的數(shù)據(jù)，而不是采集的整個(gè)

46、數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)商。由于元數(shù)據(jù)大小小于采集的數(shù)據(jù)，所以，傳輸元數(shù)據(jù)消耗的能量相對(duì)較少。為避免盲目使用資源，所有傳感器節(jié)點(diǎn)必須監(jiān)控各自的能量變化情況。在傳輸或接收數(shù)據(jù)之前，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須檢查各自可用的能量狀況，如果處于低能量水平，必須中止一些操作，比如充當(dāng)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站(路由器 )角色的一些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作。SPIN 有三種數(shù)據(jù)包類型，即ADV 、 REQ 和 DATA 。收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔ADV 用于新數(shù)據(jù)廣播。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)可共享時(shí)，它可用ADV 數(shù)據(jù)包 (包含元數(shù)據(jù) )對(duì)外廣播。REQ用于請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)希望接收DATA 數(shù)據(jù)包時(shí)，發(fā)送REQ 數(shù)據(jù)包。DATA 包含附上元數(shù)據(jù)頭 (Meta-Data Header)的傳感器采集的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包。在發(fā)送一個(gè) DATA 數(shù)據(jù)包之前，一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)首先對(duì)外廣播ADV 數(shù)據(jù)包；如果一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)在收到ADV 后有意愿接收該 DATA 數(shù)據(jù)包，那么它向該節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)REQ 數(shù)據(jù)包，接著節(jié)點(diǎn)向該鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送DATA 數(shù)據(jù)包。類似地進(jìn)行下去， DATA 數(shù)據(jù)包可