-
论文题目
：
无线自组
网关键技术的研究
专
业
：
通信技术
0901
学
生
：
签名：
_________
指导老师
签名：
_________
摘
要
本文首先介绍了自组织网络
(Ad hoc
网络
)
。在一个自组织网络中，所有的节点都是
可以移动的，能够以任意的方式互相连接。网络中所有的节点都具有路由功能，扩展通
信范围，并为通信的节点提供持续的连接。由于其独特的特点，需要对
Ad
hoc
网络进行
深入研究，开发出适用于其特点的协议和算法，
以加快
Ad hoc
网络的实用化。
论文在研究和分析了
Ad hoc
网络
特点的基础上，研究了主要的先应式路由协议和按
需路由协议的工作过程及其各自的优缺
点，并对它们做了比较。本文研究结果表明，所
述协议皆可适用于
Ad
hoc
网络，但不同协议也存在不同的问题，有待解决。
【关键词】
无线自组织网络
路由协议
【论文类型】
理论研究型
- 1 -
Title
：
Wireless Ad
hoc networks of key technologies of the
research
Major
：
Communication Technology
Name
：
Signature
:_______
Supervisor
：
Signature
:_______
ABSTRACT
The thesis
introduces the Ad hoc networks. In a Wireless Ad
hoc networks, all nodes are
mobile and
can be interconnected in an arbitrary manner.
Nodes of the networks function as
routers
to
extend
the
communication
range
and
to
provide
continued
connections
between
communication
mobile
nodes.
Because
of
unique
characteristics,
it
is
necessary
to
perform
in-
depth
study
on
developing
the
algorithms
and
protocols
that
are
applicable
for
Ad
hoc
networks.
Based on the
research and analysis of the characteristics of
the Ad hoc networks, the thesis
has
studied the work processes and the characteristics
of the proactive routing protocols
and
on-demand
routing
protocols,
and
compared
them.
The
results
show
that
these
protocols
described in this
thesis are adapted to Ad hoc networks. However,
there are different protocols
with
different issues to be resolved.
【
Key
Words
】
Wireless Ad hoc
Networks
Routing Protocol
【
Type of
Thesis
】
Theoretical
Research
- 2
-
前言
20
世纪
90
年代末期以来，在无线通
信领域一种新的网络技术正在迅速发展，并很快
从军事通信渗透到相关的各个民用通信领
域，这就是无线自组织多跳移动通信网络——
Ad
Hoc
网络技术。
Ad Hoc
网络可以在没有基础设施支持的情况下提供灵活方便的通信，这种技术拓宽
< br>了移动通信的应用领域，具有光明的前景。特别是在军事应用领域，或在发生了地震、
水灾、火灾等重大灾难后固定的通信网络设施可能全部损毁或无法正常工作的地区，或
当处于偏远或野外地区（包括野外科考、边远矿山作业、边远地区执行任务分队的通信
等）无法依赖固定或预设的网络设施进行通信时，就需要
Ad Hoc
< br>网络这种不依赖任何固
定网络设施又能快速布设的自组网络技术。它能够在这些恶
劣和特殊的环境下提供通信
支持，对抢险和救灾工作具有非凡的意义。
< br>Ad Hoc
网络技术具有单独组网能力和自组织
的特点
，是上述这些场合通信的唯一或最佳的选择。
本文将紧密围绕
Ad Hoc
网络的无
中心、自组织和自由移动等显著特点来阐述和分析
这种技术的优势、存在的问题。由于<
/p>
Ad Hoc
网络涉及到的技术和领域很多，本文将重点
介绍和分析
Ad Hoc
网络的主要关键技术：
路由协议和
QoS
保证等技术。
本文第一章将对
Ad Hoc
网络的产
生、发展历史及其应用场合进行简单的介绍。第二
章将介绍
Ad
Hoc
网络的定义、特点等基本原理并对一些相关的关键技术做
了简单的介绍。
第三章将介绍
Ad Hoc
网络的路由协议。重点介绍几种比较典型的先应式路由协议和按需
路由协议的工作原
理和特点，并对它们做了比较。第四章展望了
Ad Hoc
网络
的应用前景
及探讨了待解决的问题。
- 3 -
目
录
1
移动
Ad
Hoc
网络引论
......................................
- 1 -
1.1 Ad
Hoc
网络概述
.
< br>............................................... .
- 1 -
1.2 Ad
Hoc
网络的产生背景
.
..........................................
- 1 -
1.3 Ad
Hoc
网络的发展历史
.
..........................................
- 2 -
1.4 Ad
hoc
网络的应用
.
..............................................
- 2 -
1.5
本文主要内容介绍
........
.......................................
- 3 -
2 Ad
Hoc
网络的基本原理
.................................... -
4 -
2.1 Ad
Hoc
网络的定义
.
..............................................
- 4 -
2.2 Ad
Hoc
网络的特点
.
..............................................
- 5 -
2.3 Ad
Hoc
网络的关键技术
.
..........................................
- 7 -
2.3.1
信道接入技术
.
.............................................
- 7 -
2.3.2
物理层技术
.............................................
...
- 8 -
2.3.3
路由协议
.
.................................................
- 8 -
2.3.4
网络体系结构
............................................ ..
- 8 -
2.3.5
QoS
保证
...........
.......................................
- 8 -
2.3.6
广播和多播
.
...............................................
- 8 -
2.3.7
安全问题
.
.................................................
- 9 -
2.3.8
网络管理
.
.................................................
- 9 -
2.3.9
传输层服务
.
...............................................
- 9 -
2.3.10
网络互联技术
.
............................................
- 9 -
3 Ad
Hoc
网络的路由协议
................................... -
10 -
3.1
概述
............................................ ..............
- 10 -
3.1.1
Ad Hoc
网络与传统移动通信系统在路由问题上的区别
..........
- 10 -
3.1.2
传统
Internet<
/p>
网络路由协议
.
...............................
- 11 -
3.2
路由协议
< br>............................................... .......
- 11 -
3.2.1
路由协议的分类
.
< br>..........................................
- 12 -
3.3
先应式路由协议
.........
.......................................
- 13 -
- 4 -
3.3.1
DSDV
路由协议
........
....................................
-
13 -
3.3.2
WRP
路由协议
.........
....................................
-
16 -
3.3.3 WRP
和
DS
DV
小结
............
..............................
- 18 -
3.4
按需路由协议
.............................................
.....
- 19 -
3.4.1
DSR
协议
...........
......................................
- 19 -
3.4.2
AODV
协议
..........
......................................
- 22 -
3.4.3 DSR
和
AODV
小结
..........................................
- 24 -
3.5
先应式路由协议和按需路由协议的性能比较
........................
-
25 -
4
结束语
..............................................
.... - 26 -
4.1
应用前景
............
..........................................
- 26 -
4.2
待解决的问题
..........
........................................
- 26 -
致谢
.
..................................
................... - 27 -
附录：缩略语表
.
< br>........................................... - 28 -
参考文献
.
.............................................
.... - 29 -
- 5
-
1
移动
Ad
Hoc
网络引论
1.1 Ad
Hoc
网络概述
Ad
Hoc
网络是一种特殊的无线移动通信网络。
Ad Hoc
网络中所有节点的地位平等，
无需设置任何中心控制节点，具有很强
的抗毁性。网络中的节点不仅具有普通移动终端
所需的功能，而且具有报文转发能力。当
通信的源节点和目的节点不在直接通信范围之
内时，它们可以通过中间节点转发报文进行
通信。有时节点间的通信可能要经过多个中
间节点的转发，即报文要经过多跳（
Hop
）才能到达目的地，这是
Ad Hoc<
/p>
网络与其他移
动通信网络的最根本的区别。
Ad Hoc
网络的节点通过分层的网络协议和分布式算法的相
互协调，
实现网络的自动组织和运行。
因此它又被称为多跳无
线网
（
Multi-Hop
Wireless
Network
）
、
自
组
织
网
络
（
Self-
Organized
Network
）
或
无
固
定
设
施
的
网
络
（
Infrastructureless
Network
）
。
1.2 Ad Hoc
网络的产生背景
随着信息技术不断发展，人们对移动通信技术的需求越来越强。近年来，移动通信
技术得到飞速的发展、普及，新技术不断涌现。
一般的移动通信技术都是集中式控制的，即是有中心的。它们通常要基于预先架设
的
网络基础设施才能运行。例如，蜂窝移动通信系统要有基站和移动交换中心等功能设
施的
支持；无线局域网一般也工作在有接入点（
Access
Po
int
）和有线骨干网的模式下。
但对于特殊的应用场合，有中
心的移动通信技术并不能胜任。比如，战场上部队的快速
展开和推进，发生地震或水灾等
大型灾害后的营救，野外科考，偏远矿山作业以及临时
性组织的大型会议等
,
这些场合的通信不能依赖于任何预先架设的网络设施，
或者预先架
设的网络基础设施已经因灾害损毁而失去效用，而是需要一种能够临时快
速自动组网的
移动通信技术。作为移动通信技术的一个重要分支，
Ad Hoc
网络技术可以满足这些特殊
场合的需要。
“
Ad
Hoc
”一词来源于拉丁语，意思是“专用的、特定的”。
Ad
Hoc
网络通常也可
称为“无固定设施网”或“自组织网”。由
于组网快速、灵活，使用方便，目前
Ad Hoc
网络已经得到
了国际学术界和工业界的广泛关注，并正在得到越来越广泛的应用，已经
成为移动通信技
术向前发展的一个重要方向，并将在未来的通信技术中占据重要地位。
- 1 -
1.3 Ad Hoc
网络的发展历史
Ad Hoc
网络的前身是分组无线网
PRNET
（
packet radio network
）
[
1
,
2
]
，对分组无线
网的
研究源于军事通信的需要。早在
1972
年，美国的
DARPA
就启动了分组无线网项目
PRNET<
/p>
，
研究在战场环境下利用分组无线网进行数据通信。
在此之后，
DARPA
于
1
983
年启
动了高残存性自适应网络
S
URAN(survivable
adaptive
net
work)
项目，
研究如何将
PREN
T
的研究成果加以扩展，以支持更大规模的网络。
1994
年，
DARPA
又启动了全球移动信息
系统
GloMo(globle mobile
information systems)
项目，旨在对能够满足军事应用需要
的、高抗毁性的移动信息系统进行全面深入的研究。成立于
1991<
/p>
年的
IEEE802.11
标准
委员会采用了“
Ad Hoc
网络”一词来描述
这种特殊的自组织对等式多跳移动通信网络，
Ad Hoc
网络
就此诞生。
IETF
将
Ad Hoc<
/p>
网络称为
MANET
（移动
Ad Hoc
网络）
。
1.4 Ad hoc
网络的应用
Ad
Hoc
网络有很多优良特性，这
样它在军事和民用通信领域占据了一席之地。首先，
网络的自组织性为它提供了廉价且快
速部署网络的可能。其次，多跳和中间结点的转发
特性可以减少每个终端的发射功率而不
降低网络覆盖范围，
从而将天线和相关发射
/
< br>接收
部件的设计难度和成本降低了，移动终端将更可能小型化、低功耗。从共享无
线信道的
角度来看，
Ad
Hoc
网络降低了信号冲突的几率，提高了信道的利用率。从用户的角度看，
低功率的无线电波产生的电磁辐射较少，对用户身体健康的影响较小。另外，网络的抗
毁性满足了某些特定应用的需求。总的来说，它的应用可以归纳为以下几类。
1
）军事应用
军事应用是
Ad
Hoc
网络技术的主要应用领域。因其特有的无需架设网络设施、可以
快速展开、抗
毁性强等特点，它是数字化战场通信的首选技术，并已经成为战术互联网
的核心技术。为
了满足信息战场和数字化战场的需要，美军研制了大量无线自组织网络
设备，用于单兵、
车载、指挥场所等不同的场合。美军的近期数字电台
NTDR
和
无线互联
网控制器等通信装备都利用了
Ad
Hoc
网络技术。
2
）传感网络
传感网络是
Ad
Hoc
网络技术应用的另一领域。传感器的发射功率很小，大量地理分
散的传感器通
过
Ad
Hoc
网络技术组成网络，可
以实现传感器之间以及与控制中心之间的
通信。传感网络中，结点不仅能够协作转发来实
现通信，还可以监测本地环境的变化，
收集和处理相关的传感信息，这种网络具有非常广
阔的应用前景。
- 2 -
3
）紧急和突发场合
在我们的日常生活中，经常会发生一些突发性灾害，这些突发性的灾难会使人们的
生命和财产的安全受到威胁。而在抗击这些突发性的灾难过程时，固定的通信网络设施
可能无法正常工作，快速地恢复通信尤为重要。此时，建立临时网络通信设施，使灾害
区
域可维持较好的通信状态是非常必要的。
4
）偏远野外地区
< br>当处于偏远或野外地区时，通常无法依赖固定或预设的网络设施进行通信。
Ad
Hoc
网络技术具有单独组网能力和自组织性特点，是这些场合实现通信的最佳选择。<
/p>
5
）个人通信
个人局域网是
Ad Hoc
网络技术的
又一大应用领域，可以用个人域网络（
PAN
）来实
现
PDA
、
手机、
掌上电脑等个人通信设备之间的通信，
并可以构建虚拟教室和讨论组等
崭
新的移动对等应用（
MP2P
）
。蓝牙的超网（
Scatternet
）技
术就是一个典型的例子。
6
）家庭网络
如果无线计算机可以在家庭得到普及，这些计算机将可能从办公室带回家，或者从
家带
到办公室，也可能在出差时使用。
7
）商业应用
使用
Ad
Hoc
网络技术来组建家庭无线网络、无线数据网络、移动医疗监护系统和无
线设备网络，
开展移动和可携带计算等。
1.5
本文主要内容介绍
第一章首先对
Ad
Hoc
网络进行了简单的介绍，主要有
Ad Hoc
网络的产生、发展历
史及其应用场合。
第二章将介绍
Ad
Hoc
网络的定义、特点等基本原理，并对一些相关的关键技术做了
简单的介绍。
第三章将介绍
Ad
Hoc
网络的路由协议，重点介绍几种比较典型的先应式路由协议和
按需路由协议的工作原理和特点，并对它们做了比较。
第四章展望了
Ad
Hoc
网络的应用前景及探讨了待解决的问题。
- 3 -
2 Ad Hoc
网络的基本原理
2.1 Ad Hoc
网络的定义
Ad
Hoc
这个词来源于拉丁语，<
/p>
本意是
“向这个”
的意思，
在英语中其基本含义是
“专
门为某一特定目的的，即
事先未准备的”。在无线移动自组织网中，
Ad Hoc
代表无
事先
准备的、临时性的含义。那么究竟什么是无线移动自组织网呢？
Ad Hoc
网络是由一组带有无线收发装置的移动终端
组成的一个多跳的临时性自治系
统。移动终端具有路由功能，可以通过无线连接构成任意
的网络拓扑，这种网络可以独
立工作，也可以与
Interne
t
或蜂窝无线网络连接。
Ad
Hoc
网络中，每个移动终端兼备路
由器和主机两种功能：作为主机，
终端需要运行面向用户的应用程序；作为路由器，终
端需要运行相应的路由协议，根据路
由策略和路由表参与分组转发和路由维护工作。在
Ad Hoc
网络中，结点间的路由通常由多个网段（跳）组成，由于终端的无线传输范围有
限，两个
无法直接通信的终端节点往往通过多个中间结点的转发来实现通信。所以，它
又被称为多
跳无线网络、自组织网络、无固定设施的网络或对等网络。
Ad Hoc
网络同时
具备移动通信和计算机网络的特点，
可以看作
是一种特殊的移动计算机通信网络。
图
2-1
< br>（
a
）中给出了
Ad Hoc<
/p>
网络的一种典型的物理网络结构，图
2-1
（
b
）是其逻辑结构，图
中终端
A
和
I
无法直接通
信，但
A
和
I
可以通过路径
A-B-
G-I
进行通信。
A
C
D
移动终端
车载台
双向信道
单向信道
B
F
H
E
G
I
笔记本电脑
（
a
）
（
b
）
图
2-1
典型的
Ad Hoc
网络的物理结构和
逻辑结构
[
18
]
- 4 -
2.2 Ad Hoc
网络的特点
与其它传统通信网络相比，
Ad
Hoc
网络具有以下显著特点：
1
）独立组网
Ad
Hoc
网络具有独立组网能力，
即网络的布设无需依赖于任何预先架设的网络设施。
节点开机后
就可以快速、自动地组成一个独立的网络。
2
）无中心和自组织性
Ad Hoc
网络采用无中心结构，网络中没有绝对的控制中心
。所有节点的地位平等，
即是一个对等式网络，各节点通过分层的网络协议和分布式的算
法协调彼此的行为。节
点可以随时加入和离开网络。任意节点的故障不会影响整个网络的
运行，与有中心网络
相比具有很强的抗毁性。
无中心和自组织特点使得
Ad
Hoc
网络可以实现快速自动组网。
3
）多跳路由
当节点要与其覆盖范围之外的节点进行通信时，需要中间节点的转发，即要经过多
跳。
与普通网络中的多跳不同，
Ad
Hoc
网络中的多跳路由是由普通节点共同协作完成的，
而不是由专用的路由设备（如路由器
）完成的。反过来，如果可以使用多跳路由，节点
的发射功率可以很低，从而节省电能、
延长电池工作时间。
4
）网络的动态拓扑
Ad Hoc
网络中，移动终端能够以任意可能的速度和移动模
式移动，并且可以随时关
闭电台等各种综合因素的影响，移动终端间通过无线信道形成的
网络拓扑随时可能发生
变化，而且变化的方式和速度都难以预测，因而需要开发专门的路
由协议，以适应这种
动态拓扑网络的需要。
5
）分布式控制
在自组网中，为了实现网内成员之间的通信，一般要解决无线资源使用、路由发现
等
控制问题。由于自组网没有预设的基础设施，也就没有预设的中心控制节点，所以只
能采
用分布式控制的方式来完成。
6
）特殊的无线信道特征
Ad Hoc
网络采用无线传输技术，它所能提供的网络带宽相
对于有线信道要低得多，
并且无线信道的质量较差。移动终端获得的实际带宽远小于理论
上的最大带宽，并且会
随时间动态变化。传统的共享广播式信道是一跳共享的，而
Ad
Hoc
是多跳共享的。这一
特征一方面提高了信道的空间重用度，另一方面使得报文的冲突与节点所处的地理位置
- 5 -
相关。此外，地形或发射功率等因素使得
Ad
Hoc
网络中可能存在单向无线信道。
7
）移动终端的局限性
移动终端具有携带方便、轻便灵巧等优点，但也存在固有缺陷，如能源受限，内存
较小、
CPU
处理能力较低和成本较高等，
从而给应用的设计开发和推广带来一定难度，
同
时显示
屏等外设的功能和尺寸受限，不利于开展功能较复杂的业务。考虑到成本和易于
携带，移
动节点不能配备太多数量的发送接收器，并且节点一般依靠电池供电。因此，
如何高效地
使用节点的电能和延长节点的工作时间是一个十分突出的问题。
8
）带宽有限、链路容量易变
无线链路的容量明显低于有线信道。无线环境具有带宽有限、比特误码率高、链路
质量和链路容量起伏波动等问题。考虑到多址访问、衰落、噪声、环境干扰等因素的影
响后，无线通信的实际吞吐量常常比最大无线传输速率低得多。
9
）安全性差
Ad
Hoc
网络采用无线信道、有限
电源、分布式控制等技术，更加容易受到被动窃听、
主动入侵、拒绝服务、剥夺“睡眠”
等网络攻击。另外，
Ad Hoc
网络由节点自身充当路
由器，使得
Ad
Hoc
网络中的安全问题非常复杂，传统网络中的许多安全策略和机制将不
再适用。因此，
信道加密、抗干扰、用户认证、密钥管理、访问控制和其它安全措施都
需要特别考虑。<
/p>
这些特点使得
Ad
< br>Hoc
网络在体系结构、网络组织、协议设计等方面都与现有的无线
通信系统（如蜂窝移动通信系统和无线局域网）有着显著的区别。
蜂窝移动通信系统的架设周期较长，
网络维护和管理需要消耗相当多的人
力、
物力。
而
Ad
< br>Hoc
网络不需要固定网络设施的支持就可以独立组网，部署速度要快得多。在蜂
窝
移动通信系统中，网络结构比较稳定。而在
Ad
Hoc
网络环境下，网络的拓扑结构是动态
变化的
。
无线局域网是一个单跳的网络，而
Ad
Hoc
网络是一个多跳的无线网络。无线局域网
的研究内容集
中在物理层和数据链路层，
而
Ad
H
oc
网络的研究内容覆盖了协议的所有层。
表
< br>2-1
列出了
Ad
Hoc
网络与现有无线网络的区别。
- 6 -
网络类型
比较的内容
无线网络结构
拓扑结构
有无基础设施支持
安全性和服务质量
配置速度
生存时间
路由选择和维护
网络健壮性
研究重点
中继设备
中继节点的特点
无线节点的控制管理
有中心，单跳
固定
有
较好
慢
长
容易
低
物理层和链路层
基站和有线骨干网
现有无线网络
Ad
Hoc
网络
无中心，多跳
动态建立、灵活变化
无
较差
快
短
困难
高
协议的所有层
无线节点和无线骨干网
基站有多部收
发信机，
全双
无线节点通常只有一部
工
方式通信，有专用硬件，
收发信机，半双工方式工
易于实现全网
同步
作，不易于实现全网同步
由基站集中负责，
无线节点
由无线节点本身
负责，通
必须先与基站通信，
再通过
常
采用分布式方式
基站与目的节点通信
表
2-1 Ad Hoc
网
络与现有无线网络的主要区别
[
19
]
2.3 Ad
Hoc
网络的关键技术
由于
Ad
Hoc
网络的特殊性，传统固定网络和蜂窝移动通信网中使用的各种协议和技
术无法被直接
使用，需要为
Ad
Hoc
网络设计专
门的协议和技术。
Ad
Hoc
网络涉
及的技术
很多，全球的研究人员在这方面开展了大量的研究。综合体现如下几个方面：<
/p>
2.3.1
信道接入技术
信道接入技术是
Ad
Hoc
网络协议的基础。它控制节点如何接入无线信道，对
Ad
Hoc
网络的性能起着决定性的作用。
Ad
Hoc
网络的无线信道是多跳共享的多点信道。即一个
- 7 -
节点发送信息时，邻居
节点（也只有邻居节点）可以收到。此外，
Ad Hoc
网络还
存在隐
终端和暴露终端问题。这些问题都需要专门设计的信道接入技术才能解决。
2.3.2
物理层技术
到目前为止，
Ad Hoc<
/p>
网络物理层主要参考来自构建无线局域网的各种标准，其中包
括<
/p>
IEEE802.11
系列、蓝牙、
Hi
perLAN
等标准定义的物理层。
2.3.3
路由协议
路由协议是
Ad
Hoc
网络重要组成部分。
要实现多跳路由，
必须要有路由
协议的支持。
IETF
成立的
MANE
T
工作组目前就主要负责
Ad Hoc
网络
IP
层路由的标准化工作。这部分
将在后面的章节中做重点研究。
2.3.4
网络体系结构
早期的
Ad Hoc
网络主要是为了数
据业务而设计的，没有对体系结构做过多的考虑，
但当
Ad <
/p>
Hoc
网络需要提供多种业务并且支持一定的
QoS
时，应当考虑选择最为合适的体
系结构
,
一般采用分布式控制结构，
即平面结构如图
2-2
（
a
）
所示和分级结构如图
2-2
（
b
）
所示。
1
4
3
2
7
6
5
（
a
）平面结构
（
b
）分级结构
图
2-2
网络体系结构
[
19
]
2.3.5 QoS
保证
Ad Hoc
网络出现初期主要用于传输少量的数据信息。随着
应用的不断扩展，需要在
Ad Hoc
网络中传输话音、图像等
多媒体信息。多媒体信息对带宽、时延和时延抖动等都
提出了很高要求，即需要提供一定
的
QoS
保证。
Ad
Hoc
网络中的
QoS
保证是
系统性问题，
不同层都要提供相应的机制，这部分将在后面的章节中做重点研究。
2.3.6
广播和多播
由于
Ad
Hoc
网络的特殊性，广播和多播问题变得非常复杂，它们需要链路层和网络
层的支持。目
前这个问题的研究已经取得了阶段性进展。
- 8 -
簇
簇头
簇成员
网关
2.3.7
安全问题
Ad
Hoc
网络的特点之一就是安全
性较差，易受窃听和攻击。因此需要研究适用于
Ad
Hoc<
/p>
网络的安全体系结构和安全技术。
2.3.8
网络管理
网络管理涉及面较广，包括
Ad
Ho
c
网络中的服务发现、移动性管理、地址管理和服
务管理等。需
要相应的机制来解决节点定位和地址自动配置等问题。
2.3.9
传输层服务
在
Ad
Hoc
网络中，
无线信道的衰落、
干扰、
节
点移动等因素会造成报文冲突和丢失，
这将严重影响
TCP
的性能。因此，在
Ad Hoc
网络中要对
传输层服务（比如
TCP
）进行修
改，
以满足数据传输的需要。
2.3.10
网络互联技术
在很多场合下，
Ad
Hoc
网络要与其它网络互联。在有的情况下，
Ad
Hoc
网络还要作
为末端子网接入因特网，由于
Ad
Hoc
网络采用了不同的路由协
议和传输层服务，在网络
互联时需要进行相应的转换工作。
- 9 -
3 Ad
Hoc
网络的路由协议
3.1
概述
在
Ad
Hoc
网络中，随着节点移动，网络拓扑结构在不断变化。如何
迅速准确地选择
到达目的节点的路由（即网络的路由选择问题）
，是
Ad
Hoc
网络的一个重要和核心的问
题。
路由的功能是在网络层实现的，它的主要目的就是要为数据分组以最佳路径通过通
信子网到达目的节点提供服务。路由包含两个基本的动作：确定最佳路径和通过网络传
输信息。路由协议是无线自组网体系结构中不可或缺的重要组成部分，其主要作用是发
现和维护路由。
3.1.1 Ad
Hoc
网络与传统移动通信系统在路由问题上的区别
目前常见的移动通信系统主要包括蜂窝移动通信系统和无线局域网等。
A
d Hoc
网络
在系统的组织、管理和维护方面与它们有很大的
差异。这种差异的主要表现分述如下：
1
）
Ad
Hoc
网络与蜂窝移动通信系统的区别
在蜂窝移动通信系统中，移动节点之间呼叫的路由选择及建立主要是通过固定网络
设备
，如交换机、
VLR/HLR
等完成的，
基站主要完成射频信号的发送和接收。而在
Ad
Hoc
网络中，不存在这样的固定设备，节点间的路由选择完全由移动节点完成。
< br>
同时，在蜂窝移动通信系统中，尽管也会由于设备或链路出现故障等原因导致网
络
结构出现变化，但总体来讲，网络结构比较稳定。而在
Ad
Hoc
网络环境下，节点的频繁
随意移
动会造成网络拓扑结构发生经常性的变化，网络拓扑的频繁变化在很大程度上会
影响路由
选择。
2
）
Ad
Hoc
网络与无线局域网的区别
从网络层的角度看，无线局域网是一个单跳的网络，而
Ad <
/p>
Hoc
网络是一个多跳的网
络。
由于局域网是单跳网络，分组的处理不用通过网络层，其主要研究的内
容主要集中
在网络的物理层和数据链路层，即信道接入控制。而在
Ad
Hoc
网络中，终端设备一面作
为主机，用户终端需要运行面向用户的应用程序；另一方面，作为路由器，用户终端需
要运行相应的路由协议，根据路由策略和路由表参与分组转发工作和路由维护工作。因
此
Ad Hoc
网络研究的一个主要内容是以路由协议为核心的网
络层设计。
综上，不难发现
Ad <
/p>
Hoc
网络与传统的移动通信网在路由选择方面有很大的差异，必
- 10 -
须采用合适的路由协议以解决
Ad
Hoc
网络中的路由选择问题。
3.1.2
传统
Internet<
/p>
网络路由协议
目前在
< br>Internet
中常用的内部网关路由协议主要有两种。
一种是基于距离矢量的路
由协议（如
RIP
< br>协议）
，另一种是基于链路状态的路由协议（如
OSPF
协议）
。这两类协议
都是针对固定的网
络而设计的，它们都需要周期性地交换信息来维护网络正确的路由表
或网络拓扑结构图。
由于
Ad
Hoc
网络带宽有限、拓扑
变化频繁，这些传统的用于固定网
络的路由协议不适用于
Ad
Hoc
网络，主要体现在以下几个方面。
1
）动态变化的网络拓扑结构。这些变化主要体现在节点加入、离开网络以及链路权
值系数的变化。而对于常规的有线网络，网络拓扑结构表现较为稳定，拓扑结构的变化<
/p>
通常是由于链路状态的变化（如链路拥塞或是设备故障等）所引起的。
2
）周期性地广播拓扑信息会占用大量的无线信道资源，
耗费电池能源，将会严重的
降低系统的性能。尤其是在拓扑变化频繁的
< br>Ad
Hoc
网络环境中，可能当路由算法还未收
敛时，网络的拓扑结构就发生了改变。
3<
/p>
）单向的无线传输信道。在传统的网络路由协议中，通常认为节点间的链路是对称
的双向链路。而在
Ad Hoc
网络中，由于无
线收
/
发设备不同或周围环境对无线信道的影
< br>响，可能会导致单向的无线传输信道。
3.2
路由协议
自组网中节点的传输范围有
限，源节点在向目的节点发送数据时，通常需要其他节
点的辅助，所以路由协议是自组网
中不可缺少的部分。路由协议是通信网络中的一套将
业务数据从源节点指引到目的节点的
机制。
在
Ad
Hoc
网络中，网络拓扑结构快速变化，协议无法及时收敛，产生大量的不可靠
路由和路由环路，而且路由开销过大。为了适应自组网的需要必须设计新的路由协议。
路由协议是自组网研究的一个热点。
理想的
自组网路由协议应该具有以下特点
[
3
]
:
1
）采用分布式路由算法。
2
）具有自适应能力，可适应快速变化的网络拓扑结构。
3
）无环路。
4
）控制开销少。
< br>5
）具有可扩展性，适应于大规模网络。
- 11 -
< br>洪泛（
Flooding
）技术在自组网路由协议中具有
广泛的应用。该技术不需要已知任
何网络拓扑信息。工作原理：源节点向所有的邻节点广
播分组，中间节点判断自己是否
是目的节点，若不是而且如果是第一次收到该分组，则继
续广播，否则，直接丢弃。洪
泛是分组像辐射波一样从源节点以波浪形式向外传播，最终
到达目的节点。采用洪泛方
式传递分组，具有很大的盲目性，消耗大量带宽，但它是将分
组扩展到整个网络的最健
壮和最基本的方法。
3.2.1
路由协议的分类
目前已经提出了许多路由协议草案，如
DSDV
[
4
]
、
W
RP
[
5
]
、
DSR
[
6
]
、
AODV
[
7
]
、
TORA
[
8
]
等。
这些协议可从不同的角度分类。常见的有如下几类：
1
）按照路由建立的方式的不同分类。可分为先应式路由协议
[
9
]
、按需路由协议
[
10
]
、
混合
式路由协议。先应式路由协议又称表驱动路由协议，其无论是否有通信需求，
每个节点都
采用周期性的路由分组广播，交换路由信息，维护一张包含到达其他节
点的路由信息的路
由表。按需路由协议是根据发送数据分组的需要而进行按需路由
发现和建立传输路径进而
实现信息传送，即只有在节点有数据要发送时，才激活路
由发现机制寻找到达目的地的路
由。路由发现过程如图
3-1
所示。当节点
1
有数据
要向节点
8
发送且无路由时，节点
1
启动路由发现过程。混合式
路由协议是对先应
式路由协议和按需路由协议的综合。
2
5
1
3
6
7
路由请求消息
路由响
应消息
8
4
图
3-1
按需路由协议的路由发现过程
[
19
]
2
）
按照路
由协议所依据的网络逻辑结构的不同分类。可分为平面结构的路由协议和
分层结构的路由
协议。
平面结构的路由协议是指网络中各节点在路由功能上地位的相同，
没有引入分层管理机制。分层结构的路由协议采用群的概念对移动节点进行层次划分。
< br>
- 12 -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
上一篇：现代公共关系学期末考试题
下一篇：无线自组网设计思路