移动通信的路由

本文概述

需要路由
路由分类

路由是为网络中或跨多个网络的流量寻找最佳路径的过程。路由的作用类似于酒店的路线图。在这两种情况下, 我们都需要在适当的位置以适当的方式传递消息。

移动自组织网络中的路由取决于许多因素, 例如：

拓扑建模
路由器的选择
发起路线请求,
特定的潜在特征可以作为启发式方法有效地找到路径。

在MANET中, 每个节点或设备都应充当路由器, 并且在所有路由器都执行相同的路由算法以计算通过整个网络的路径的意义上, 每个路由器都无法与另一个路由器区分开。

需要路由

路由具有以下需求：

由于不可能在动态甚至小型网络中进行集中式路由, 因此必须进行路由计算。
路由计算不应添加更多节点。
如果有任何主机要求路由, 则必须具有快速访问权限。
维护全局状态不应包含在路由计算中。
每个节点都应该关心到达其路由的目标节点, 并且不应该为那些没有流量的网络部分进行频繁的拓扑更新。
由于广播对于MANET可能很耗时, 因此必须尽可能避免广播。
在路由中, 当主路由已过时时, 必须具有备用路由。

路由分类

路由协议可以分类为：

主动协议
反应协议
混合协议

1.主动协议

主动协议尝试不断评估网络中的路由。这意味着主动协议会持续维护路由信息, 以便在需要转发数据包时, 路径是已知的并且可以立即使用。距离矢量协议家族是一种主动方案。

主动方案的优势在于, 每当需要一条路线时, 确定路线的延迟都可以忽略不计。

不幸的是, 在MANET环境中维护路由表会产生很大的开销。因此, 这种协议具有以下共同的缺点：

需要更多数据来维护路由信息。
对重组网络和单个节点的故障反应低。

2.反应式协议

反应式协议不维护路由, 而是仅按需调用路由确定过程, 或者我们可以说反应式协议仅按需构建路由。因此, 当需要一条路线时, 就会启动某种全局搜索程序。经典泛洪算法家族属于反应协议组。反应性自组织网络路由协议的示例包括自组织按需距离矢量(AODV)和时间排序路由算法(TORA)。

这些协议具有以下优点：

像前瞻性协议一样, 全局路由表维护没有大的开销。
对于网络重组和节点故障, 反应很快。
即使反应式协议已成为MANET路由的主流, 它们仍然具有以下缺点：
查找路线的延迟时间长
洪水泛滥会导致网络阻塞。

3.混合协议

混合协议尝试利用最佳的反应式和主动式方案。这种协议背后的基本思想是按需启动路由发现, 但是搜索成本有限。流行的混合协议之一是区域路由协议(ZRP)。

路由协议也可以分类如下：

表驱动协议
源按需协议启动

1.表驱动的路由协议

这些协议称为表驱动, 因为每个节点都需要维护一个或多个表, 这些表包含网络中每个其他节点上的路由信息。
它们本质上是主动的, 因此路由信息始终是一致的并且是最新的。
协议通过传播更新通过网络的吞吐量来响应网络拓扑的变化, 以便每个节点都具有一致的网络视图。

表驱动的路由协议分类如下：

目的地顺序距离矢量路由

目标顺序距离矢量路由(DSDV)是基于Bellman-Ford算法的MANET的表驱动路由协议。
DSDV由C. Perkins和P. Bhagwat于1994年开发。该算法的主要贡献在于, 即使路由表中存在回路, 该算法也可以正常工作。
众所周知, 每个移动节点都维护着一个路由表, 其中包含到网络中每个可能目的地的路由以及到目的地的跳数。
表中的每个条目均包含由目标节点分配的序列号。
序列号使节点可以将陈旧路由与新路由区分开, 并有助于避免形成路由环路。
新的路线广播包含：
- 目的地址。
- 到达目的地所需的跳数。
- 接收到的有关目的地的信息的序号和广播唯一的新序号。
如果有多个路由可用于同一目的地, 则使用具有最新序列号的路由。如果两个更新的序列号相同, 则使用度量较小的路由来优化路由。

例如, 来自上述网络的节点A的路由表为：

Destination	下一跳	啤酒花数量	序列号	安装时间
A	A	0	A46	001000
B	B	1	B36	001200
C	B	2	C28	001500

基本上, 该表存储节点A可以到达的所有可能路径的描述, 以及跳数, 跳数, 序列号和安装时间。

优点

目标序列距离矢量路由是可用的早期算法之一。它适用于创建具有较小编号的临时网络。节点。

坏处

目标顺序距离矢量路由要求定期更新其路由表, 即使网络处于空闲状态, 这也会消耗更多的电池电量和少量的带宽。
该算法不适用于高度动态的网络。

群集头网关交换机路由

群集头(CH)网关交换机路由(CGSR)协议在寻址类型和所采用的网络组织方案方面与目标顺序距离矢量路由不同。
CGSR代替了平面网络, 而是使用簇头, 簇头控制一组ad hoc节点, 因此实现了用于簇间代码分离, 路由, 通道访问和带宽分配的分层框架。
确定合适的簇和选择簇头非常复杂。一旦定义了集群, 就希望在集群内使用分布式算法来选择一个节点作为集群头。
使用群集头方案的缺点是, 频繁的更改会对性能产生不利影响, 因为节点会花更多时间选择群集头而不是中继数据包。因此, 每次集群成员资格更改时, 都使用最小集群更改(LCC)集群算法, 而不是CH选择。使用LCC, 仅当两个CH接触或节点脱离与所有其他CH的接触时, CH才会更改。

在此方案中, 每个节点必须维护一个集群成员表(CMT), 该表存储网络中每个节点的目标CH。群集成员表由节点使用DSDV算法定期广播。
当节点从邻居接收到这样的表时, 它可以更新自己的信息。不出所料, 每个节点还维护一个路由表, 以确定到达任何目的地所需的下一跳。

无线路由协议(WRP)

无线路由协议是用于MANET的主动单播路由协议。它使用距离矢量路由协议的增强版本, 该协议使用Bellman-Ford算法来计算路径。

对于无线路由协议(WRP), 每个节点维护4个表：

距离表
路由表
链接费用表
邮件重传列表(MRL)表

消息重传列表中的每个条目都具有更新消息的序列号, 重传计数器, 每个邻居每个条目有一个条目的确认要求标志向量以及在更新消息中发送的更新列表。当任何节点从新节点收到问候消息时, 它将新节点添加到其路由表中, 并向新节点发送其路由表的副本。节点必须在一定时间内向邻居发送消息, 以确保连通性。

优点

WRP的优点类似于DSDV。此外, 它具有更快的收敛速度, 并增加了较少的表更新。

坏处

维护多个表的复杂性要求MANET中的节点需要大量内存和更大的处理能力。
由于WRP受限于有限的可扩展性, 因此WRP不适合高度动态和非常大的ad hoc无线网络。

2.源按需协议发起

源-按需启动的路由本质上是被动的, 与表驱动路由不同。这种类型的协议仅在源要求时才生成路由。
换句话说, 当源节点需要到目的地的路由时, 源将启动网络中的路由发现过程。当发现到目的地的路由或检查所有可能的路由均未成功时, 此过程结束。
通过路由维护过程来维护发现的路由, 直到不再需要它或目的地变得不可访问为止。

按需启动路由的源分类如下：

随需应变距离矢量路由(AODV)

AODV是用于MANET(移动自组织网络)和其他无线自组织网络的路由协议。
它是一种反应式路由协议；这意味着它仅按需建立到目的地的路线。
AODV路由建立在DSDV算法之上。这是对DSDV的重大改进。
不在特定路径上的设备不维护路由信息, 也不参与路由表交换。
当源要求将消息发送到目的地并且没有到后者的有效路由时, 该源将启动路由发现过程。
源向其所有邻居发送路由请求(RREQ)数据包, 后者将请求转发给其所有邻居, 依此类推, 直到目标或具有到目标”足够新鲜”路由的中间移动台(节点)为止到达。

上图说明了广播请求(RREQ)在网络上的传播。由于在DSDV中, 目标序列号用于确保所有路由均无环路且包含最新的路由信息。每个节点都有唯一的序列号和广播ID, 每次节点启动RREQ都会增加该ID。

广播ID与节点的IP地址一起唯一标识每个RREQ。

仅当中间移动设备具有到目的地的路由时, 该路由的序列号大于或至少等于RREQ中包含的序列号。为了优化路由性能, 中间节点记录地址。

从上图可以看出, 由于RREP(路由应答包)在反向路径上返回, 因此该路径上的节点设置了它们的前向路由条目, 以指向刚从其接收RREP的节点。这些前进路线记录指示活动的前进路线。 RREP继续沿反向路径返回, 直到到达路由发现的发起方。因此, AODV仅支持对称链接的使用。

动态源路由(DSR)

动态源路由是一种基于源路由的按需路由协议。
它与AODV非常相似, 它在发送计算机请求时按需形成一条路由。但是, 它使用源路由而不是依赖每个中间设备上的路由表。对动态源路由进行了许多连续的改进。
该协议分为两个主要阶段：
- 路线发现
- 路线维护
当节点有要发送的消息时, 它会与路由缓存联系, 以确定是否有到目的地的路由。如果存在到目标的活动路由, 则将其用于发送消息。
否则, 节点通过广播路由请求包来启动路由发现。路由请求存储目标地址, 源地址和唯一标识号。
收到路由请求的每个设备都会检查它是否具有到目的地的路由。如果没有, 它将自己的地址添加到数据包的路由记录中, 然后在其出站链路上重新广播该数据包。
尽量减少编号。在广播中, 移动台仅在它之前从未看到该数据包并且其自己的地址尚未在路由记录中时才重播该数据包。

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