【文章內容簡介】 心網絡相比，具有很強的抗毀性。無中心和自組織特點使得 Ad Hoc可以實現快速自動組網。 (2 )動態(tài)變化的網絡拓撲 Ad Hoc網絡中 ， 移動終端能夠以任意可能的速度和移動模式移動，并且可以隨時關閉電臺，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，移動終端間通過無線信道形成的網絡拓撲隨時可能發(fā)生變化，而且變化的方式和速度都難以預測。在網絡拓撲圖中，這些變化主要 體現在節(jié)點和鏈路的數量及分布的變化。而對于傳統(tǒng)有 線網絡，網絡的拓撲結構較為穩(wěn)定。 (3 )多跳路由 由于節(jié)點發(fā)射功率的限制，節(jié)點的覆蓋范圍是有限的。當要與其覆蓋范圍之 外的節(jié)點進行通信時，需要中間節(jié)點的轉發(fā)，即要經過多跳。與普通網絡中的多 跳不同， Ad Hoc網絡中的多跳路由是由普通節(jié)點完成的，而不是由專用的路由 設備 (如路由器 )完成的。反過來，如果可以使用多跳路由，節(jié)點的發(fā)射功率可 以很低，從而達到節(jié)省電能延長電池工作時間的目的。 (4) 無線傳輸 Ad Hoc網絡采用無線傳輸技術，由于無線信道本身的特性，它所能 提供的網絡帶寬相對于有線信道要低得多，并且無線信道的質量較差。考慮到競爭公共 無線信道產生的沖突、信號衰減、噪聲和信道之間干擾等因素，移動終端獲得的 實際帶寬遠遠 小于理論 上 的最大帶寬，并且會隨時間動態(tài)變化。傳統(tǒng)的廣播式信道是一跳共享的，而 Ad Hoc網絡中節(jié)點的發(fā)送功率受限，廣播信道是多跳共享的 ： 一個節(jié)點的發(fā)送，只有其中一跳相鄰節(jié)點可以聽到，而此范圍之外的其他節(jié) 點察覺不到。這一特征一方面提高了信道的空間重用度，另一方面使得報文的沖 突與節(jié)點所處的地理位置相關。 此外，地形或發(fā)射功率等因素使得 Ad Hoc網絡中可 能存在單向無線信道 。 例如，車載終端的發(fā)送功率大于手持終端，手持終端可以收到來自車載終端的信 號，而車載終端無法Ad Hoc 網絡中 AODV 路由協議的研究與仿真 3 收到來自手持終端的信號，即存在從車載終端到手持終端的 單向信道。 (5) 移動終端的便攜性 移動終端具有攜帶方便、輕便靈巧等優(yōu)點，但也存在固有缺陷，如能源受限、 內存較少、 CPU處理能力較低和成本較高等，從而給應用的設計開發(fā)和推廣帶 來一定難度，同時顯示屏等外設的功能和尺寸受限，不利于開展功能較復雜的業(yè)務?？紤]到成本和易于攜帶，移動節(jié)點不能配備太多數量的發(fā)送接收器，并且節(jié) 點一般依靠電池供電。因此，如何高效地 使用節(jié)點的電能和延長節(jié)點的工作時間 是一個十分突出的問題。 (6) 安全性差 Ad Hoc網絡是一種特殊的無線移動網絡，由于采用無線信道、有限電源、分布式控制等技術，它更加容易受到被動竊聽、主動入侵、拒絕服務、剝奪 “睡眠 ”等網絡攻擊。另外，Ad Hoc網絡由節(jié)點自身充當路由器，不存在命名服務器和目錄服務器等網絡設施，也不存在網絡邊界的概念。這就使得 Ad Hoc網絡中 的安全問題非常復雜，傳統(tǒng)網絡中的許多安全策略和機制將不再適用。因此，信 道加密、抗干擾、用戶認證、密鑰管理、訪問控制和其他安全措施都需要特別考 慮。 無線移動自組織網的主要功能 無線移動自組織網由互聯和配置的通信設備組成，主要用于滿足應急通信 和軍用移動通信需求，其主要功能如下 ： （ 1） 滿足地震、水災或偏遠地區(qū)的救援行動通信需求 ； （ 2） 實現指揮控制數據的無縫交換 ； （ 3） 提供戰(zhàn)場態(tài)勢感知數據的傳播 ； （ 4） 滿足部隊行動互通的需求 ； （ 5） 可與其它通信系統(tǒng)互連而達到戰(zhàn)術級至戰(zhàn)略級的完全互通 ； （ 6） 具有網絡初始化及管理功能。 Ad Hoc 網絡路由協議 Ad Hoc 網絡路由概述 在 OSI參考模型中，網絡層定義操作系統(tǒng)通用的協議 ，為信息確定地址，把 邏輯地址和名字翻譯成物理地址，它也確定從源節(jié)點沿著網絡到目標節(jié)點的路由 選擇，并處理業(yè)務流問題，例如交換、路由和對數據分組阻塞的控制。網絡層也許是 OSI參考模型中最復雜的一層，部分原因在于，現有的各種通信子網事實上并不遵循 OSI網絡層服務定義。同時，網絡互聯問題也為網絡層的制定增加了很 大難度。 路由器的功能在網絡層實現。路由器可以將子網連接在一起，它依賴于網絡 層將子網之間的流量進行路由。數據鏈路層協議是相鄰兩直連節(jié)點間的通信協議，它不能解決數據經過通信子網多個轉接節(jié)點的通信問題。設置網絡層 的主要目的就是要為數據分組，以最佳路徑通過通信子網到達目的節(jié)點提供服務，而網 絡用戶不必關心網絡的拓撲構型與所使用的通信介質。路由是在 IP網絡中用來 實現分組的正確轉發(fā)進程，把信息從源穿過網絡傳Ad Hoc 網絡中 AODV 路由協議的研究與仿真 4 遞到目的的行為，在傳輸途中至少遇到一個中間節(jié)點。路由與橋接相比，似乎完成的是同樣的事，它們的主要 區(qū)別在于橋接發(fā)生在 OSI參考協議的第二層 (鏈路層 )，而路由發(fā)生在第三層 (網絡層 )。這一區(qū)別使二者在傳遞信息的過程中使用不同的信息，從而以不同的方 式來完成其任務。 基本概念 幾個常用術語 (1)自治系 統(tǒng) 自治系統(tǒng) (AS)是由于技術、管理、行政和商業(yè)上的原因被劃分到一個組 的網關的集合。一般在一個自治系統(tǒng)中擁有相同的選路策略，并且是由在同一技 術管理部門下運行的一組路由器構成的。一個自治系統(tǒng)必須由一個管理機構來進行統(tǒng)一登記，并分配一定的編號。 在一個自治系統(tǒng)內部，所有的路由器使用相同的動態(tài)路由協議，稱之為網關 路由協議(IGP， Interior Gateway Protocols)。在外部世界看來，整個自治系統(tǒng)是 一個單一的實體，在各個自治系統(tǒng)之間將使用 EGP(外部網關路由， Exterior Gateway protocols)或者 BGP(邊界網關路由， Border Gateway protocols)來交 換路由信息。 (2)路由器與路由備份 路由器是在網絡層進行協議轉換，并且按照到達目的地址的路徑進行分組轉發(fā)的設備。在路由器上，每條路由都具有一定的管理距離，路由器將通過路由管 理距離來決定誰是激活的路由。 路由備份是指當網絡出現故障時，路由器自動地將它的路由切換到新的路徑上的過程。路由的備份可以通過一個路由協議來實現，如 OSPF(OPEN Shortest Path First)、優(yōu)先開放最短路徑 )或 RIP(Routing Information Protocol，路由信 息協議 )，也可以通過動態(tài)路由和靜態(tài)路由的相互作用，或者僅僅只是通過靜態(tài)路由來實現的。 (3 )網關 網關是指被放置在網絡或者子網中的路由器。 網關路由 (IGP)是指在自治系統(tǒng)中的路由器之間用來交換路由信息的 協議，它可以在網絡中使用，也可以在網絡和服務提供商 (ISP，bltel Servile Providers)使用。 外部網關路 由 （ EGP） 是指在自治系統(tǒng)之間的路由器用來交換路由信息 的協議。換句話說， EGP是指在 Inter和服務供應商之間的使 用的路 由協議。邊界網關路由 (BGP)是一種 EGP路由協議，正在逐漸被廣泛的使用。 路由的組成 路由包含兩個基本的動作 :確定最佳路徑和通過網絡傳輸信息。在路由的過 程中，后者也稱為 (數據 )交換。交換相對來說比較簡單，而選擇路徑很復雜。 (1)路徑選擇 Metric（ 跳數 ） 是路由算法用以確定目的地的最佳路徑的計量標準，如路徑長度。為了幫助選擇路徑，路由算法初始化并維護包含路徑信息的路由表，路徑 信息根據使用的路由算法不同而不同。 Ad Hoc 網絡中 AODV 路由協議的研究與仿真 5 路由算法根據諸多信息來填充路由表。目的 /下一跳地址對告知路由器到達該目 的最佳方式是把分組發(fā)送給代表 “下一跳 ”的路由器，當路由器收到一個分組，它就檢查其目標地址，嘗試將此地址與其 “下一跳 ”相聯系。路由表還可以包括其他信息。路由表比較 Metric(跳數 )以確定最佳路徑，這些 Metric（ 跳數 ） 根據所使用的路由算法而不同。路由器彼此通信，通過交換路由信息維護其路由表，路由更新信息通常包含全部或部分路由表，通過分析來自其他路由器的路由 更新信息，該路由器可以建立網絡拓撲細圖。路由器間發(fā)送的另一個信息例子是鏈路狀態(tài)廣播信息，它通知其他路由器發(fā)送者的鏈接狀態(tài)，鏈接信息用于建立完整的拓撲圖， 使路由器可以確定最佳路徑。 (2)交換 交換算法相對而言較簡單，對大多數路由協議而言是相同的，多數情況下，某節(jié)點決定向另一個節(jié)點發(fā)送數據，通過某些方法獲得路由器的地址后，源節(jié)點發(fā)送指向該路由器的物理 (MAC)地址的數據分組，其協議地址是指向目的節(jié) 點的。 路由器查看了數據分組的目的協議地址后，確定是否知道如何轉發(fā)該包，如 果路由器不知道如何轉發(fā)，通常就將之丟棄。如果路由器知道如何轉發(fā)，就把目 的物理地址變成下一跳的物理地址并向之發(fā)送。下一跳可能就是最終的目的節(jié)點，如果不是，通常為另一個路由器，它將執(zhí)行同樣的步驟。 當分組在網絡中流 動時， 它 的物理地址在改變，但其協議地址始終不變 。 Ad Hoc 網絡協議介紹 Ad Hoc 網絡的 路由 協議大致可以分為先驗式（ Proactive）路由協議、反應式 (Reactive)路由協議以及混合式路由協議 [10]。 先驗式路由協議又稱為表驅動路由協議，在這種路由協議中，每個節(jié)點維護一張包含到達其他節(jié)點的路由信息的路由表。當檢測到網絡拓撲結構發(fā)生變化時，節(jié)點在網絡中發(fā)送更新消息，收到更新消息的節(jié)點將更新自己的路由表，以維護一致的、及時的、準確的路由信息，所以路由表可以準確地反映網絡 的拓撲結構。源節(jié)點一旦要發(fā)送報文，可以立即獲得到達目的節(jié)點的路由。因此這種路由協議的時延較小，但是路由協議的開銷較大。常用的先驗式路由協議有 DSDV， HSR， GSR， WRP 等。 反應式路由協議，又成為按需路由協議，是一種當需要發(fā)送數據時才查找路由的路由算法。在這種路由協議中，節(jié)點不需要維護及時準確的路由信息，當向目的節(jié)點發(fā)送報文時，源節(jié)點才在網絡中發(fā)起路由查找過程，找到相應的路由。與先驗式路由協議相比，反應式路由協議的開銷較小，但是數據報傳送的時延較大。常用的反應式路由協議有 AODV，TORA， DSR 等。 在先驗式路由協議和反應式路由協議的基礎上許多學者提出了結合先驗式和反應式路由協議優(yōu)點的混合式路由協議，如 ZRP 協議 。 ZRP 協議是一個先驗式和反應式路由協議的組合，網絡內的所有節(jié)點都有一個以自己為中心的虛擬區(qū)，區(qū)內的節(jié)點數與設定的區(qū)半徑有關，因此區(qū)是重疊的，這是與分群路由的區(qū)別；在區(qū)內使用先驗式路由算法，中心節(jié)點使用區(qū)內路由協議 IARP 維持一個到區(qū)內其他成員的路由表，對區(qū)外節(jié)點的路由使用按需路由，利用區(qū)間路由協議 IERP 建立臨時的路由。但是，實施混合式路由也面臨著很多困Ad Hoc 網絡中 AODV 路由協議的研究與仿真 6 難，如簇的選擇和維護、先驗式和反應式路由 協議的合理選擇以及網絡工作的大流量等問題。 在實際應用中，常見的 Ad Hoc 路由協議有以下幾種： ⑴ 目的序列距離矢量路由協議（ DSDV） DSDV 是一個基于傳統(tǒng)的 BellmanFord 算法的路由選擇算法，通過對 路由 編號等措施避免了路由環(huán)路的發(fā)生。 DSDV 的基本原理是：每一個節(jié)點維持一個到其他節(jié)點的路由表表的內容為路由的 “下一跳 ”節(jié)點。 DSDV 創(chuàng)新之處是為每一條路由設置一個序列號，序列號大的路由為優(yōu)選路由，序列號相同時，跳數少的路由為優(yōu)選路由。正常情況下，節(jié)點廣播的序列號是單調遞增的偶數，當節(jié)點 B 發(fā)現節(jié)點 D 的路由（序列號為 S）中斷后，節(jié)點B 就廣播一個路由消息，告之該路由的序列號變?yōu)?S+1，是奇數，并且把跳數設為無窮大。這樣，任何一個通過 B 發(fā)送信息的節(jié)點 A 的路由表中就包括一個無窮大的距離，這一過程直到 A 收到一個到達 D 的有效路由（路由序列號為 S+1+1）為止。 ⑵ 臨時按序路由算法（ TORA） TORA 是一個基于鏈路反轉方法的自適應的分布式路由算法，主要用于高速動態(tài)的多跳無線網絡。作為一個由源端發(fā)起的按需路由協議，它可以找到從源到一個目的節(jié)點的多條路由。 TORA 的主要特點是：當拓撲發(fā)生改變時，控制消息只在拓撲發(fā)生改 變的局部范圍傳播。因此，節(jié)點只需維護相鄰節(jié)點的路由信息。協議由 3 部分構成：路由產生、路由維護和路由刪除。初始化時，目的節(jié)點的高度（即傳播序列號）被設置為 0。然后由源端廣播一個含有目的節(jié)點 ID 的 QRY 分組，一個高度不為 0 的節(jié)點響應一個 UPD 分組。收到 UPD 分組的節(jié)點的高度將比產生該 UPD 分組的節(jié)點的高度大 1，并且具有較大高度值的節(jié)點被規(guī)定為上游節(jié)點。通過這種方式能夠創(chuàng)建一個從源到目的節(jié)點的一個有向無環(huán)路圖（ DAG）。當節(jié)點移動時，路由需要重建。在路由刪除階段， TORA 通過廣播一個 CLR分組來刪除無效的路由。 TPRA 存在的一個問題是當多個節(jié)點同時運行選路和刪除路由時會產生路由振蕩現象。 NS 中，每個節(jié)點為所有可能的目的節(jié)點運行一個分離的 TORA 進程。 TORA 運行在 IMEP（ IMEP： Inter MANETE capsulation Protocol）之上， IMEP 主要用來提供路由消息的可靠傳送并可以向鄰居節(jié)點通知鏈路的改變。 ⑶ Ad Hoc 按需距離矢量路由協議（ AODV） AODV 是 DSDV 算法的