【文章內(nèi)容簡介】 心網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)快速自動組網(wǎng)。 (2 )動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓撲 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)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(guān)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(wǎng)絡(luò)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(yù)測。在網(wǎng)絡(luò)拓撲圖中，這些變化主要 體現(xiàn)在節(jié)點和鏈路的數(shù)量及分布的變化。而對于傳統(tǒng)有 線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)發(fā)，即要經(jīng)過多跳。與普通網(wǎng)絡(luò)中的多 跳不同， Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(wǎng)絡(luò)采用無線傳輸技術(shù)，由于無線信道本身的特性，它所能 提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對于有線信道要低得多，并且無線信道的質(zhì)量較差?？紤]到競爭公共 無線信道產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)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(guān)。 此外，地形或發(fā)射功率等因素使得 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)中 AODV 路由協(xié)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(nèi)存較少、 CPU處理能力較低和成本較高等，從而給應(yīng)用的設(shè)計開發(fā)和推廣帶 來一定難度，同時顯示屏等外設(shè)的功能和尺寸受限，不利于開展功能較復(fù)雜的業(yè)務(wù)?？紤]到成本和易于攜帶，移動節(jié)點不能配備太多數(shù)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(wǎng)絡(luò)是一種特殊的無線移動網(wǎng)絡(luò)，由于采用無線信道、有限電源、分布式控制等技術(shù)，它更加容易受到被動竊聽、主動入侵、拒絕服務(wù)、剝奪 “睡眠 ”等網(wǎng)絡(luò)攻擊。另外，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由節(jié)點自身充當路由器，不存在命名服務(wù)器和目錄服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，也不存在網(wǎng)絡(luò)邊界的概念。這就使得 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中 的安全問題非常復(fù)雜，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)的主要功能 無線移動自組織網(wǎng)由互聯(lián)和配置的通信設(shè)備組成，主要用于滿足應(yīng)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(zāi)或偏遠地區(qū)的救援行動通信需求 ； （ 2） 實現(xiàn)指揮控制數(shù)據(jù)的無縫交換 ； （ 3） 提供戰(zhàn)場態(tài)勢感知數(shù)據(jù)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(shù)級至戰(zhàn)略級的完全互通 ； （ 6） 具有網(wǎng)絡(luò)初始化及管理功能。 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)路由概述 在 OSI參考模型中，網(wǎng)絡(luò)層定義操作系統(tǒng)通用的協(xié)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(wǎng)絡(luò)到目標節(jié)點的路由 選擇，并處理業(yè)務(wù)流問題，例如交換、路由和對數(shù)據(jù)分組阻塞的控制。網(wǎng)絡(luò)層也許是 OSI參考模型中最復(fù)雜的一層，部分原因在于，現(xiàn)有的各種通信子網(wǎng)事實上并不遵循 OSI網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)定義。同時，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)問題也為網(wǎng)絡(luò)層的制定增加了很 大難度。 路由器的功能在網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)。路由器可以將子網(wǎng)連接在一起，它依賴于網(wǎng)絡(luò) 層將子網(wǎng)之間的流量進行路由。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是相鄰兩直連節(jié)點間的通信協(xié)議，它不能解決數(shù)據(jù)經(jīng)過通信子網(wǎng)多個轉(zhuǎn)接節(jié)點的通信問題。設(shè)置網(wǎng)絡(luò)層 的主要目的就是要為數(shù)據(jù)分組，以最佳路徑通過通信子網(wǎng)到達目的節(jié)點提供服務(wù)，而網(wǎng) 絡(luò)用戶不必關(guān)心網(wǎng)絡(luò)的拓撲構(gòu)型與所使用的通信介質(zhì)。路由是在 IP網(wǎng)絡(luò)中用來 實現(xiàn)分組的正確轉(zhuǎn)發(fā)進程，把信息從源穿過網(wǎng)絡(luò)傳Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中 AODV 路由協(xié)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(xié)議的第二層 (鏈路層 )，而路由發(fā)生在第三層 (網(wǎng)絡(luò)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(wù)。 基本概念 幾個常用術(shù)語 (1)自治系 統(tǒng) 自治系統(tǒng) (AS)是由于技術(shù)、管理、行政和商業(yè)上的原因被劃分到一個組 的網(wǎng)關(guān)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(shù)管理部門下運行的一組路由器構(gòu)成的。一個自治系統(tǒng)必須由一個管理機構(gòu)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(nèi)部，所有的路由器使用相同的動態(tài)路由協(xié)議，稱之為網(wǎng)關(guān) 路由協(xié)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(wǎng)關(guān)路由， Exterior Gateway protocols)或者 BGP(邊界網(wǎng)關(guān)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(wǎng)絡(luò)層進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，并且按照到達目的地址的路徑進行分組轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)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(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)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(xié)議來實現(xiàn)，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(xié)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(xiàn)的。 (3 )網(wǎng)關(guān) 網(wǎng)關(guān)是指被放置在網(wǎng)絡(luò)或者子網(wǎng)中的路由器。 網(wǎng)關(guān)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(xié)議，它可以在網(wǎng)絡(luò)中使用，也可以在網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)提供商 (ISP，bltel Servile Providers)使用。 外部網(wǎng)關(guān)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(xié)議。換句話說， EGP是指在 Inter和服務(wù)供應(yīng)商之間的使 用的路 由協(xié)議。邊界網(wǎng)關(guān)路由 (BGP)是一種 EGP路由協(xié)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(wǎng)絡(luò)傳輸信息。在路由的過 程中，后者也稱為 (數(shù)據(jù) )交換。交換相對來說比較簡單，而選擇路徑很復(fù)雜。 (1)路徑選擇 Metric（ 跳數(shù) ） 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(jù)使用的路由算法不同而不同。 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中 AODV 路由協(xié)議的研究與仿真 5 路由算法根據(jù)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(lián)系。路由表還可以包括其他信息。路由表比較 Metric(跳數(shù) )以確定最佳路徑，這些 Metric（ 跳數(shù) ） 根據(jù)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(wǎng)絡(luò)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(shù)路由協(xié)議而言是相同的，多數(shù)情況下，某節(jié)點決定向另一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)分組，其協(xié)議地址是指向目的節(jié) 點的。 路由器查看了數(shù)據(jù)分組的目的協(xié)議地址后，確定是否知道如何轉(zhuǎn)發(fā)該包，如 果路由器不知道如何轉(zhuǎn)發(fā)，通常就將之丟棄。如果路由器知道如何轉(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)中流 動時， 它 的物理地址在改變，但其協(xié)議地址始終不變 。 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議介紹 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的 路由 協(xié)議大致可以分為先驗式（ Proactive）路由協(xié)議、反應(yīng)式 (Reactive)路由協(xié)議以及混合式路由協(xié)議 [10]。 先驗式路由協(xié)議又稱為表驅(qū)動路由協(xié)議，在這種路由協(xié)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(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò) 的拓撲結(jié)構(gòu)。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(xié)議的時延較小，但是路由協(xié)議的開銷較大。常用的先驗式路由協(xié)議有 DSDV， HSR， GSR， WRP 等。 反應(yīng)式路由協(xié)議，又成為按需路由協(xié)議，是一種當需要發(fā)送數(shù)據(jù)時才查找路由的路由算法。在這種路由協(xié)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(wǎng)絡(luò)中發(fā)起路由查找過程，找到相應(yīng)的路由。與先驗式路由協(xié)議相比，反應(yīng)式路由協(xié)議的開銷較小，但是數(shù)據(jù)報傳送的時延較大。常用的反應(yīng)式路由協(xié)議有 AODV，TORA， DSR 等。 在先驗式路由協(xié)議和反應(yīng)式路由協(xié)議的基礎(chǔ)上許多學(xué)者提出了結(jié)合先驗式和反應(yīng)式路由協(xié)議優(yōu)點的混合式路由協(xié)議，如 ZRP 協(xié)議 。 ZRP 協(xié)議是一個先驗式和反應(yīng)式路由協(xié)議的組合，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有節(jié)點都有一個以自己為中心的虛擬區(qū)，區(qū)內(nèi)的節(jié)點數(shù)與設(shè)定的區(qū)半徑有關(guān)，因此區(qū)是重疊的，這是與分群路由的區(qū)別；在區(qū)內(nèi)使用先驗式路由算法，中心節(jié)點使用區(qū)內(nèi)路由協(xié)議 IARP 維持一個到區(qū)內(nèi)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(xié)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(wǎng)絡(luò)中 AODV 路由協(xié)議的研究與仿真 6 難，如簇的選擇和維護、先驗式和反應(yīng)式路由 協(xié)議的合理選擇以及網(wǎng)絡(luò)工作的大流量等問題。 在實際應(yīng)用中，常見的 Ad Hoc 路由協(xié)議有以下幾種： ⑴ 目的序列距離矢量路由協(xié)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(nèi)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(shè)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(shù)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(diào)遞增的偶數(shù)，當節(jié)點 B 發(fā)現(xiàn)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(shù)，并且把跳數(shù)設(shè)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(zhuǎn)方法的自適應(yīng)的分布式路由算法，主要用于高速動態(tài)的多跳無線網(wǎng)絡(luò)。作為一個由源端發(fā)起的按需路由協(xié)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(xié)議由 3 部分構(gòu)成：路由產(chǎn)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(shè)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(yīng)一個 UPD 分組。收到 UPD 分組的節(jié)點的高度將比產(chǎn)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(chǎn)生路由振蕩現(xiàn)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(xié)議（ AODV） AODV 是 DSDV 算法的