【正文】 成無效信息，因此，這種路由協(xié)議始終處于不收斂狀態(tài)．目前，這種類型的無線 Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議已提出了幾種機(jī)制，用以改善這些方面的性能．現(xiàn)有的表驅(qū)動協(xié)議有： DSDV， WRP， STARA， GSR， FSR 等等． 需求驅(qū)動路由協(xié)議是根據(jù) 發(fā)送節(jié)點(diǎn)的需要，按需進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)過程，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由表內(nèi)容也是按需建立的，所以其內(nèi)容可能僅僅是整個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息的一部分．按需路由的優(yōu)點(diǎn)是不需要周期性的廣播路由信息，節(jié)省了一定的網(wǎng)絡(luò)資源；缺點(diǎn)是在發(fā)送數(shù)據(jù)分組時，因沒有去往目的節(jié)點(diǎn)的路由，要臨時啟動路由發(fā)現(xiàn)過程來尋找路由，所以數(shù)據(jù)分組需要等待一定時間的延時，并且由于路由發(fā)現(xiàn)過程通常采用全網(wǎng)擴(kuò)散機(jī)制進(jìn)行搜索，這在一定程 度上也減弱了按需機(jī)制帶來的好處．現(xiàn)有的需求驅(qū)動協(xié)議有： DSR， AODV， TORA， LAR等等． 在集群路由協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)由多個集群組成，節(jié) 點(diǎn)分為兩種類型：普通和群首節(jié)點(diǎn)．處于同一集群的群首節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)所在集群內(nèi)部的路由信息，群首節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)所管轄集群的拓?fù)湫畔⒌膲嚎s和摘要處理，并與其它群首節(jié)點(diǎn)交換處理過后的拓?fù)湫畔?。主要有下面兩點(diǎn)： (1)廣播問題：在 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，為了節(jié)約能量，通常使用反應(yīng)式的路由方法。當(dāng)反應(yīng)式路由方法應(yīng)用于移動協(xié)議中時，會影響移動協(xié)議的性能。 (2)多跳問題 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)具有多跳特性，在 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的移動結(jié)點(diǎn)很可能通過多跳方式連入 intemet。 在解決多跳間題中，可以引入一鐘鏈路斷開通告機(jī)制，鄰居節(jié)點(diǎn)周期性地探測鏈路 是否斷開，一旦出現(xiàn)斷路，由鄰居節(jié)點(diǎn)直接通過網(wǎng)關(guān)默認(rèn)路由將斷路信息通告給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。由于有了簇和層次的劃分， ad hoc 網(wǎng)路通信節(jié)點(diǎn)被分為不同的層次，比如簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)可以劃分為一個層次，簇頭可以歸為另一個層次，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)只需要維護(hù)簇內(nèi)的路由表，只有簇頭需要同時維護(hù)簇內(nèi)與簇外的路由衷，減少了簇內(nèi)節(jié) 點(diǎn)的路由表數(shù)量，使得在大規(guī)模的 ad hoc 網(wǎng)絡(luò)中通信節(jié)點(diǎn)在路由查找時降低了路由表查找的開銷。節(jié)點(diǎn)在向“中心”匯報信息的同時，也在維護(hù)局部信息?！爸行摹陛o助路由適用于源和目的節(jié)點(diǎn)之間跳數(shù)比較多，或其他通過自組織方式需要花費(fèi)較大開銷才能獲得路由的情況。 范例 1 Nitin Nahata等人提出了一種基于連接 (Contact)點(diǎn)的適用于大規(guī)模 Ad hoc網(wǎng) 絡(luò)的高效的路由發(fā)現(xiàn)策略 。 Contact點(diǎn)是一些捷徑點(diǎn)，它通過減小分割度來把網(wǎng)絡(luò)劃分成為一些“小世界”。為了減少參與路由的節(jié)點(diǎn)數(shù)目，設(shè)想從大量的節(jié)點(diǎn)中選出一部分作為參與路由的節(jié)點(diǎn)，那么在所選出的節(jié)點(diǎn)周圍的相鄰將直接和這個節(jié)點(diǎn)通信。從節(jié)點(diǎn)可以直接和主節(jié)點(diǎn)通信，一個主節(jié)點(diǎn)和若干個從節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個聚類。那么一個網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通?？梢苑殖扇舾蓚€聚類，每一個聚類的主節(jié)點(diǎn)之間就構(gòu)成了一個上層的 AD HOC 網(wǎng)絡(luò)。黑色的節(jié)點(diǎn)代表每個聚類的主節(jié) 點(diǎn)。 聚類算法有效地避免 了在 網(wǎng)絡(luò)中直接使用傳統(tǒng)移動 AD HOC 網(wǎng)絡(luò)路由算法的弊端。避免了過于復(fù)雜的路由，跳數(shù)的減少也 大大減少了 網(wǎng)絡(luò)中 信息傳輸?shù)臅r延 。 ③聚類中的傳感器節(jié)點(diǎn)可以協(xié)同工作，并可以在主節(jié)點(diǎn)處用適當(dāng)?shù)姆椒▽?shù)據(jù)聚合，這樣可以減少數(shù)據(jù)包的數(shù)量，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提高網(wǎng)絡(luò)的效率。那么聚類的主節(jié)點(diǎn)就可以進(jìn)行聚類中冗余數(shù)據(jù)的合并，而克服這一點(diǎn)。多一條備選的路由可以大大降低一條路徑失效對網(wǎng)絡(luò)造成的影響，使得網(wǎng)絡(luò)具備魯棒性。但是，先驗(yàn)式路由協(xié)議會引入更多的控制分組數(shù)，而且路由信息的不斷更新反而會縮短節(jié)點(diǎn)能量的持續(xù)時間。 (3)路由協(xié)議應(yīng)該是分級的。目前認(rèn)知無線電環(huán)境下，以信道的切換次數(shù)以及信道的切換頻率為衡量標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)有基于控制信道的路由算法以及基于空時分組碼的路由算法。當(dāng)有從 s 節(jié)點(diǎn)到 D 節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)要發(fā)送時，數(shù)據(jù)依靠中 間 節(jié)點(diǎn)的中繼就會到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，而對于協(xié)同路由來說，數(shù)據(jù)可以經(jīng)過 s1D 完成傳輸，同時，位于節(jié)點(diǎn) s 覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn) 3 也可以聽到這樣的信息，它們可以不用付出額外的能量去傳輸數(shù)據(jù)，這樣，就可以消耗更小的能 量?；谀芰康穆酚刹呗灾饕槍蝹€源和目的節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用環(huán)境，在保證源節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號在接收節(jié)點(diǎn)處能達(dá)到接收信噪比門限的基礎(chǔ)上，通過為協(xié)同節(jié)點(diǎn)最優(yōu)化地分配功率，從而達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)總能量開銷的目的。 協(xié) 同技 術(shù) 在 該種 路由機(jī)制中主要有兩 種應(yīng) 用方式。 這種 方式可稱 為 基于 協(xié) 同的路由。 該 方式稱 為動態(tài)協(xié) 同路由。 TCP假定鏈路傳輸出錯率很低并且鏈路是準(zhǔn)靜態(tài)的，無法區(qū)分網(wǎng)絡(luò)擁塞、路由失效和鏈路錯誤造成的分組丟失，而將分組丟失都看成網(wǎng)絡(luò)擁塞的結(jié)果，從而啟動擁塞控制過程： 超時重傳未確認(rèn)的 分組，重傳定時器指數(shù)退避并減小窗口，甚至進(jìn)入慢啟動階段。 傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)中對 TCP協(xié)議的改進(jìn)大都利用了基站，假設(shè)無線鏈路是單跳鏈路，并且沒有考慮節(jié)點(diǎn)移動引起的鏈路失效或重路由。一種最直觀的方法是使用顯式反饋機(jī)制來通知鏈路故障或路由失效引起的分組丟失，從而使 TCP能夠做出合適的動作以改善協(xié)議性能。更加嚴(yán)重的問題是經(jīng)常發(fā)生并且無法預(yù)測的路由失效，在路由恢復(fù)或重建時間內(nèi)，分組無法到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，從而引起分組排隊(duì)或丟失。當(dāng)路由恢復(fù)后，通過路由建立消息通知 源端，然后源端重新啟動定時器并發(fā)送分組。但 TCP— F依賴于路由節(jié)點(diǎn)檢測路由失效、重建路由和反饋信 息的能力，并且中間節(jié)點(diǎn)需要記錄源節(jié)點(diǎn) ID。節(jié)點(diǎn)在路由失效和重建期間緩存分組，并且通過被動確認(rèn)來保證控制消息的可靠傳輸。減少了分組的重傳，并通過加倍定時器的方法減少了超時隋況的出現(xiàn)。它試圖在 IP和 TCP之 間實(shí)現(xiàn)一個中間層來解決由于路徑失效或傳輸錯誤引起的分組丟失并維護(hù)較高的吞吐量。這些限制使得 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的安全問題異常復(fù)雜，必須對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全措施加以改進(jìn)，并采用新的安全策略和機(jī)制?？捎眯允侵讣词故艿焦?，節(jié)點(diǎn)仍能提供有效的服務(wù)。例如，攻擊者可以設(shè)法使節(jié)點(diǎn)始終處于通信狀態(tài)，以消耗節(jié)點(diǎn)有限的電量，這種攻擊被稱為“剝奪睡眠攻擊”。機(jī)密性是保證特定的信息不會泄露給未經(jīng)授權(quán)的用 戶。完整性保證節(jié)點(diǎn)接收的信息與發(fā)送的信息完全一樣?？沟仲囆杂脕泶_保一個節(jié)點(diǎn)不能否認(rèn)它已經(jīng)發(fā)出的信息。被動竊聽可能使敵方獲取保密信息；主動竊取攻擊中敵方可以刪除有用信息、插人錯誤信息或修改信息，從而破壞了數(shù)據(jù)的可用性和完整性 。為了對付主動攻擊，可以采用帶有認(rèn)證機(jī)制的端到端加密的方法?？梢允褂眉用軝C(jī)制來應(yīng)對第一種威脅，如帶有時間戳的數(shù)字簽名。內(nèi)部攻擊者即使能夠獲得合法密鑰，也很難知道標(biāo)志序列符，以減少這種安全威脅。不同的應(yīng)用環(huán)境可以采用不同的認(rèn)證機(jī)制。所有與會者都參與會話密鑰的生成，從而保證了最終的密鑰不是由極少數(shù)與會者產(chǎn)生的，攻擊者的干擾無法阻止密鑰的生成。一種解決密鑰管理的方法是由用戶團(tuán)體來代替證書權(quán)威機(jī)構(gòu)，并在節(jié)點(diǎn)中分配證書目錄。這種策略基于以下假設(shè)：在 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，盡管任何一個節(jié)點(diǎn)都不值得信任，但認(rèn)為一個節(jié)點(diǎn)的集合是可信任的。 網(wǎng)絡(luò)管理 移動性管理也稱移動 跟蹤或位置管理，主要用于在移動環(huán)境下實(shí)時地提供移動節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)標(biāo)識符 (如節(jié)點(diǎn)的名字 )和它的動態(tài)地址 (節(jié)點(diǎn)的位置 )之間的映射。當(dāng)節(jié)點(diǎn)移動時，需要在相應(yīng)的目錄服務(wù)器中更新位置信息。平面 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中，可以借助路由協(xié)議來獲得所需節(jié)點(diǎn)的地址，故移動管理比較簡單。在分層的網(wǎng)絡(luò)中，位置目錄 通常由高層節(jié)點(diǎn)維護(hù)，地址查詢從最底層開始，依 次查詢上級目錄，直到找到目標(biāo)地址。一種解決方法是限制相對移動性較高的節(jié)點(diǎn)的功能，根據(jù)情況提供不同的路由服務(wù)，如虛電路、數(shù)據(jù)報等。 QoS 保障機(jī)制 應(yīng)用 在實(shí)際應(yīng)用中， Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)除了可以單獨(dú)組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)局部的通信外，也可以作為末端子網(wǎng)通過接入點(diǎn)接人其他的固定或移動通信網(wǎng)絡(luò)，與 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)以外的主機(jī)進(jìn)行通信。 2) 需要分布式特性的網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境。 4) 作為生存性較強(qiáng)的后備網(wǎng)絡(luò)。在戰(zhàn)爭中，通信系統(tǒng)很容易受到敵方的攻擊，因此，需要通信系統(tǒng)能夠抵御一定程度的攻擊。分布式的系統(tǒng)可以保證部分通信節(jié)點(diǎn)或鏈路斷開時，其余部分還能繼續(xù)工作。此外，機(jī)動性是部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的重要部分，這要求通信系統(tǒng)能夠根據(jù)戰(zhàn)事需求快速組建和拆除。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點(diǎn)或鏈路發(fā)生故障，其他節(jié)點(diǎn)還可以通過相關(guān)技術(shù)繼續(xù)通信。 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)建立簡單、具有很高的機(jī)動性。 Ad Hoc 與蜂窩系統(tǒng)整合 首先，能夠?qū)Ψ涓C系統(tǒng)中的盲區(qū)起到覆蓋作用。 其次，可以對網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載起到均衡作用。 再次，對于距離比較近的移動節(jié)點(diǎn)，可以通過自組網(wǎng)直接通信，不占用蜂窩網(wǎng)的資源，減少蜂窩系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的總?cè)萘?。在多跳的多速率的網(wǎng)絡(luò)中，采用多跳高速率的路由代替一跳低速率的路由，只要能夠有效地減少信道的占用時間，將提高系統(tǒng)總的吞吐量。以上這些優(yōu)勢都有益于系統(tǒng)容量的提高。 關(guān)鍵技術(shù)、問題和未來發(fā)展 面向特定網(wǎng)絡(luò)的路由設(shè)計(jì) Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)最顯著的特征是其自組性和自維護(hù)性。鄰近節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)可以通過周 期性地發(fā)送叫做信標(biāo)的數(shù)據(jù)包或者對信道進(jìn)行混合監(jiān)聽來實(shí)現(xiàn)，而近鄰發(fā)現(xiàn)的目的就是為了發(fā)現(xiàn)可以與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信的節(jié)點(diǎn)集。整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔⑹怯擅總€節(jié)點(diǎn)的拓?fù)湫畔⒔Y(jié)合而成，因而要實(shí)現(xiàn) Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)的高效通信，每個節(jié)點(diǎn)的拓?fù)湫畔⒅陵P(guān)重要，選擇良好的拓?fù)淇刂茩C(jī)制將大大提升網(wǎng)絡(luò)效率。拓?fù)淇刂仆ǔ２捎霉β士刂坪头执赝負(fù)浣M織兩種方法。拓?fù)淇刂茩C(jī)制的目的就是消除冗余拓?fù)湫畔⒉?yōu)化網(wǎng)絡(luò)，提高穩(wěn)定性。由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的移動、節(jié)點(diǎn)連接失敗、節(jié)點(diǎn)電源的耗盡以及新的激活節(jié)點(diǎn)等因素， Ad hoc 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是動態(tài)變化的。拓?fù)渲貥?gòu)同樣還包括網(wǎng)絡(luò)的分割和合并。無線信道暴露在外部環(huán)境中，很容易被竊聽和干擾，受到主動入侵、偽造身份、拒絕服務(wù)等攻擊。由于沒有任何集中控制的基礎(chǔ)設(shè)施，要想采用密鑰分發(fā)中心或權(quán)威機(jī)構(gòu)提供密鑰和數(shù)字證書以幫助結(jié)點(diǎn)相互認(rèn)證是非常困難的。這樣就需要一種機(jī)制來挽救結(jié)點(diǎn)失效或崩潰時的路由。在大規(guī)模的 Ad Hoc 網(wǎng)中很難找到一種完善的安全機(jī)制滿足上述條件。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，信令的成本會急劇增加 。 (3)傳輸性能的變化。 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的無線信道是多跳共享廣播信道。這一特征使得發(fā)送節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍外的節(jié)點(diǎn)可以同時發(fā)送報文，提高了信道的空間復(fù)用度，但也使得報文沖突與節(jié)點(diǎn)所處的地理位置相關(guān) 。而在Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中，報文沖突是局部事件，并非所有節(jié)點(diǎn)都可以感知到。 QOS面臨的挑戰(zhàn) 首先，由于沒有考慮網(wǎng)絡(luò)動態(tài)多變的特性， Inter 的 QoS 保障機(jī)制不能直接應(yīng)用于Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)資源的匱乏容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，同時較差的無線信道質(zhì)量會造成分組傳輸錯誤率的增加，雖然采用冗余編碼、增大信號強(qiáng)度和更換路由等方法可以提高無線信道的質(zhì) 量，但又會進(jìn)一步減少網(wǎng)絡(luò)可用資源。因而， Intemet 的 InterServ 和 Diffserv 服務(wù)模型均不能直接用于 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)。此外，要減輕網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘜Ψ?wù)質(zhì)量的影響，需要 MAC 層的支持并且路由協(xié)議要能快速計(jì)算新路由，同時上層應(yīng)用應(yīng)當(dāng)足夠靈活，以適應(yīng)底層網(wǎng)絡(luò)的變化。 2) WSN 的數(shù)據(jù)包更小 ,因而數(shù)據(jù)傳輸開銷更大 。 4) WSN 節(jié)點(diǎn)因能量耗盡而易失效 。 6) WSN 一般獨(dú)立成網(wǎng) ,主要用于監(jiān)測功能 ,是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò) ,MANET 則能為分布式應(yīng)用提供互 聯(lián)、計(jì)算能力 。 8) WSN 網(wǎng)絡(luò)流量具有 manytoone 和 onetomany 的特點(diǎn) 。 10) WSN 節(jié)點(diǎn)一般沒有統(tǒng)一編址 (在某些應(yīng)用中可對節(jié)點(diǎn)編址 ). 概念和特點(diǎn) 在傳統(tǒng)的探測系統(tǒng)中，傳感器和被測對象通常是一對一的配置，傳感器接近感知對象，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過有線或無線信道，傳送到遠(yuǎn)端的信息處理中心。每個傳感器近距離 地觀察感知對象，多個傳感器協(xié)同完成對感知區(qū)域觀測任務(wù)，然后通過無線信道將感知信息傳送至匯聚節(jié)點(diǎn)，最終由匯聚節(jié)點(diǎn)向用戶報告觀測結(jié)果。 傳感器網(wǎng)絡(luò)的潛在優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個方面 : (1) 分布節(jié)點(diǎn)中多角度和多方位信息的綜合有效地提高了信噪比 ,這一直是衛(wèi)星和雷達(dá)這類獨(dú)立系統(tǒng)難以克服的技術(shù)問題之一 . (2) 傳感器網(wǎng)絡(luò)低成本、高冗余的設(shè)計(jì)原則為整個系統(tǒng)提供了較強(qiáng)的容錯能力 . (3) 傳感器節(jié)點(diǎn)與探測目標(biāo)的近距離接觸大大消除了環(huán) 境噪聲對系統(tǒng)性能的影響 . (4) 節(jié)點(diǎn)中多種傳感器的混合應(yīng)用有利于提高探測的性能指標(biāo) . (5) 多節(jié)點(diǎn)聯(lián)合 ,形成覆蓋面積較大的實(shí)時探測區(qū)域 . 無線自組網(wǎng)一般是由幾十個到上百個節(jié)點(diǎn)組成，采用無線通信方式、動態(tài)組網(wǎng)的多跳的移動性對等網(wǎng)絡(luò)；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是集成了監(jiān)測、控制及無線通信的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)數(shù)目更為龐大（可能上千甚至上萬），它除了具有 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的移動性、斷接性、電源能力局限的特征外，還具有以下一些特點(diǎn)： ①節(jié)點(diǎn)數(shù)量大，分布范圍廣。 ②電源能量有限。傳感器節(jié)點(diǎn)往往部署在環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域，有些區(qū)域甚至是人員所不能到達(dá)的，采用更換電源的方式是不現(xiàn)實(shí)的。 ③通信能力有限。 ④網(wǎng)絡(luò)的自組織能力強(qiáng)。 ⑤網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性強(qiáng)。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于下列因素而動態(tài)變化，如網(wǎng)絡(luò)中的傳感器、感知對象和觀察者這三要素可能具有移動性；新的傳感器節(jié)點(diǎn)的加入或已有節(jié)點(diǎn)的失效；環(huán)境因素或節(jié)點(diǎn)能量耗盡， 所以傳感器網(wǎng)絡(luò)必須具有可重構(gòu)和自調(diào)節(jié)性。傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。相當(dāng)于分布式的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，要查詢的數(shù)據(jù)分布在所有或部分節(jié)點(diǎn)中。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)注的是具有某種特性的數(shù)據(jù)，傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目巨大和節(jié)點(diǎn)放置的隨機(jī)性。傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景非常廣 闊，不同的應(yīng)用背景對傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求不同，其硬件平臺、軟件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都會有很大差別。 ⑧計(jì)算和存儲能