Ad Hoc网络路由技术 |
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Routing Protocols of Wireless Ad Hoc Networks | ||||||||
作者:盛敏,田野,李建东 文章来源:中兴通讯技术 点击数:328 更新时间:2007-7-31 19:58:15 添加到百度搜藏 | ||||||||
摘要:无线自组织网络(Ad hoc)是一个复杂的系统,其中路由协议是该领域中的研究热点。通过采用合理的路由技术,可使无线自组网具有更为灵活的组网方式,从而达到提升网络性能、减少网络开销等目的。通过与认知无线电(CR)技术、协同通信(CC)技术以及多输入多输出(MIMO)天线技术等物理层新技术的有效结合,可以大大改善Ad hoc路由协议的性能。 关键词:自组织网络;路由协议;无线通信 Abstract:Wireless Ad hoc network is a complicated communication system, and its routing technology is one of the most popular and active research topics. Efficient routing protocol enables wireless networks to be more flexibly organized, improving network performance and decreasing overheads. Combining novel technologies at the physical layer, such as Cognitive Radio (CR), Cooperative Communication (CC), and Multiple Input Multiple Output (MIMO), can hugely enhance the performance of Ad hoc routing protocols. 基金项目:国家自然科学基金(60572146);教育部科学技术研究重点项目(107103) 未来移动通信网络除了以低成本达到高数据率外,还要求网络组网灵活,具有适应性和生存能力。无线自组织网络(Ad hoc)[1-4]是一种没有预定的基础设施支撑的自组织可重构的多跳无线网络,可以作为蜂窝移动网络的有效加强。因此,移动自组织网络将因其灵活性而在未来移动通信网络中扮演重要作用。 1 Ad Hoc网络路由协议 早在1996年,因特网工程任务组(IETF)就成立了移动Ad hoc网络工作小组(MANET WG),其核心任务就是研究无线自组织网络环境下基于IP协议的路由协议规范和接口设计。IETF RFC2501详细给出了无线Ad hoc网络的应用场合、特征和性能要求。目前,MANET WG已经公布了一系列的有关Ad hoc路由的草案,如动态源路由算法(DSR)、基于反向路径转发的拓扑分发协议(TBRPF)、优化链路状态路由算法(OLSR)、按需距离矢量路由算法(AODV)、临时按序路由算法(TORA)、区域路由算法(ZRP);此外,研究还提出了许多Ad hoc路由协议,如目的序列距离矢量路由算法(DSDV)、无线路由协议(WRP)、陆标路由协议(LANMAR)、位置辅助路由(LAR)、鱼眼状态路由算法(FSR)。 这些路由协议根据所采用的基本路由机制的不同,可分为基于链路状态的路由协议、基于距离矢量的路由协议、源路由协议及反向链路协议;按照网络逻辑结构的不同,可分为平面结构的路由协议和分层结构的路由协议;按照路由发现策略的不同,可分为表驱动路由协议、按需路由协议以及混合路由协议。 2 大规模Ad Hoc网络中的路由技术 对于中小规模(通常为几十个节点)Ad hoc网络路由协议的研究已取得了重要进展,而大规模Ad hoc网络的路由技术是Ad hoc网络研究的一个难点,它是指可以支持数百到数千个网络节点的路由算法。国际上早期的一些初步研究结果[6],如Santivanez等人提出的基于链路状态法的模糊链路状态(FSLS)算法,研究了节点数为100~400时的部分性能;Woo和Singh提出了一个基于位置修正的SLURP算法,研究了节点数为50~1 000时的算法性能;Jinying Li等提出了基于区域的网格(Grid)系统,研究了100~600个节点时的算法性能;Rahul Jain等人提出了基于地理位置的路由算法,研究10~1000个节点的算法性能。 现有的路由协议或者利用全网泛洪(Global flooding)或者利用分层的方法完成路由的发现。但是,前者由于开销太大并不适合大规模的网络;后者在分层的过程中需要交互大量信息,而且可能由于节点的移动造成性能的急剧恶化。为了克服这些缺陷Nitin Nahata等人提出了一种基于连接(Contact)点的适用于大规模Ad hoc网络的高效的路由发现策略[7]。它基于“小世界(Small world)”的概念,采用了一种混合的方式:在节点的R跳(通常是3~5跳)范围内采用先验式的路由算法,如DSDV,而在R跳以外通过Contact点进行反应式的路由发现。Contact点是一些捷径点,它通过减小分割度来把网络划分成为一些“小世界”。图1所示为这个过程的示例。 此外,Taejoon Park等人还提出了一种基于地理位置的适用于Ad hoc网络的路由协议[8],它在节点本地区域和分布区域中结合了位置更新机制,同时还根据位置更新门限得到一个最优的配置,以此减小总的路由开销。该协议具有可扩展性,并且路由开销较小,从而延长了节点的寿命。 3 基于新物理层技术的Ad Hoc路由 3.1 基于认知无线电的路由协议 认知无线电技术的特点使得节点间的链路可能经常发生变化,因此,这样的路由协议首先应该是鲁棒的(Robustness),这种鲁棒性是基于多路径分析的。多一条备选的路由可以大大降低一条路径失效对网络造成的影响,使得网络具备鲁棒性。此外,这样的路由协议还应满足3点要求[10]: (1)路由协议应该是先验式的 (2)路由协议应该是基于链路状态的 (3)路由协议应该是分级的 3.2 基于协同通信的路由协议 当有从S节点到D节点的数据要发送时,数据依靠中间节点的中继就会到达目的节点,而对于协同路由来说,数据可以经过S→1→D完成传输,同时,位于节点S覆盖范围内的节点2、3也可以听到这样的信息,它们可以不用付出额外的能量去传输数据,这样,就可以消耗更小的能量。 目前,基于协同技术的路由可大致分为两类,分别是基于能量的路由策略和基于带宽的路由策略。基于能量的路由策略[12-13]主要针对单个源和目的节点的应用环境,在保证源节点发射信号在接收节点处能达到接收信噪比门限的基础上,通过为协同节点最优化地分配功率,从而达到降低网络总能量开销的目的。基于带宽[11]的路由策略主要是通过引入协同通信技术,以最大化源节点到目的节点间路径的带宽为目标完成路由决策。协同技术在该种路由机制中主要有两种应用方式[11]。一种是在选择好一条源到目的节点路由的基础上,通过在每一跳节点间根据对带宽的改善程度有选择地进行协同,达到提升路由传输能力的目的。这种方式可称为基于协同的路由。另一种方式是在路由选择的同时就考虑到协同技术对每跳传输带宽的影响,从而决定每跳传输是否采用协同通信技术,并选择该情况下带宽最大的路由进行数据传输。该方式称为动态协同路由。 3.3 基于MIMO的路由协议 目前基于MIMO的适应于无线自组织网络的路由协议并不多见。K.Sundaresan等人在2005年的IEEE 的国际会议(ICNP)上,发表了论文《Routing in Ad-Hoc Networks with MIMO Links》[14]。该文给出了一种适应于MIMO信道条件的自适应路由协议。该协议通过利用MIMO系统两种不同的工作模式:空间复用和空间分集来实现路由的自适应选择。在空间复用模式中,节点通过每个天线发射不同的数据流,能够获得复用增益,提高链路以及整个路由的传输容量。在空间分集模式中,节点在每根天线上发送相同的数据流,以获得分集增益。这种分集技术能够有效地提高通信系统的抗干扰能力,降低系统传输的误比特率,提高链路及路由传输的可靠性,能够满足无线信道条件较差环境的应用要求。 4 结束语 5 参考文献 作者简介:
盛敏,博士,西安电子科技大学副教授,中国电子学会会员,陕西省通信学会青年委员会委员。主要研究方向包括移动Ad hoc网络、无线传感器网络、QoS技术、个人通信网络等。 田野,西安电子科技大学在读博士研究生,主要研究方向是分布式无线Ad hoc网络。 李建东,西安电子科技大学教授、博导,中国通信学会会士,IEEE高级会员,中国电子学会高级会员,第1届和第4届国家“863”计划内个人通信技术专业专家组成员。主要从事移动通信、个人通信、软件无线电、分组无线网、自组织网络、宽带无线IP技术等方面的研究。
原文链接: http://www.anywlan.com/Article/2007/20070731195815_2567.shtml
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