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1、,4、 网络路由协议原理 4.1 有线路由协议 4.2 无线路由协议 4.3 机会路由协议,现代通信技术课程,主讲：宋梁，LSONGIEEE.ORG QQ群：3149458742015-2016,章节概览,4.3.1 机会路由简介 4.3.2 机会路由的协作机制 4.3.3 候选节点的选择 4.3.4 已有的机会路由协议 4.3.5 机会路由所面临的挑战 4.3.6 总结,2,无线传感网的应用,户外监测,3,无线传感网的应用,室内监测,4,机会路由简介,近年来，无线网络在生活中的应用场景越来越丰富，并且不断有新的应用被挖掘出来，但是无线网络的潜能并没有被充分的挖掘出来。大多数网络路由协议都是基
2、于传统有线网络改进而来，从而忽略了无线网络的广播特性，错失了许多无线网络可能带来的许多优点。,5,机会路由的提出,对于传统的路由协议而言，由于发展自有线网络，所以在数据发送之前，数据的传输路径就已经确定。由于无线链路的不稳定性，这种方式对于无线网络来说这无疑是不可靠的。2005年，MIT的CSAIL实验室提出了机会路由的概念。,6,机会路由的基本思想,充分利用了无线网络的广播特性,7,机会路由的基本思想,确定候选节点集以及避免重复传输,10,机会路由的基本思想,从源节点传输数据到目的节点，对于传统的路由协议，可能会将路径设置为srcBD-dst，但是由于无线传输的广播特性和链路的不确定性，B节
3、点并没有收到源节点发来的信息，C节点却收到了。那么这次传输对于传统路由来说就失败了。,11,机会路由的基本思想,但是，机会路由则将其视为一次幸运的传输，C明显比B距离目的节点要近一些。在机会路由中，C节点将会承担下一步的传输任务，接着将数据传输下去。也就是说机会路由的下一条地址在数据传输之前是不确定的，数据传输后，所有收到数据的优先级最高的节点才会成为路径的下一跳。,12,章节概览,4.3.1 机会路由简介 4.3.2 机会路由的合作策略 4.3.3 候选节点的选择 4.3.4 已有的机会路由协议 4.3.5 机会路由所面临的挑战 4.3.6 总结,13,机会路由的两个基本组成要素,合作策略和
4、候选节点集的选择是设计机会路由的两个必要组成部分。,14,机会路由的合作策略,从发送者的角度来说，合作策略用于挑选出最佳的候选节点。 对于候选节点来说，合作策略用来决定节点的当前状态和是否传输收听到的数据包以及何时传输数据包。,15,机会路由的合作策略,已有的合作策略根据运行机制的不同可以分为三类：定时器（Timer），令牌（Token），网络编码（Network coding）,16,基于定时器的路由策略,发送数据包前，源节点会根据一个测量方法确定一个候选节点集，并且给候选节点集中的节点做一个优先级排序。节点在收到数据包后，会根据自己的优先级排序设置定时器以等待比自己优先级高的节点发送数据。
5、待定时器设定的时间到达，则开始发送数据。即，第i个节点会在第i个时间间隙发送数据包。,17,基于定时器的路由策略,基于定时器策略的路由协议实施起来较为简单，也是第一次提出机会路由概念是所用的策略。最大缺点是重复传输，因为传输数据的节点不能保证所有的候选节点收到他的确认信息，从而造成低优先级的节点重复传输数据。代表路由：ExOR （Extremely Opportunistic Routing）,18,基于令牌的路由策略,在基于令牌策略的路由中，只有拿到令牌的节点才能传输数据，从而完全避免了数据的重复传输，但是这样又增加了控制包的开销。 代表算法：Economy,19,基于网络编码的路由策略,在
6、这种策略中，原始数据被分割成数据段，然后进行线性编码。当目的节点收到足够多的数据段后即可解码出原始数据。 代表路由：MORE,20,基于网络编码的路由策略,网络编码示意图 P1，P2为源节点进行线性编码后的数据包，P3为R1收到其中一个数据包后再一次线性编码的数据包，P4为R2将收到的两个数据包进行在编码后的包。目的节点在收到P3，P4后可解码出原始数据,21,章节概览,4.3.1 机会路由简介 4.3.2 机会路由的合作策略 4.3.3 候选节点的选择 4.3.4 已有的机会路由协议 4.3.5 机会路由所面临的挑战 4.3.6 总结,22,候选节点集的选择,候选节点集的确定可以进一步划分为
7、候选节点集的筛选和候选节点的排序,23,候选节点的筛选,候选节点越多，链路的传输性能会越好，但是同时也会增加通信成本，并且产生重复传输，所以候选节点的数量应该控制在合适的范围内。,24,候选节点集的筛选,如图，假设每条链路的PDR值为80%，随着候选节点的增加，虚拟链路的PDR也随之增加，但是增加的幅度越来越小，再增加节点反而会降低网络的性能，因为节点间的协商通信花销会增加很多。,25,候选节点的优先级排序,候选节点的排序用于确定到达目的节点的最佳路径节点优先级的排序有多种测量方法，如传统路由中的距离向量法，或是简单的跳数都可以作为选定优先级的测量方法。,26,候选节点的优先级排序,另外，最新
8、提出的更加适用于机会路由的度量方法有ETX（expected number of transmissions）和ETT(expected transmission time),27,利用ETX进行节点的优先级排序,ETX为期望传输次数，即一个节点要成功把一个报文发送到一个目标节点所期望的转发次数。ETX越小，说明该节点把报文传输给目标节点所需要转发的次数少，消耗小，成功概率高。,28,利用ETX进行节点的优先级排序,ETX值与路径的选择有关。如图所示，选择路径ABCD，则A到D的ETX值为1/0.9+1/0.9+1/0.9=3.3次；而若选择路径ACD，则A到D的ETX值为1/0.4+1/0.
9、9=3.6次。,29,利用ETX进行节点的优先级排序,上图中，节点A到节点D最短路径的ETX值为3.3，而节点B到节点D的最短路径ETX值为2.2，所以节点B属于节点A到节点D的候选节点集。途中节点的优先级从高到低依次排序为：DCBA.即当这些节点都收到数据包时，节点D的优先级最高。,30,章节概览,4.3.1 机会路由简介 4.3.2 机会路由的协作机制 4.3.3 候选节点的选择 4.3.4 已有的机会路由协议 4.3.5 机会路由所面临的挑战 4.3.6 总结,31,已有的机会路由概览,2005年，ExOR作为首个机会路由被提出，在机会路由领域具有奠基者的作用，接着另一个基于定时器的OR
10、协议SOAR被提出，SOAR的最大特点是它的候选节点是由源节点和中继节点共同决定的。,32,已有的机会路由概览,2007年，MORE作为第一个基于网络编码的机会路由被提出。MORE在PC终端上已经被证明是可行的。虽然MORE不再需要额外的协商信息，但是在数据串长度上还有限制，并且仍然存在冗余数据包。 接着，CodeOR,SlideOR等在数据串长度没有限制的协议相继被提出。,33,已有的机会路由概览,Economy是唯一应用令牌机制的机会路由协议。它的主要优点在于完全避免了重复数据包的传输。,34,章节概览,4.3.1 机会路由简介 4.3.2 机会路由的协作机制 4.3.3 候选节点的选择
11、4.3.4 已有的机会路由协议 4.3.5 机会路由所面临的挑战 4.3.6 总结,35,机会路由所面临问题与挑战,基于令牌的机会路由增加了网络中的控制信息，基于网络编码的机会路由冗余信息过多。通过比较，我们可以从中看出每种路由的潜力，并做进一步的研究和改进。,36,机会路由所面临问题与挑战,对于大多数无线网络来说，能耗问题是一个至关重要的问题，在设计路由协议时也应该考虑到低能耗的因素。,37,总结,机会路由作为一种新型的无线多跳网络路由思想。充分利用了无线网络的广播特性。但是它还有许多不足之处需要进一步的研究工作。,38,39,课程安排介绍,通信网络基础知识（1） 数字通信原理（3） MAC和交换机原理（3） 网络路由协议原理（3） 传输层协议分析（2） 认知网络入门（2）,
