第五讲 水声网络路由 1第五讲第五讲 水声网络路由水声网络路由 1. 水声网络路由概述 2. 路由协议的分类 平面路由协议 分级的路由协议 主动路由协议被动路由协议混合路由协议源路由 逐跳路由基于网络拓扑的路由协议 基于位置的路由协议按路由结构分类：按路由发现策略分类：按路由信息的存放方式分类 ：按是否依赖定位分类：*第五讲 水声网络路由 2第五讲第五讲 水声网络路由水声网络路由 3. 三种典型的路由协议DSR (Dynamic Source Routing)AODV (Ad Hoc On-demand Distance Vector Routing)OLSR (Optimized Link State Routing)*第五讲 水声网络路由 31.1.水声网络路由概述水声网络路由概述路由问题 • 解决网络中结点如何将分组从源结点正确的发送 到目的结点的问题 • 即结点如何对分组进行转发的问题 路由协议 • 路由算法：在获知网络拓扑和链路状态的条件下 ，选择源结点到达目的结点的路径的法则如最 小代价路由选择算法（代价可以为时延、距离、 能耗等） • 路由策略：解决路由的选择如何适应网络拓扑和 状态变化的问题*第五讲 水声网络路由 41.1.水声网络路由概述水声网络路由概述*第五讲 水声网络路由 5n 水下通信网络是指将水下和水面结点如各种水下传感 器、水下航行器、水面浮标、水面船只舰艇等互联起 来的网络。
通过该网络，其中的任意两个结点之间可 以随时进行信息交互网络中结点可以移动，随时加 入或离开网络，网络不需要任何固定基础设置支持， 结点之间独立组网，这种网络又称为水下Ad Hoc网络 ，或水下自组织网络 n 可以通过无线声链路构成任意拓扑 n 这种网络建立快捷、灵活 n 可广泛应用于水下军事防御、海洋环境监测和保护、 海洋地质灾害预报、矿产资源勘探等场合1.1.水声网络路由概述水声网络路由概述*第五讲 水声网络路由 6Seaweb 2005 UUV ExperimentsSeaweb 2005 UUV Experiments Monterey Bay, May 9-11, July 20-22Monterey Bay, May 9-11, July 20-22constellation of 6 Seaweb repeater nodes fixed on seabed SLOCUM UUVShipboard command centerRacom buoy gateway nodeIridium satellite constellationARIES UUVGPS satellite constellationNPS*第五讲 水声网络路由 7————水下通信网络水下通信网络的特点的特点 n 独立组网：Ad Hoc特性 n 无中心：组网无需任何预先架设的网络设施或中 心结点 n 动态拓扑：结点移动，结点加入与离开 n 多跳路由：源与目的之间由多段声链路组成，结 点同时具有终端和转发的功能 n 高延时：与无线电信号相比声信号传播时延很大 n 带宽有限：声信道环境恶劣 n 能耗受限：结点一般都是一次性能源供给1.1.水声网络路由概述水声网络路由概述*第五讲 水声网络路由 8n 网络拓扑动态变化的特性使得传统的有线网路由 协议产生大量的控制信息。
不仅会消耗掉原本非 常有限的带宽资源，而且还会增加信道竞争，大 量消耗便携终端的能量 n 网络结构与现有蜂窝网和无线局域网的显著区别 ，使得这些无线网络的路由协议也无法应用于Ad Hoc网络中 n 因此，现有的有线和无线路由协议都不适合在 Ad Hoc网络中运行，要针对Ad Hoc网络的特性对 其路由协议设计1.1.水声网络路由概述水声网络路由概述 ————Ad Hoc网络路由 *第五讲 水声网络路由 91.1.水声网络路由概述水声网络路由概述 ————网络特性为路由协议的设计提出了新的问题和挑战网络特性为路由协议的设计提出了新的问题和挑战Ø (1) 动态变化的网络拓扑，使得常规路由协议 需要花费很长的时间和较大的代价才能达到 收敛状态 Ø (2) 有限的传输带宽 Ø (3) 结点能耗受限 Ad Hoc网络路由协议应具备： ① 强的自适应性 ② 开销小 ③ 算法简单有效 ④ 并应考虑如何节省能源等*第五讲 水声网络路由 102 2 路由协议的分类路由协议的分类 • 按路由结构分类：平面(flat)路由协议 分级(cluster-based)的路由协议 • 按路由发现策略分类：主动路由协议（global/proactive routing protocol）被动路由协议(on-demand/reactive routing protocol)混合路由协议(hybrid routing protocol) • 按路由信息的存放方式分类 ：源路由（source routing） 逐跳路由(hop-by-hop) • 按是否依赖定位分类：基于网络拓扑的路由协议基于位置的路由协议*第五讲 水声网络路由 112 2 路由协议的分类路由协议的分类 ————平面路由协议平面路由协议• 所有结点在形成和维护路由信息的责任上是等同 的。
路由协议的逻辑视图是平面结构，结点的地 位是平等的 • 优点：不存在特殊结点，路由协议的鲁棒性较好 ，通信流量平均的分散在网络中，不需要结点移 动性管理 • 缺点：缺乏可扩展性，限制了网络的规模*第五讲 水声网络路由 122 2 路由协议的分类路由协议的分类 ————分级路由协议分级路由协议• 网络由多个簇组成 • 结点分为两种类型：普通结点和簇头结点 • 处于同一簇的簇头结点和普通结点共同维护所在 簇内部的路由信息，簇头结点负责所管辖簇的拓 扑信息的压缩和摘要处理，并与其它簇头结点交 换处理后的拓扑信息 – 优点：适合大规模的自组织环境，可扩展性较好； – 缺点：簇头结点的可靠性和稳定性对全网性能影响较 大，支持结点在不同簇之间漫游产生一定的开销*第五讲 水声网络路由 13• 已提出的自组织网路由协议大多是基于平面路由 思想 • 自组织网目前主要以一种末端网络形式存在，应 用规模都较小，使用簇思想的作用不明显 • 在一定程度上抑制了簇思想在自组织网中的研究*第五讲 水声网络路由 142 2 路由协议的分类路由协议的分类 • 按路由发现的策略划分，MANET路由协议可分为 三类： – 主动路由协议（global/proactive routing protocol ） – 被动路由协议(on-demand/reactive routing protocol) – 混合路由协议(hybrid routing protocol)*第五讲 水声网络路由 152 2 路由协议的分类路由协议的分类 ————主动路由协议主动路由协议• 修改有线网络的路由协议以适应自组织网环境而 得来的 • 路由发现策略类似于传统有线网中路由协议 – 所有的路由在一开始就确定下来 – 各结点通过周期性的广播路由信息分组，交换路由信 息，来维持和更新路由 – 结点必须维护去往全网所有结点的路由 • 迄今为止，已提出的主动路由协议主要有OLSR、 WRP、DSDV等。
第五讲 水声网络路由 162 2 路由协议的分类路由协议的分类 ————被动路由协议被动路由协议• 仅在源结点有分组要发送且本地没有去往目的结点的路由 时，才“按需”进行路由发现并建立所需路由 • 网络每个结点不需要维持去往其它所有结点的路由 • 拓扑结构和路由表内容是按需建立的，它可能仅仅是整个 拓扑结构信息的一部分 • 按需路由协议通常由路由发现和维护两个过程组成 • 通过向网络中广播一个“路由请求”分组就可进行路由发现 • 迄今为止，已提出的被动(on demand)路由协议主要有 DSR、 AODV、 TORA、ABR等*第五讲 水声网络路由 17主动路由协议主动路由协议 Vs. Vs. 被动路由协议被动路由协议性能主动路由协议被动路由协议 所需维 持的路 由 网络中每一个结点要持续 地维持到全网所有其它结 点的路由 仅需维持到所需目的结点的路 由和维护处于active状态的 链路 路由发 现策略 所有的路由在一开始就确 定下来，各结点通过周期 性地交换路由信息来维持 所有的路由信息 只有在源结点需要发送分组到 某一目的结点且本地没有到该 目的结点的路由的情况下，才 触发路由发现操作 开销 正比于网络规模和拓扑变 化程度 正比于网络连接数扩展性 差良好 应用场 景适用于网络规模较小，结 点移动性不强的情形 在用户不很密集、负荷中等、 移动性一般的大型网络中表现 出色*第五讲 水声网络路由 182 2 路由协议的分类路由协议的分类 ————混合路由协议混合路由协议(hybrid)(hybrid)• 综合主动和被动两种路由策略 • 在网络结构上采用平面或分层结构 • 如ZRP（Zone Routing Protocol）协议就是一 类混合使用主动路由和被动路由策略的协议，在 一定的网络区域内采用主动路由策略，区域间则 采用被动路由的策略*第五讲 水声网络路由 19逐跳路由逐跳路由• 中间结点收到数据分组时依据目的地址，查询路 由表得到下一结点地址 • 将数据分组转发到相应的链路上去 • 数据分组就是这样一跳一跳地向目的结点转发的 • 优点： – 能适应MANET动态变化的环境，每个结点在收到最新 的拓扑信息时便会更新本地路由表，从而能保证将到 达的数据分组转发到更新更好的路径上去 • 缺点： – 每个中间结点都要实时维护一定的路由信息，都要通 过周期性的信标（beacon message）维持邻结点之 间的连通性*第五讲 水声网络路由 202 2 路由协议的分类路由协议的分类 ————源路由策略源路由策略• 每个数据分组携带完整的从源结点到目的结点所 经中间结点的地址信息 • 中间结点不再需要像逐跳路由那样要为每个 active route维护实时的路由信息，仅需要依据 数据分组头中携带的信息对分组进行转发 • 缺点：扩展性不好 – 随着每条路径的中间结点数的增加，该路径发生故障 的概率就越大、每个数据分组的开销就越大 • DSR(Dynamic Source Routing)协议就是采用 源路由方式的路由协议。
*第五讲 水声网络路由 212 2 路由协议的分类路由协议的分类 ————按是否依赖定位分类按是否依赖定位分类基于网络拓扑的路由协议– 利用链路信息进行路由的建立和分组转发 基于位置的路由协议– 利用结点的物理位置进行分组转发 – 让路由请求分组往目的结点所在方向传输，限制路由 请求过程中被影响的结点数目 – 对于位置的依赖性限制了应用范围 – LAR(Location Aided Routing)、DREAM(Distance Routing Effect Algorithm for Mobility) *第五讲 水声网络路由 223. 3. 三种典型的路由协议三种典型的路由协议• 针对MANET路由的研究一直是热点 • IETF(Internet engineering task force)专门 成立了MANET工作组进行MANET路由的标准化 工作 • 只有少数被IETF的MANET工作组认可通过 & DSR (Dynamic Source Routing) & AODV (Ad Hoc On-demand Distance Vector Routing) & OLSR (Optimized Link State Routing)*第五讲 水声网络路由233. 3. 三种典型的路由协议三种典型的路由协议 ——DSR——DSRn DSR路由协议是一种采用源路由策略的被动 路由协议 n 完整的路由信息被携带在数据分组的分组头中 n 中间结点只需按分组携带的路由信息对该分组 进行转发，就可以把分组送往目的结点 n 中间结点不需要为分组转发计算和选择路由*第五讲 水声网络路。