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自组网技术详解:实现无线通信的智能网络

自组网(Ad-hoc network)是一种特殊的无线网络,其中的节点可以直接相互通信,而不需要依赖固定的基础设施。这种网络的特性使其适用于临时通信或移动通信场合,例如军事行动、野外探险、应急通信等。然而,自组网中的路由问题一直是一个重要的研究课题,尤其是在网络拓扑动态变化的环境下。
自组网中的每个节点都既是通信的终端,也是路由器。这意味着节点需要能够动态地找到到达目标节点的路径,并且能够适应网络拓扑的变化。这就需要一个有效的路由协议
当前,自组网路由协议的设计主要分为三种思路:
1. 修改现有的常规路由协议,使其适应自组网的需要。例如,DSDV(DestiNATion Sequenced Distance Vector)协议就是通过对RIP协议进行修改而来的。
2. 采用按需发现的路由原则,只在需要建立路由时才发出请求。这可以有效地减少网络资源的消耗。典型的有动态源路由(DSR)、AODV(Ad-hoc On-demand Distance Vector)等。
3. 基于服务质量QOS)的路由,节点根据收集到的网络资源情况选择一条最有可能满足用户QoS要求的路由。例如,LS-QoS(Link State-QoS)协议。
传统的表驱动路由协议在有线网络中效果良好,但在无线自组网中,由于网络拓扑的快速变化和移动节点的资源限制,这些协议的效果并不理想。相比之下,按需路由协议更能适应自组网的动态特性。
在按需路由协议中,DSR协议通过在数据包头部包含完整的路径信息来保证数据传输的准确性,但这也增加了路由协议的开销。而且,当网络中出现断链时,需要将断链信息发回源节点,由源节点重新发起路由发现过程,这会导致较大的延迟。
AODV协议使用了逐跳转发机制,这在一定程度上解决了DSR协议的问题。但是,AODV协议需要使用周期性的Hello信息来维持节点之间的连接状态,这增加了开销。此外,当网络出现断链时,AODV协议同样需要像DSR协议一样重新发起路由发现过程。
除了DSR和AODV,还有一种名为TORA(TeMPOrally Ordered routing Algorithm)的按需路由协议。TORA协议除了自身的开销大外,还需要特殊的硬件提供支持,如GPS设备提供全网节点的时间同步功能,并需要数据和控制两个独立的无线信道。这使其应用范围受到了限制。
为了解决这些路由协议的问题,研究人员一直在寻找更有效的解决方案。例如,可以通过改进路由协议的算法来减少开销和提高效率。也可以通过引入新的技术,如多跳路由、链路质量预测等,来提高路由协议的性能。
总之,自组网中的路由问题是一个复杂的问题,需要综合考虑多种因素。未来的研究方向可能会集中在如何更有效地利用网络资源,如何更好地适应网络拓扑的动态变化,以及如何提高路由协议的可靠性和效率等方面。

什么是自组网

自组网技术详解:实现无线通信的智能网络

自组网是一种移动通信计算机网络相结合的网络[1],网络的信息交换采用计算机网络中的分组交换机制,用户终端是可以移动的便携式终端,自组网中每个用户终端都兼有路由器和主机两种功能。作为主机,终端需要运行各种面向用户的应用程序,如编辑器、浏览器等;作为路由器,终端需要运行相应的路由协议,根据路由策略和路由表完成数据分组的转发和路由维护工作,故要求节点实现合适的路由协议。自组网路由协议的目标是快速、准确和高效,要求在尽可能短的时间内查找到准确可用的路由信息,并能适应网络拓扑的快速变化,同时减小引入的额外时延和维护路由的控制信息,降低路由协议的开销,以满足移动终端计算能力、储存空间以及电源等方面的限制。

目前自组网路由协议的设计主要有三种思路:1) 修改现有的常规路由协议,使其能够适应自组网的需要,如DSDV(Destination Sequenced Distance Vector)协议就是通过修改常见的RIP协议得来;2) 采用按需发现的路由原则,不通过周期性广播路由信息来维持路由表,仅当需要建立路由时才发出请求以建立路由,从而有效地减少对网络资源的消耗,典型的有动态源路由(DSR)[2]、AODV(Ad-hoc On-demand Distance Vector)等;3) 基于服务质量(QoS)的路由,节点根据收集到的网络资源情况(而不是通常的跳数)选择一条最有可能满足用户QoS要求的路由,如LS-QoS(Link State-QoS)协议。

表驱动的路由协议适合于常规有线网络,但对无线自组网来说,由于网络自身存在的诸多限制,周期性广播控制信息分组会大量消耗网络带宽,维护路由表会大量消耗移动终端的资源,拓扑结构的快速变化会使很多路由信息很快变得过时,造成资源的浪费。即使将表驱动协议针对无线自组网进行改动,仍然在很大程度上存在这个问题。相比之下,按需路由协议更能适应自组网拓扑结构快速变化的特点。

目前流行的几种典型按需路由协议中,DSR使用了源路由的机制,要求在每一个数据包头部包含完整的路径信息,大大增加了路由协议的开销,且断链发生需要重建路由时,需要将断链信息发回源节点,由源节点重新发起路由发现过程,带来了很大的延迟。AODV协议使用逐跳转发机制解决了这个问题,但它需要使用周期性的Hello信息来维持节点之间的连接状态,增加了开销,而且在发生断链时,则采用和DSR同样的方式进行重建路由。TORA协议除了自身的开销大外[3],还需要特殊硬件提供支持,如GPS设备提供全网节点的时间同步功能,并需要数据和控制两个独立的无线信道,其应用局限较大。

本文讨论文献中典型按需路由协议AODV的基本操作及存在问题,并就路由断链后的重建提出改进方法。

自组网AODV路由协议中断链修复的改进

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