移动Ad-hoc网络分层路由协议综述翻译版.doc
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1、 移动Ad Hoc网络分层路由协议综述 Hao Huang Nini Rao School of Life Science and Technology University of Electronic Science and Technology of China Chengdu, PRC 610054 genehuang0123 raonn 摘要 在本文中,我们首先讨论MANET(移动Ad Hoc网络)中分层路由 协议的分类方式进而比较它们的不同特点。然后,我们将分析当前层次协 议和比较这些协议。最后,我们预测分析未来的路由协议的设计,并给出 结论。 关键字:MANET网络,Ad Hoc网
2、络,分层路由协议;1引言 无线网络有很多不同的方案,基本上分为两大类1。 第一类被称为“基础设施网络”。如蜂窝无线网络(无线局域网),节点(或用户)通过基站(或接入点)进行相互通信的基础设施网络。基站通常是固定的,可以形成一个固定节点固定网络或移动节点网络的基础设施。当旧基站“切换”到新基站时,移动节点从一个基站范围移动到另一个基站范围内继续无缝通信。移动无线网络的第二种类型是没有基础设施的移动网络,俗称“移动Ad Hoc网络(MANET)”2-3。Ad Hoc网络是没有固定的基础设施,如战场或抗灾救援的情况下,移动Ad Hoc网络相比传统无线网络是更好的选择。Ad Hoc网络通过移动节点或终
3、端之间的自我组织和相互协作,形成一个多跳无线网络,并维持自治系统的方式建立管理无线通道进行快速连接和断开节点之间的通信4。因为随着时间的推移,由于节点移动,新的节点出现拓扑结构会有所不同,无线通信将受到较大的影响,如噪声,衰落和干扰。此外,无线连接通常比有线网络的带宽更少。由于这些网络带来了许多复杂的问题,还有许多已知的特设网络方面的难题等待研究人员去解决。关键问题之一是设计一种高效的路由协议,它允许节点通信,多跳路径和无环路径,并采用自启动和自组织的方式4。同时它也可以在数据传输中,花费最少的开销来获得快速收敛,并保持有效的动态拓扑。当前无线网络的研究方案是越来越重要的关于节点数量的流动性和
4、可扩展性的问题。在无线网络的规模和流动性增加一定的阈值,因为信道和加工开销,当前正常的主动路由方案可能将失效。因此,找到合适方案使可扩展的路由协议的网络可扩展性问题得到解决是非常重要的。分层次的路由5-13就是一种目前能够较好解决路由域问题的方案。在本文中,我们提出的一项调查显示,分层路由是当前针对高密度或高流动性的解决方案的焦点。本次与前期论文1,14-15,在系统性介绍方面可能有一些不可避免的重复。为此,我们增加了一些协议的介绍,使之与以往的调查不同。 首先,我们讨论了MANET网络的分层路由协议的分类,然后比较它们的不同特点。下一节将介绍当前的分层路由协议的分类,而后面的一节则是对比这些
5、协议。最后一节讨论设计未来的路由协议的挑战,并给出了本文的结论。2 Ad Hoc网络路由协议的分类 无线自组网的路由协议有许多种分类方式。其中之一是针对Ad Hoc网络的体系结构进行分类。对于不同的体系结构,Ad Hoc网络路由协议分为三大类14。第一种是平面结构的路由协议。它可以进一步分为两大类:主动型和被动型,根据他们的设计理念。在平面结构中,所有结点的地位平等,所以又可以称为对等式结构。通常这类协议采用用距离向量(DV)16和链路状态(LS)17路由策略作为其基本的路由策略。第二种是分层结构路由。通常的分层路由网络节点分配不同的层次地址,有些协议还需要一个分层寻址系统。平面路由和分层路由
6、协议是最基本最常见的路由协议。第三种是基于位置辅助型路由协议18-22。路由要求每个节点配备全球定位系统(GPS)23,或使用其他类型的定位服务24-25。3现有的分层路由协议 分层路由的设计分为以下四个部分:聚类算法,簇头选择,簇内路由协议,簇间路由协议。构建层次结构最流行的方式是簇,通过簇构建一些动态网络结构26-31。簇通常由簇头和多个簇成员组成。这些簇头形成了高一层的网络,在高一层网络中,又可以分簇,再次形成更高一层的网络,直至最高层。分层结构中,簇头结点负责簇间数据的转发。簇头可以预先指定,也可以由结点使用算法选举产生。为了实现簇头之间的通信,要有网关结点(同时属于两个簇的结点)的支
7、持。分层网络的每个结点都可以成为簇头,所以需要适当的簇头选举算法,算法要能根据网络拓扑的变化重新分簇。不同的路由策略用于内部范围和外部的区域。通过这种灵活性,可以实现高效的路由性能。 由于簇头要做路由管理和维护工作,簇头的通信负荷肯定会高于一个普通节点,它们很容易达到饱和。因此,我们简要介绍聚类算法中重要的三种方案来解决上述问题。第一个方案是基于最高连通性(度)的聚类算法29,32。第二个是基于最简单识别(ID)的聚类算法29,33-35。第三个是基于最少的簇变化(LCC)的聚类算法36。 在基于最高连通性(度)的聚类算法中,度最高的节点作为簇头总是选择在同一簇的相邻节点。每个节点的度是单跳的
8、相邻节点的数目。如果一个节点已经是簇头,那么它作为簇头可以有效作用另一个节点。在基于最简单识别(ID)的聚类算法中,每个节点都被分配一个独特的ID。ID最低的节点总是选择在同一簇的相邻节点作为簇头。基于最简单识别(ID)的聚类算法相比基于最高连通性(度)的聚类算法产生较少的簇群变化,簇群将更稳定。这是因为,当节点移动,拓扑结构发生变化时,相邻节点的(度)发生变化的概率是相对较高的29。 基于最少的簇变化(LCC)的聚类算法能够解决频繁簇变化问题是有两个条件的。其中之一,是节点位于簇头间有效传输范围内,另一个是节点断开与任何其他簇的连接。与基于最高连通性和基于最简单识别的聚类算法相比,在簇群变化
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