Ad Hoc网络路由协议的研究及性能比较

王 希 长江大学，湖北 荆州 434023

Ad Hoc网络路由协议的研究及性能比较

王 希 长江大学，湖北 荆州 434023

作为Ad Hoc网络领域研究的热点之一—Ad Hoc网络路由协议，随着对Ad Hoc网络研究的不断深入，其种类和设计亦在渐渐增加和成熟，已经有诸多的路由协议成为Ad Hoc网络的协议草案，但这些路由协议仍存在众多如可用性不高、安全措施不全面、路由信息依然受到多种攻击等问题，致使对协议性能进行科学的评估则显得尤为重要。

Ad Hoc网络；路由协议；节点；性能；安全

引言

作为自创造、自组织和自管理的网络—Ad Hoc网络，[1]是一种新型的、特殊的无线移动网络，它是在不依赖基础网络设施的前提下，由一组自主的无线节点或终端相互形成的可互联的网络，同时，亦是将现有的主要网络中广泛应用的中央控制管理的功能进行分布式管理，由网络各个节点同步完成的多跳网络。

从Ad Hoc网络的概念中，我们可以了解到此移动网络具有特殊的无线信道、无控制中心、独立组网、无需架设网络基础设施、多跳路由、可快速展开、动态拓扑、抗毁性强、节点功能局限性以及较强的网络抗干扰、抗故障等特点，这些特点使得Ad Hoc网络应用范围极其广泛，从分布式的移动计算到灾难恢复，以及未来的数字化战争，其都有着无法比拟的优越性，特别适用于一些如战场、野外科考等缺乏基础设施的场所。鉴于Ad Hoc网络具有上述特点，这对设计Ad Hoc网络路由算法提出了特殊要求，其路由协议的开发和研究逐渐成为热点，协议性能评估的重要性也日益凸现。[2]

一、Ad Hoc网络路由协议

目前，Ad Hoc网络路由协议的开发与研究已成为人们对Ad Hoc网络领域研究的重点和热点，在传统路由协议的基础上，专家研究人员和相关工作小组已提出了多达10～20种Ad Hoc网络路由协议，有根据原来已经存在的路由方法进行改进，使之适应无线Ad Hoc网络对路由需求的路由协议，如DSDV；有根据无线Ad Hoc网络特点所创建的与传统路由协议完全不同的路由协议，如DSR；有结合以上两者各自的优点而形成的新的路由协议，如AODV；有对现有基本路由协议进行安全扩展的路由协议，如A riadne，等等。[2]但无论哪种路由协议，由于Ad Hoc网络的基本涵义及所具有的特征，使得其存在一定优点的同时亦有着如传统的安全防护措施失去作用、节点抵抗力相对薄弱等缺点，并带来一些新的攻击手段，从而使路由协议面临着多种威胁。[3]为保证Ad Hoc网络路由协议的可靠性，其设计与性能都应保证路由信息的安全性。

（一）路由协议的设计

由于Ad Hoc网络所具有的特点及影响路由协议设计的因素很多，所以在设计其路由协议的时候，就必须满足、考虑以下几个条件：[4]1、考虑Ad Hoc网络的安全性；2、考虑有限的网络资源；3、考虑动态变化的网络拓扑结构；4、考虑移动终端的脆弱性；5、考虑提高系统的吞吐量；6、考虑协议所应用的环境；7、考虑业务的性能指标；8、考虑业务的分布特性；9、考虑节能、安全，等等。

（二）几种常见Ad Hoc网络路由协议的性能比较分析

根据路由触发原理，Ad Hoc网络的路由协议可以分为表驱动路由协议、按需路由协议，以及混合路由协议。

1、表驱动路由协议（先验式路由协议）

此协议中，无论是否有通信要求，每个节点都维护一张包含到达节点的路由信息的路由表，并根据检测到的网络拓扑变化，通过采用周期性的路由分组广播的节点在网络中发送消息，进而随时更新路由表，以尽量实时、准确地反映网络的拓扑结构。常用的表驱动路由协议有DSDV协议、CGSR协议、HSR协议，以及WRP协议，其中，DSDV属于典型的表驱动路由协议。在对网络延时要求较高的环境下，一般选用表驱动路由协议，而DSDV依赖于路由消息的周期性广播，因此，在高速移动的Ad Hoc网络中不宜使用。

2、按需路由协议

与表驱动路由协议相比，具有开销小特点的按需路由协议，只在源节点需要路由的时候，才发起路由，从而降低了对网络带宽和能量的过度消耗。此路由协议更适合Ad Hoc网络，但数据报文传送时延较大，不适合实时性的应用。常用的按需路由协议主要有DSR协议、AODV协议、ABR协议、TORA协议、SSR协议，其中，DSR和AODV两个协议表现突出，两者均使用按需路由寻找，但是路由算法机制不同。按需驱动路由协议应尽量选择在对数据包完整性和带宽要求严格的场合，在比较宽松即节点较少或移动性较弱的环境中，对于面向应用的诸如时延和吞吐量之类的性能指标，DSR协议优于AODV协议；而在较苛刻的环境中，则是AODV优于DSR协议，且随着环境变得越来越苛刻，即荷载变得越重，移动性变得越强。

3、混合路由协议

实践证明，在Ad Hoc网络中，表驱动路由协议和按需路由协议，无论单纯采用哪个，都不能完全解决路由问题，因此，有关学者就将二者有机地结合起来，形成了混合路由协议，如ZRP协议。混合路由协议兼有以上二者的特点，其网络内的所有节点都有一个以自己为中心的虚拟区，区是重叠的，区内的节点数与设定的区半径有关，对区外节点的路由，使用按需驱动路由算法，利用区间路由协议IERP建立临时的路由；而区内节点的路由，则使用表驱动路由算法，中心节点使用区内路由协议IARP维持一个到区内其他成员的路由表。虽然混合路由协议兼顾表驱动路由协议和按需路由协议，但其实施过程中需考虑族的选择和维护，以及网络工作的大流量等问题。

二、Ad Hoc网络移动模型在路由协议性能评价中的应用

现今，人们对Ad Hoc网络及其路由协议等各项内容的研究愈发火热，其中，基于Ad Hoc网络路由协议的性能分析及行为设计逐渐成为研究的主流，而选取合适的、最贴近实际的、最易实现的、描述节点移动方式的Ad Hoc网络移动模型，在路由协议的性能评价中起着至关重要的作用。[5]

在各种基于不同模拟环境的应用中，存在着很多不同的移动模型。如果我们感兴趣的对象是一组实体，这些实体之间的运动是彼此相关的，则称之为组移动模型，其可分为队列移动模型、参考点组移动模型、游牧团体移动模型、追逐移动模型；而如果我们感兴趣的对象是一个单独的实体，或者虽然有很多移动实体存在但彼此之间是相对独立的，则称之为实体移动模型，其可分为随机步行移动模型、随机路点移动模型、随机方向移动模型、城区移动模型。

不同的移动模型会对Ad Hoc网络路由协议的性能和结果产生很大影响，所以选择合适的移动模型是开始协议实现和模拟之前的一件非常重要的工作。[6]而如何选择，则应根据实际情况正确选择已有的模型或者基于以上集中模型设计新的符合需要的模型，即使在现实场景不可知或不可模拟的情况下，研究者也应该选择一种最为接近的移动模型。选择或创建好移动模型后，在模拟中要对各种模拟参数进行赋值，这些参数的值要充分考虑到现实中的应用环境，这样才能得到我们所需要的结果。

三、结束语

目前，对路由协议性能进行比较和评价还没有形成公认的标准，主要通过仿真来完成，而仿真毕竟与实际的应用环境存在较大的不同，再加上不同的协议可能使用不同的仿真软件，这些仿真软件对协议的实现又进行了简化处理，各种协议在不同的网络环境中又有着各自的优势，因此，一种性能最好、适用于所有Ad Hoc网络环境的路由协议是不存在的，应具体问题具体分析，因地制宜地选择。

[1]郑少仁,王海涛 ,赵志峰,等. Ad Hoc网络技术[M].北京：人民邮电出版社.2005

[2]孟昊, 钟章队 ,艾渤. Ad Hoc网络路由协议研究及其性能比较.信息与电子工程.2009年4月第7卷第2期

[3]罗传军,李飞,郎昆. Ad Hoc网络路由协议安全模型研究.西华大学学报（自然科学版）.2009年1月第28卷第1期

[4]王金龙 ,王呈贵. Ad Hoc移动无线网络.国防工业出版社.2007.（1）

[5]于利东, 李腊元 ,蒋晓艳. Ad Hoc网络移动模型对路由协议性能影响的研究.福建电脑.2007年第4期

[6]赵金晶, 朱培栋. Ad Hoc网络移动模型及其应用.计算机工程与科学.2005年第27卷第5期

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.052

王希 出生年月：1985.11.30性别：男 籍贯:汉 学历：硕士 职称：无研究方向：计算机网络。