路由协议精选(九篇)

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第1篇：路由协议范文

一、动态路由协议OSPF

在计算机网络中，路由器是一个转运站，网络数据的目的是网络通过路由器进行转发，转发是基于路由表。路由协议路由表，路由协议，作为一种重要的TCP / IP协议的，路由过程实现好坏将直接影响到整个网络的效率。简单网络可以通过静态路由协议之间的网络路由，如果您正在使用一个静态路由协议，路由表将会非常大，静态路由不会考虑网络负载的现状，并不能自动适应网络拓扑的变化和路由效率。所以，在现代计算机网络，通常使用动态路由协议自动计算最佳路径。OSPF动态路由协议，使用SPF演算法，用于选择最佳路径。基于带宽更快的收敛速度，支持变长子网掩码VLSM，路由强大的测量大型网络（255），大多数人支持OSPF路由器的数量，现在已经成为最广泛使用的动态路由协议的内部网关协议。

二、动态路由协议分类

（1）根据角色路由协议的范围可分为：内部和外部网关协议。内部网关协议运行是在一个自治系统中，外部网关协议是自治系统之间的轮换。OSPF是一个最常用的内部网关协议。根据算法和路由协议可以分为链路状态和距离向量协议，距离矢量协议包括RIP和边界网关协议。链路状态协议与OSPF是基本相同的，主要区别在上述两个算法和计算发现路由的方法。

（2）根据目的地址的路由协议类型可分为：单播和多播协议。单播协议包括RIP、OSPF和东部，包括PIM SM -多播协议，PIM - DM，等等。根据网络规模，应增加路由器运行OSPF协议的数量，并将导致LSDB（链路状态数据库）占用大量的存储空间，增加SPF（最短路径优先）算法操作的复杂性，增加CPU的负担。根据网络规模增加拓扑变化的概率也将增加，每一个变化可能导致网络路由器计算“动荡”，根据网络往往会导致所传播的网络会有很多OSPF协议信息，减少网络带宽的利用率。为了解决这个问题，OSPF协议将自治系统分为不同的区域（区域）。逻辑路由器的区域被划分为不同的群体。每个区域独立于SPF路由算法的基础上运行，这意味着每个地区都有自己的LSDB和拓扑的一部分。对于每个区域，区域外的网络拓扑是不可见的。同样，每一个区域的路由器也不了解该地区以外的网络结构。OSPF LSA无线电阻碍该地区边界，大大减少了OSPF路由信息流动，提高了OSPF运行效率。路由器接口基于区域，而不是划分基于路由器，路由器可以属于一个区域，也可以属于多个领域。属于多个区域称为区域边界路由器，OSPF路由器应注意边界路由器特征，可以呈现主体与部分之间的关系，也可以是一个逻辑连接。

三、OSPF协议的路由算法

OSPF CO pen最短路径优先，使用开放最短路径优先协议，选择最佳路径最短路径算法（SPF），也被称为Dijkstra算法。SPF演算法是基于OSPF路由协议的，SPF算法将每个路由器作为根（ROOT），计算每个目的地的距离路由器，每个路由器拓扑结构的计算方法是根据一个统一的数据库，结构类似于一个树，SPF演算法得到最短路径树。OSPF路由协议，根据树干的最短路径长度，即每个目的地路由器的OSPF路由器距离，称为OSPF成本，根据最短路径通过最小化的成本价值判断每个路由器基于成本的总和值链接。每个路由器使用SPF演算法来计算最短路径树的根，树便给了自治系统路由，路由器从表中每个节点基于最短路径，最短路径树结构是不同的每个路由器的路由表。

四、OSPF协议网络规划

1、网络的规模。当网络中的路由器的数量小于10，你可以选择配置静态路由或运行RIP路由协议。随着路由器的数量的增加，用户网络的变化对于路由收敛和网络带宽利用率有更高的要求，比如你应该选择使用OSPF协议。

2、拓扑结构。如果网络拓扑结构是树型（大多数这种结构的特点是一个网络路由器只有一个出口），可以考虑使用默认路由加静态路由。如果网格网络拓扑结构和任意两个路由器的需求相通，应该使用OSPF动态路由协议。

3、对路由器自身的要求。运行OSPF协议对于CPU处理能力和内存有一定要求，低性能不推荐使用OSPF协议的路由器。为了使网络通信规划基于OSPF协议应考虑各种因素，找出IP资源、信道带宽、网络流量，如根据实际的网络环境形成的思维和方法配置和应用程序需求，避免造成不必要的混乱，网络拓扑结构调整将时消除隐患。通过在实践中不断学习，系统、全面地掌握网络路由设备、工作原理和动态路由协议。通过OSPF网络设计思想，提高网络管理水平，确保网络的安全、可靠、开放。

参 考 文 献

[1]王达.Cisco/H3C交换机配置与管理完全手册（第2版）[M].北京：中国水利水电出版社，2012

[2]公凌.路由和动态路由协议介绍及配置分析[fJl.机电信息，2013（9）：85一86

第2篇：路由协议范文

关键词：路由协议；分类；原理；应用

1 什么是路由协议

路由协议（routing protocol）就是用来计算、维护路由信息的协议。路由协议常用一定的算法，以产生路由；并用一定的方法确定路由的有效性，来维护路由。那么何谓路由呢？路由是指网络信息从信源到信宿的路径。路由器提供了将异种网络互联起来的机制，实现将一个数据包从一个网络发送到另一个网络。路由指导IP数据包发送的路径信息。在互联网中路由选择使用路由器，路由器只是根据所收到的数据报头的目的地址选择一个合适的路径，将数据包传送到下一个路由器，整个路径的最后一个路由器负责将数据报送交目的主机。

2 路由分类

2.1 直连路由

直连路由是由链路层协议发现的。直连路由无须配置，在接口存在IP地址时，由路由进程自动生成，并以直连路由出现在路由表中。它的特点是开销小，配置简单，无需人工维护，但只能发现本接口所属网段的路由。

2.2 静态路由

由网管员手动配置而生成的路由称为静态路由。静态路由的缺点是无法自动根据网络拓扑变化而变化，当网络拓扑结构或链路的状态发生变化时，网络管理员需要手工去修改路由表中相关的静态路由信息。出于安全方面可以考虑在小型网络采用此路由。静态路由无开销，配置简单，适合简单的拓扑结构的网络。静态路由的好处在于可以减少路由器之间的数据传输量，这对于带宽紧张、线路冗余度低的网络比较适合。使用静态路由的另外一个优点在于路由的保密性好，在默认情况下是私有的，即它不会传递给其他的路由器。

2.3 动态路由

动态路由协议自动发现和维护的路由称为动态路由。动态路由的优点是无需人工配置具体的路由表项，而由协议自动发现和计算。这样当网络拓扑结构复杂时，使用动态路由可以减少管理员的配置工作，且减少配置的错误。另外动态路由协议支持路由备份，如果原有路由链路故障导致路由表项失效，协议可以自动计算和使用另外的路径，无需人工维护。但是路由器更新路由表信息使用广播报文的方式，会占用一部分链路开销。因此动态路由更新不能太频繁。其次，在使用动态路由时，需要路由器之间频繁的交换各自的路由表，而通过对路由表的分析可以揭示网络的拓扑结构和网络地址等信息。进而造成网络安全问题。

3 静态路由应用

根据如上配置我们应当注意两个点。第一：如RTA、RTD当目的地址和子网掩码都为0的时候，配置的是缺省静态路由，当路由查找失败，根据缺省路由进行数据包的转发。RTB、RTC配置的为静态路由。

第二:配置静态路由时，要注意进行双向配置，避免出现单程路由。因为Internet很多业务都是双向传输的，如HTTP。

4 动态路由协议

4.1 路由协议分类

根据作用的范围，路由协议可分为：

内部网关协议（Interrior Gateway Protocol,简称IGP）：在一个自治系统内部运行，常见的IGP协议包括RIP、OSPF和IS-IS。

外部网关协议（Exterior Gateway Protocol,简称EGP）：运行于不同自治系统之间，BGP是目前最常用的EGP。

根据使用的算法，路由协议可分为：

距离矢量协议（Distance-Vector）：包括RIP和BGP。其中，BGP也被称为路径矢量协议（Path-Vector）。

链路状态协议（Link-State）：包括OSPF和IS-IS。

4.2 路由协议工作原理

各种动态路由协议所共同的目的是计算与维护路由。通常，各种动态路由协议的工作过程大致相同，都包含以下几个阶段。

邻居发现

交换路由信息

计算路由

维护路由

5 路由协议性能参数

5.1 可伸缩性

可伸缩性是确定IP路由协议选择的最基本问题之一，即路由协议将如何有效地支持大型网络或可能增长的网络。路由协议的可伸缩性是由以下因素确定的，如它如何有效地处理路由更新以及它如何才能迅速地应对大型网络上的更改作出反应。

5.2 路由更新

IP路由协议的可伸缩性总是部分由处理路由更新的效率确定。距离矢量路由协议通过向网络中所有其他路由器定期广播它们的路由表来交换路由信息可以通过制定一些更新策略来提高距离矢量路由协议的更新速度，影响策略制定的因素有以下几个：

1）增量更新比定期交换更好；

2）多路广播比广播更好；

3）跳数越小越好。

5.3 路由协议的稳定性

路由协议的稳定性可在网络传输期间（如链接中断或其他形式的布局更替）进行测试。路由协议对布局更替作出反应，并通过网络传播有关更替的信息。在路由协议分发信息期间，路由器将排除不一致的信息。（即有一些路由器将知道更新而有一些将不知道）。这种不一致可能导致特定类型的路由问题，称为路由回路。

距离矢量路由协议对路由回路具有潜在的敏感性，因为它们不维护除路由表以外的有关网络布局的任何附加信息。链路状态路由协议维护网络上所有子网的数据库，并知道何种路由器附加到了子网上，因此，它不大可能在布局改变后立即按照错误信息动作。

距离矢量路由协议合并了下列功能以帮助避免路由回路：

1）定义最大量度

2）分割范围

3）路由中毒

4）停止运行计时器

5.4 收敛速度

网络收敛的定义是从网络拓扑改变到每个路由器确认该改变所消耗的时间。如果网络拓扑结构改变，如丢失或增加子网，在从第一个路由器开始更新路由信息起到全部路由器都更新了路由信息止，需要一定的时间。在依赖多种因素（路由协议本身的操作特性是最重要的因素）的网络上，收敛速度的变化很明显。收敛速度通常与路由器的错误检测机制、路由更新机制、路由运算法则以及传输介质有关。

5.5 路由量度

如果运行特定IP路由协议的路由器收到多个可到达目的站网络的公布路径，它将选择具有最佳量度的路径并将之放入路由表中。如果多条路径有最佳量度，则每个这种费用最低的路径放入路由表中，并且执行等量费用负担平衡。不同的路由协议使用不同的量度，即每个路由协议都可以按自己的方式决定到达目的站的最佳路径。

5.6 VLSM的支持

对于网络来说，若需要拥有除了足够的IP地址空间之外的条件，则可能需要使用VLSM。VLSM可有效地使用IP地址和子网空间。五类路由协议（如OSPF、RIP2版、EIGRP、IS-IS和BGP）支持VLSM，因为它们包括掩码和更新。而无类协议（如RIP1版和IGRP）不能支持VLSM。

6 常见路由协议比较

目前常见路由协议包括RIP-1/2、IGRP、OSPF、IS-IS、BGP等五种，现对其协议特点进行简单的比较。

RIP协议是最早的路由协议，基于距离矢量算法，属于内部网关协议；RIP采用广播（RIP-1）或组播（RIP-2）方式在邻居之间传送协议报文，传输层采用UDP（User Datagram Protocol）报文封装。RIP协议以到达目的地址所经过的路由器个数（跳数）为衡量路由好坏的度量值，最大跳数为15； RIP-2支持明文认证和MD5密文认证，并支持可变长子网掩码。RIP协议适用于基于IP的中小型网络。

IGRP是从RIP基础之上发展而来的。它比较RIP而言，主要有以下几点改进：

1）IGRP路由的跳数不再受16跳的限制，同时在路由更新上引入新的特性，使得IGRP协议适用于更大的网络；

2）引入了触发更新、路由保持、水平分割和毒性路由等机制，使得IGRP对网络变化有着较快的响应速度，并且在拓扑结构改变后仍然能够保持稳定；

3）在Metric值的范围和计算上有了很大的改进，使得路由的选择更加准确，同时使路由的选择可以适应不同的服务类型。

OSPF是目前应用最广泛的IGP协议。是为大中型网络提供分层次、可划分区域的路由协议。算法复杂，但能够保证无域内环路。OSPF采用IP来进行承载，所有的协议报文都由IP封装后进行传输，端口号89.由于IP是尽力而为的，不可靠、无连接的网络层协议。为了保证协议报文的传输的可靠性，OSPF采用确认机制。OSPF还支持验证，使网络安全性得到保证。

IS-IS是一种链路状态型的路由协议，采用的是SPF算法，支持路由分组管理与划分区域，同样可应用在大中型网络中，可扩展性好。IS-IS的运行直接基于链路层，其所有的协议报文通过链路层协议来承载。所以IS-IS也可以运行在无IP的网络中，如OSI网络。IS-IS同样设计了确认机制和报文验证来保证网络的可靠性、安全性。

BGP协议是唯一的EGP协议。目前最新的版本是BGP-4。BGP采用TCP来保证协议传输的可靠性，TCP端口是179.TCP，本身有三次握手机制，运行BGP的路由器首先建立可靠的TCP连接，然后通过TCP连接来交换BGP协议报文。鉴于此，BGP协议不需要自己设计可靠的传输机制，降低了协议报文的复杂度和开销。同样，BGP的安全性也有TCP来保证。

参考文献:

第3篇：路由协议范文

关键词:Ad Hoc;无线自组网;多径路由

中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)20-0000-00

无线自组网(Ad Hoc)网络中的节点能够动态的加入和退出网络,其组网灵活性强、网络整体鲁棒性高和系统成本低等优点使得Ad Hoc网络具有不可替代的作用和广阔的应用和发展前景[1]。

Ad Hoc网络自身的特殊性决定了路由协议的特殊性和重要性,动态变化的网络拓扑结构要求路由必须建立及时迅速,有限的无线网络资源要求路由协议必须具有较小的开销和能耗。传统的路由技术已无法适应Ad Hoc网络动态变化的拓扑结构,必须设计新的适合Ad Hoc网络特点的路由协议。

目前,国内外许多相关的大学和科研机构都开始了Ad Hoc网络特别是Ad Hoc路由技术的研究。上个世纪九十年代中后期,各研究机构向MANET工作组提交了许多路由选择协议[2],如卡耐基马龙大学提交的动态源路由DSR[3],C-K。Toh提交的ABR[4]等。这些路由协议各自基于不同的出发点和度量,通过按需机制解决了动态变化的拓扑结构带来的问题。从路由路径上分,目前的Ad Hoc网络按通信模型分可分为单径路由和多径路由两大类,下面分别予以介绍。

1 单径路由

传统的分类方法将Ad Hoc网络中的路由分成“表驱动”和“按需驱动”两大类,表驱动路由中,网络中的任一节点都维护一个到其它所有节点的路由表。当网络拓扑发生变化时,节点间及时更新该信息以维护路由表的正确性。按需驱动路由中,仅当源节点有路由需求时才启动路由发现,针对特定的目的节点在网络中找到合适的路径。在该路径的使用中,网络中的相关节点会通过消息的交互来维护有效的路由并删除失效的路由多径路由是指在同一对源/目通信节点之间建立多条不相交的路径同时进行分组投递,源节点和目的节点对之间的多条路径能够补偿移动Ad Hoc网络的动态特性和不可预测性,从而改善通信双方的通信服务质量[5]。

这种传统分类方法过于模糊,还可以根据Ad Hoc的网络结构将路由协议分为平面路由协议和分级路由协议。平面路由协议在网络中没有等级的划分,所有的网络节点都具有同样的功能与优先级,它们以相同的动作收发路由控制信息。而分级路由协议在处理路由信息时需要区分级别不同的节点以减少控制报文的数量。分级路由协议又分为两种,一种称为邻居选择,该协议中的节点根据其邻居节点动态选择路由;另一类称为分区选择,即根据网络拓扑划分区间进行管理。

根据Ad Hoc网络的状态信息可将路由协议分为基于拓扑和基于目的节点的路由协议。基于拓扑的路由协议需要在节点保存大量拓扑信息,这与链路状态协议的原则是一致的。基于目的节点的路由协议在节点不需要保存大量拓扑信息,只需要保存所需的最近节点的拓扑信息,这类协议中最著名的是距离矢量路由协议,该协议需要维护到达目的节点的距离矢量。

此外,根据路由建立方式可以分为先应式路由协议和被动式路由协议。先应式路由协议以表驱动路由协议为代表,每个网络节点为目的节点保存路由信息,所有的节点周期性地交换路由信息。被动式路由协议的过程可分为路径发现和路由保持,路径发现只有在源节点有需求时才会启动,路由保持则是在拓扑信息发生变化时寻找丢失的路由信息并重新启动路径发现。

2 多径路由

多路径传输(Multiple Path Transport:MPT)是指采用多条不相交的路径来投递应用分组,以增加连接的带宽和可靠性的机制。移动Ad hoc网络中,由于缺乏基础设施、网络拓扑动态变化等,其对QoS的支持较弱。但是其网络结构和用户的移动增加了网络的灵活性、用户的多样性和网络的容量,这些都对在其中实施MPT提供了有利的因素。

多路径路由模型为任意一对节点同时提供多条可用路径,并允许节点主机(或应用程序)选择如何使用这些路径。多路径路由算法为节点间提供多条路径,并确保发往其中一条路径的数据经由该路径到达目的地。为在节点间计算路径,必须根据路径的用途规定路径的特性。如为了得到最大的端到端吞吐量,必须规定路径的特性是:在任意节点对之间的多条路径的聚合吞吐量最大。而为了得到最小的端到端时延,就必须规定路径的特性是:任何时刻,任意节点对之间都存在至少一条具有最小时延的路径。路径规格规定了特定路径集合的特征,路径计算算法实际计算出符合路径规格所规定的特征的路径集。

路径类型规定了节点对间的多条路径之间的关系。有两种路径类型:多服务的多路径和多选择的多路径。多服务的多路径是具有不同特征的多条路径。例如,网络可以同时提供高带宽路径和低时延路径,这使得应用程序可以选择最符合其通讯要求的路径。多选择的多路径为同一服务提供多条路径。例如,网络可能为高带宽服务提供四条路径,即每个节点都有到任意目的节点的四条高带宽路径。但一般说来多服务的多路径选择算法一般较为复杂,不易实现,而多选择的多路径选择算法相对容易,故目前一般多采用多选择的多路径路由。

3 多径路由的使用模式

对多路径的使用模式,主要有两种:在同一时刻对于每个源节点-目的节点对只能在某条路径上传输数据,当这条路径中断时,可以用多条路径中的其它路径(备份路径)来传输,该模式称之为“备份多路径”;另一类是对每个源节点-目的节点对能够同时使用两条或两条以上的路径来传输数据,该模式称之为“并行多路径”。

4 多径路由的优势

1) 容错 多路径传输可以避免传统的单路径路由中路由错误后的重新路由过程。

如图1所示,源节点S与目的节点D间有三条路径,如果S同时沿着三条路径向D发送同样的数据包,那么只要三条路径中有一条路径正常工作,数据包就能到达D。图中节点D由于移动,原先的两条路径S-A-D和S-B-D都相继失效,只剩下S-C-D,但此时S和D仍能够正常地通信,需要注意的是这期间并没有重新路由的过程。但如果采用传统的单路径路由,原先有可能选中最短路径-S-B-D,但当D移动,B-D之间的链路出现错误后,就需要重新路由找到路径S-C-D,而后再进行传输。这期间就有重新路由的过程,即S和D之间就有一段时间不能正常通信。当然像这种在所有路径上发送同样数据包的冗余数据的做法,并不是最好或唯一的利用多路径的方法,这里只是利用它来说明多路径路由是如何在链路出现错误的时候提供错误容忍服务的。

2) 高带宽 无线网络中的带宽比有线网络要低很多,为一个连接建立的单独的一条路径可能不能提供满足需求的带宽。然而如果使用多条路径同时传送数据(当然不是像上述的不同路径上传送相同的数据),就能够取得满足要求的带宽。同时,因为有更多的带宽可以获得,就可以取得更小的端到端的延时。

5 多径路由协议

好的路由协议可以进一步增强多路径的性能,多路径集合的选择要根据诸如路径特征、链路层上的相互影响等标准进行。从错误容忍的角度来看,更多“健壮”的路径应当被选择以减小路径出错的几率。目前常见的Ad Hoc网络中的多径路由协议有SMR协议[6]和AOMDV协议[7]。

6 结束语

根据本文的分析介绍,可以看出,多径路由技术由于具有容错性好,带宽高等优势,非常适合在Ad Hoc网络中应用,将使未来移动Ad Hoc网络路由的主要方式,但目前,对移动Ad Hoc网络多径路由技术的研究仍然处于初级阶段,还有许多诸如路由发现、路由选择策略等问题需要进一步深入研究。

参考文献:

[1] Corson MS,Macker J R,Cirincione G H.Internet-Based Mobile Ad Hoc Networking[J].IEEE Internet Computing,1999,3(4):63-70.

[2] Royer E M,Toh C K.A Review of Current Routing Protocols for Ad Hoc Mobile Wireless Networks[J].IEEE Personal Communications,1999,6(2):46-55.

[3] Johnson D B,Maltz D A,Broch J.The Dynamic Source Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Networks[Z].Internet Draft,MANET Working Group,draft-ietf-manet-dsr-01.txt,1998.

[4] Toh C K.A Novel Distributed Routing Protocol To Support Ad-Hoc Mobile Computing[C].Proc. 1996 IEEE 15th Annual Int’l.Phoenix Conf. Comp. and Commun.,1996:480-486.

[5] Kuosmanen R.Classification of Ad Hoc Routing Protocols[EB/OL].eia.udg.es/~ramon/xdsi_ant/classification-of-ad-hoc.pdf.

第4篇：路由协议范文

关键词：aodv；能量感知；优化

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 16-0048-01

一、Aodv简介

Aodv协议是用于特定的网络的可移动节点。它可以在不同的动态对等网络确定一条到目的地的路由，并具有接入速度快，计算量小，内存占用率小，网络负载轻等特点。它使用的目标序列，保证在任何时候也不会出现回环（即使在路由控制信息的异常也不会），避免了传统距离数组协议中出现的许多问题（如无限计数问题）。

AODV算法目的是对多个移动节点在建立和维持一个动态的，自启动，多跳路由网络。路由协议使移动节点可以迅速获得新的目的地节点和路由，节点只需要保持其信号到达的路由节点，更远的节点路由信息不需要维护。网络连接断开和变化将使网络拓扑结构发生变化，使移动节点可以及时应对这一变化。AODV的操作是无自环的，由于解决了“无穷计数”问题，该算法在网络拓扑变化如在网络节点移动快速收敛。当一个路由协议连接断开，AODV会通知所有受影响的节点，节点会让用到这个连接的路由失效。

AODV路由协议的一个显著特点是它在每个路由表条目使用目标序列。目的节点创建目的序列，并包含在路由信息里面，接着路由信息将被发送到所有请求节点那里。通过使用目的序列号，我们确保了网络中没有回路，且易于编程。如果目的节点提供了两条路由，那么节点收到请求后将选择最大的序列号（由于目的地节点每收到一个新的请求，会将目的序列加1，从而使该路由保持最新最好）。

二、ns2网络模拟器简介

ns2是美国国防支持的项目（虚拟网络平台）开发通用多协议网络仿真网络软件，开发的源代码使研究人员更好地开展各类算法的实现及其改进。

ns是一个离散事件模拟器，事件提供了系统的状态变化，状态修改只有在事件发生时进行，典型的事件有分组到达、时钟超时等。同时，ns也有丰富的组件库，对一些通用的实体对象建模，对象易于组合，扩展。ns组件库支持网络类型：广域网，局域网，移动通信网络，卫星通信网络，支持的路由方式有：分层路由，动态路由，组播路由等，ns也提供跟踪和监控对象，可以把网络系统的状态和事件记录分析，如：tracefile，生成.tr文件记录仿真过程数据，从中可以提取有用信息。

三、AODV分析以及改进

AODV路由协议有很多缺陷，其中有一个缺陷是每个源节点只保持一特定目的节点的路由选择，如果此路由失败，将重新启动路由发现过程，这样会增加网络成本。在网络拓扑变化频繁，这一缺陷显得更加突出。

其次，在特设网络中，节点通常利用电池来提供能源，电池的能量在没有相关技术进行提高前，能量是一个尤其重要的问题。AODV路由协议是一个比较成熟的路由协议，容易实现，但它没有过多考虑节点的能量状态。如果某一个节点是在一些交叉连接处，节点也可能参与了多个路径，节点能耗的急剧增加，过早耗尽自己的能量，由此导致路由链路发生故障，不得不重新建立路由，从而导致了较大的网络开销，而且还会增加能量的节点网络中的能量消耗。

针对上述缺点，也提出了一些改进的方法，如增加多径，距离的限制提高路由可靠性和提高路由维护机制。本文提出了一种改进的方法，是让源节点除了维护主要路由到目标节点，并维持一个目的地节点和备用路由。所以当主路由失败，将使用备份路由数据，不需要重新启动路由发现过程。在每个源节点到目的节点维护一个备份路由，并通过修改局部修复机制，这样，当主路由失败，将通过备用路由的数据包发送。只有当备用路线还没有开始，重新启动路由发现过程。

五、结束语

因为路由协议的路由表维护，只有指定的目标节点路由，路由失败时，需要重新启动路由发现过程。为了解决这一问题，本文提出了一种改进的方法，在每个源节点到目的节点保持一个指定的备用路由，当主路由失败，我们通过备用路由的发送数据包。只有当备用路线不能启动，我们才重新启动路由发现过程。在NS2平台的仿真结果表明，改进后的方法可以提高数据包的投递率，降低端到端的延迟，减少路由发现和路由开销。

参考文献：

第5篇：路由协议范文

关键词：无线传感器网络；路由协议；网络运行周期；能量消耗；最佳簇首个数；簇首选择

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）06-1216-04

Improved Routing Protocol Based on LEACH in WSN

HUANG Zhen-jin1， LI Dao-quan1， ZHANG Jun-hu2

（1.College of Computer Engineering， Qingdao Technological University， Qingdao 266033， China； 2.College of Information Science and Technology， Qingdao University of Science and Technology， Qingdao 266044， China）

Abstract： In view of the uneven distribution of cluster head nodes of LEACH agreement energy imbalance problems， in order to improve the utilization efficiency of node energy， prolong the network operation cycle， improve the survival rate in the process of nodes in the network operation， puts forward a improved algorithm LEACH - NE. The distance of the node to the base station considered in the algorithm and the residual energy of nodes factors determine the optimal number of cluster head， then by considering the energy factor to optimize selection of cluster head. The simulation results proved that the improved routing protocol in network operation cycle is better than that of LEACH agreement and the network energy consumption.

Key words： wireless sensor network （WSN）； routing protocols； the network operation cycle； energy consumption； optimal number of cluster head； selection of cluster head

无线传感器网络（WSN）路由协议按网络拓扑结构可以分成平面路由协议和分层路由协议。LEACH（low energy adaptive clustering hierarchy）协议即低功耗自适应聚类路由协议属于WSN路由协议的一个分层路由协议。LEACH协议随机选择节点做簇首，平均分担整个网络中的中继通信业务，最终达到平均消耗传感器网络中节点能量的目的，这种协议方式延长了网络的生命周期。但是，由于它仅考虑了选择簇首时的公平性，没有把簇首的剩余能量等因素考虑在内，因此容易导致网络节点能耗不均，对整个无线传感器网络的存活周期造成影响。

针对LEACH协议存在的不足，该文对LEACH协议进行了改进，该LEACH-NE算法在簇首选择时，综合考虑节点的剩余能量和节点到基站的不同通信距离等因素，簇首与基站之间采用多跳方式进行数据传输。改进后的算法不仅提高了节点能量利用率，降低了节点能耗，而且延长了网络运行周期，均衡了网络的负载。

1 LEACH协议概述

1.1 工作过程

LEACH协议操作分为簇形成阶段和数据通信稳定工作阶段，两个阶段时间总和称为一轮（简记“r”，round）。在簇建立阶段，随机选择簇首，相邻节点动态地加入簇首成簇；簇形成后进入稳定数据通信工作阶段，簇首开始采集簇内节点数据，然后对数据进行融合，将融合后的数据传输给基站。

簇首选举过程如下：节点随机产生一个0～1的随机数，如果该值小于阈值[T（n）]，则自己是簇首的消息。[T（n）]表示为

[T（n）=p1-p[rmod（1p）]，n∈G0 ，n?G]

其中：[p]是簇首数占总节点数的百分比，[r]是当前选举的轮数， [G]是在最近[1p]轮中未当选过簇首的节点集合，[n]为节点标号。

节点当选为簇首后给其他节点自己是新簇首的广播消息，然后非簇首节点通过自己与簇首之间的距离来选择加入哪个簇，当簇首接收到所有加入信息后，就产生一个TDMA定时消息，为本簇节点安排工作时间。

1.2 LEACH协议存在的问题

1） LEACH中随机选择簇首，未考虑每个节点的剩余能量，这样就存在剩余能量少的节点有可能当选簇首，从而加速了该节点的死亡，进而降低了网络寿命。

2） LEACH协议假设所有的节点都能直接与基站通信，离基站距离较远的簇首可能能量消耗会比较快，这样会造成网络的覆盖范围和生存时间受到影响。因此，LEACH协议在监测范围大的无线传感器网络中不适用。

2 LEACH-NE协议

新协议综合考虑每个节点的剩余能量和整个网络的平均能量，筛选出剩余能量大于或等于网络平均能量的节点，再调整簇首阀值[T（n）]，提高能量较大者成为簇首的可能性，从而保证各网络节点能耗负载的均衡。

2.1 最佳簇首个数的确定

2.1.1 最优簇首数计算公式

假定整个网络能耗模型在距离[d]上发送一条长度[k]比特消息的能耗为[ET]，[Ee]为单位比特数据在发射或接收电路中的能耗，[εfs]和[εmp]分别为自由空间模型和多路径衰减模型下的功率放大损耗，则[ET]的计算公式为：

[ET（k，d）=Ebr（k）+Etx-amp（k，d）=kEe+kεfsd2，d

其中：当传输距离[d

多径衰落模型是指在信号的传播过程中，由于受地面条件的影响，会产生多个经过不同路径到达接收基站的信号，通过矢量叠加后合成时变信号的传播模型，多径衰落模型的使用适用于簇成员节点和簇首节点之间的距离较远的情形；自由空间传播模型是无线电波传播模型的一种，适用于簇成员节点和簇首节点之间距离较近的情形。

假设整个传感器网络分布在一个[Y×Y]的区域中，一共有[X]个传感器节点，将这些节点分为[M]个簇，每个分簇有[N]个节点，设群首给成员节点发送信号能耗记为[ES]、群首接收信号能耗记为[ER]、群首将信号发送给基站能耗记为[EF]。每个簇首节点所消耗的能量[ECH]为：

[ECH=ES+EF+ER]

在簇首向基站发送数据时，引入了多跳数据传输机制，让距离基站较近的簇首适当承担一些数据中继转发任务，变直接长距离通信为间接多次短距离通信，簇首采用自由空间模型给中继节点发送数据，设距离为[d1]，由公式（1）可知：

[Es=kEe+kεfsd12]

设[EDA]为融合一个比特数所消耗的能量，[k]为每条数据消息的比特数，则在数据完全累计的情况下簇首累积所消耗的能量EF计算公式为： [EF=kEDAN]

簇首节点接收成员节点消耗能量ER计算公式为： [ER=kEe（N-1）]

因此，任一簇首节点所消耗的能量[ECH]计算公式为：

[ECH=kEe+kεfsd12+kEDAN+kEe（N-1）=k（Ee+EDA）N+kεfsd12] （2）

簇首节点到成员节点的距离不远，设距离为[d2]，得到每个非簇首节点的耗能[Enon-CH]计算公式为：

[Enon-CH=kEe+kεfsd22] （3）

在传感器场离基站较远的情况下，假定簇首节点需要经过[t]跳才能到达基站，在多跳的过程中进行数据累积。每跳距离相等用表示[z]，即有[d2=z]。则Sink节点把消息传递到基站的能耗[EH]计算公式为：

[EH=（t-1）[kEe+（kEe+kεfsz2）+2kEDA]] （4）

假设一个簇的面积：[S=πR2=NY2X?R=NXπY]，设[ρ（x，y）]为每个簇中传感器节点的分布密度，其值为：[ρ（x，y）=XNY2]，令[x=rcosθ，y=rsinθ]，得到非簇首节点到达其簇首节点的平方距离期望值为：

[E[d22]=S（x2+y2）ρ（x，y）dxdy=r2ρ（r，θ）rdrdθ=ρ02πr=0r=NXπYr3drdθ=NY22πX]

代入（3）式得： [Enon-CH=kEe+kεfsY2N2πX]

其中[N=XM]，那么最差情况下整个网络的能量消耗为：

[Etotol=[（N-1）Enon-CH+EH+ECH]M] （5）

将（2），（3），（4）代入（5）式并由[dEtotaldM=0]确定最佳簇首的个数：

[kopt=Y2X/2π×εfs/2（t-1）（Ee+EDA）-Ee+tεfsz2]

2.2 LEACH-NE簇首选择策略的改进

在选择簇首之前，记[Ec]为每个节点的剩余能量，基站在每一轮初始阶段，计算全网的平均能量记为[Eav]，当前网络中[m]个存活节点的剩余能量之和记为[Eto]，则有[Eav=Etom]，有资格成为簇首的节点需满足： [Ec≥Eav]

为了在此基础上选取能量较大者成为簇首，需将节点剩余能量和网络的总能量等因素考虑进来，调整阀值[T（n）]可修改为：

[T（n）=p1-prmod（1p）×maxkoptm×EcEav，1，n∈G0 ， n?G]

改进后的簇首选择策略，使得剩余能量较大的节点具有更大的簇首阀值，增加其成为簇首的可能性，使得选择簇首的策略更加合理，更好的保证了网络负载的均衡，因此，簇首个数选取在最佳范围内可以提高网路性能。

3 仿真实验数据分析

本文基于Matlab软件平台对LEACH、LEACH-NE算法进行了仿真实验，参数设置如下：100个传感器节点随机分布于一个100 m[×]100 m的传感器场中，Sink节点位于（50，50），每个节点的初始能量为0.5 J，。仿真实验中的通信能量参数设置如下：[Ee=50×10-9J/bit，εfs=10×10-12J，εmp=0.0013×10-12J，EDA=5×10-9J，]开始100个节点随机分布在传感器场中如图1所示。

图1 100个传感器节点的分布

从仿真结果图2可以看出，LEACH协议出现第一个死亡节点时网络运行的周期数低于LEACH-NE协议出现第一个死亡节点时网络运行的周期数，LEACH-NE整个网络生存时间远远大于LEACH的网络生存时间。从而可知，新算法不但提高了存活节点利用率，而且延长了网络的生存周期。

图2 种协议的网络存活节点数岁运行时间变化关系

图3显示的是改进后的LEACH-NE剩余能量节点图和原有的LEACH协议剩余能量节点图随运行周期变化的曲线。由图可知，在整个网络运行相同周期数的情形下，LEACH-NE协议的剩余能量节点数目比LEACH剩余能量节点数目要多，提高了节点能量利用率。

图3 剩余能量节点随运行周期变化关系

4 结束语

本文针对LEACH协议在选择簇首策略方面存在的不足，提出一种新的改进路由协议LEACH-NE.该协议在确定最优簇首数的基础上综合考虑节点的剩余能量和整个网络的平均能量等因素来达到优化簇首选择的目的，同时在数据通信的过程中，并且采用了单跳和多跳相结合的簇首间通信机制。仿真结果证明，新改进后的LEACH-NE协议在节点能量利用率，网络生存周期方面相对于LEACH协议都有较大的提高。

参考文献：

[1] Heinzelmam W B. An Application-specific Protocol Architecture for Wireless Microsensor Networks[J].IEEE Trans. on Wireless Communications，2002，4（1）：660-670.

[2] Heinzelmam W R.Energy-efficient Comunication Protocol for Wireless Microsensor Networks[C]//Proceedings of the 33rd Internationl Conference on System Sciences.Hawaii，USA：IEEE Computer Society ，2000：1-10.

[3] Heinzelman W R，Chandrakasan A，Balakrishnan H. An application-specific protocol architecture for wireless microsensor networks[J].IEEE Transactions on Wireless Communications，2002，1（4）：660-670.

[4] 李振科，陈国定，王淑华.基于LEACH协议的改进路由算法[J].计算机应用，2009，29（z2）：63-65.

[5] 孙利民，李建中，陈渝，等.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005.

[6] 陈林星.无线传感器网络技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2009.

[7] 胡刚.无线传感器网络路由协议LEACH的研究与改进[J].传感器学报，2007，20（6）：1391-1396.

第6篇：路由协议范文

关键词：精确打击；效能评估；无线传感器网络；路由协议

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.24.232

0 引言

无线传感器网络由多个具有感知功能、通信功能和计算功能的传感器节点组成， 一般应用于军事领域或民用领域[1]。无线传感器网络是近些年兴起的新技术，其中的路由协议研究是很多科研人员研究的重点和难点。精确打击效能评估系统一般应用于导弹、炮弹频发的战争环境，该系统依赖于无线传感网络，对网络的健壮性和数据传输的实时性要求很高。针对这种特殊的需求，设计一种具有较强健壮性的无线传感器网络路由协议就成为精确打击效能评估系统要解决的主要问题之一。

1 精确打击效能评估系统

精确打击效能评估系统主要是对炮弹的弹着点进行实时报靶，每次射击后，会自动计算各类炮弹弹着点的误差，根据整体的命中情况进行实时精准的定位评估，其目的是为了给下一次的射击演练提供误差的修正参数。

精确打击效能评估系统依赖于无线传感网络，其检测手段使用的是声学定位法，爆炸声波在无线传感网络中通过网关节点，把获取的数据和信息传输至指挥控制中心，除去周围环境，如噪音、温度、风速等因素对爆炸声波的影响，计算机通过数学模型，计算出准确的弹着点的位置和命中率，为整个训练过程进行科学、有效、准确地评估[2]。

2 泛洪路由协议

洪泛路由算法是一种最可靠、最简单的路由算法，其基本思想是每个节点都是用广播向它的所有邻居节点转发收到的数据分组，如此反复操作，直到数据传送到目的节点或者达到数据报的最大跳数[3-4]。如图1所示。洪泛算法的缺点是盲目的选择路径，这样大规模的扩散会占用过多的网络资源，产生许多重复的分组，浪费了路由器的资源，降低效率。所以，在实际的网络应用中，泛洪算法都是需要进行限制的，一个数据包被复制了N次以后，将被丢弃[5-6]。

3 双重路径可靠路由协议设计

通过对泛洪协议的研究，对该协议的不足之处进行了改进，通过自身的ID和节点的级别值来限制数据报文在网络中的广播范围，在保证算法健壮性的基础上，降低了路由的能量消耗，避免了泛洪算法中路由选择的盲目性，这种协议称为双重路径可靠路由协议（Double Parents and Reliable Protocol，简称DPRP），双重路径可靠路由协议由以下三个部分组成：

（1） 请求组建路由。Sink节点向网络中的所有节点以泛洪的方式发出路由组建请求，确定每个节点的级别值和父节点。各个节点根据级别值来确定自己的第一父节点和第二父节点，并且给第一父节点发送一个确认，转发路由组建请求。（2）数据传输。通过组建完成的路由路径，Source节点将数据传送给Sink节点。（3）纠错重传。如果某个节点在数据传输过程中出现了错误，可以根据错误性质，让其子节点进行重新传输，或者选择第二父节点，改变向上传输的路径。

3.1 算法分析

双重路径可靠路由协议的算法易于实现，节点在进行报文转发时，其候选节点只有第一父节点和第二父节点，所以缩小了数据报文在网络中的广播范围，从而降低了网络的能量消耗。数据包以最快的速度朝着最接近Sink节点的方向转发，从而保证了Sink节点最终可以收到数据报文，提高了数据传输的可靠性和实时性。

3.2 仿真

采用NS2作为仿真平台，从能量损耗、时间延迟两个方面将仿真结果与定向扩散协议和泛洪协议进行了比较。如图2所示。

通过对以上仿真结果分析可以看出，在节点初始能量，网络规模相同的条件下，得出如下结论：（1）采取DPRP协议时在同等网络条件下基本可以达到泛洪协议的可靠性。（2） 定向扩散协议的能耗比DPRP协议高，其响应速度比DPRP协议慢。

本协议在具备较高健壮性的同时也兼俱节能性，并且有效解决了泛洪协议中存在的能耗过高和广播延迟冲突的问题。仿真结果表明本文算法适合精确打击系统对传感器网络路由算法的要求。

4 结语

本文以对无线传感器网络中泛洪路由协议的研究为出发点，根据泛洪路由协议的不足，进行了路由协议的改进，研究了一种新泛洪路由协议DPRP，通过仿真结果证明，该协议在保证了路由的健壮性的同时，在能量消耗、报文转发延时等方面都比泛洪协议有了很大的改进。该协议是一种在精确打击效能评估系统中可行的路由协议。

参考文献：

[1]屈巍，赵晶，洪洋.一种基于蚁群优化的动态节能路由选择策略[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2016，34（02）：234-239.

[2]刘式舟.WSN中基于拓扑控制的AHM-GAF算法研究[D].沈阳：东北大学，2007：1-7.

[3]黄志丹.无线传感网络中双路径可靠路由协议的研究[J].辽宁工程技术大学学报，2011，30（02）：304-307.

[4]朱伟凯，李航，尹稚淳.基于技术的无线传感器网络监控系统的设计[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2014，32（02） ：262-266

[5]袁书同，赵志刚.无线传感器网络安全组网技术研究[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2014，32（01）：92-97.

第7篇：路由协议范文

关键词：LabVIEW；OSPF；虚拟仪器；通信协议

中图分类号：TP393.02

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol），即传输控制协议/因特网互联协议，是由美国国防部高级研究计划署（DARPA）开发的一个通信协议族，是Internet最基本的协议。之所以说TCP/IP是一个协议族，是因为TCP/IP包括了TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNETFTP、SMTP、ARP、TFTP等许多协议。OSPF（Open Shortest Path First，开放式最短路径生成树协议）是TCP/IP协议族中的IP层协议，是目前应用最广泛的路由协议，通过SPF（Shortest Path First，最短路径生成树算法）来计算到各节点的最短路径。

虚拟仪器技术是计算机技术与测控技术相结合、相渗透的产物，虚拟仪器开发平台的引入，帮助设计者能够快速设计、调试和开发实际系统的测试版，使得工业环境下的测量、测试、计量、控制过程更灵活、更紧凑、更经济、更高效且功能更强。LabVIEW是一款划时代的重要的图形编程系统，常被应用于数据采集与控制、数据分析、数据表达等方面。本文将通过LabVIEW工具实现对通信协议OSPF的仿真。

1 虚拟设备LabVIEW简介

虚拟设备（Virtual Instrument，简称VI）是上世纪90年代初期出现的一种新型仪器，是计算机技术与仪器技术深层结合而产生的。它将许多以前由硬件完成的信号处理工作交由计算机软件进行处理，这种硬件功能软件化的思想，为测试仪器领域带来了深刻的变革[1]。虚拟设备的发展经历了四个时代：第一代是模拟式仪器，第二代是分立元件式仪器，第三代是数字式仪器，第四代是智能仪器之后的新一代仪器。虚拟设备有三个主要特点：第一，不强调物理上的实现形式；第二，在系统内实现软硬件资源共享；第三，图形化的软件界面。其优势表现为性能高、扩展性强、开发时间少、无缝集成。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）全称是实验室虚拟仪器工程平台，是美国国家仪器公司（NI）的创新软件产品。自NI公司1986年正式推出LabVIEW1.0至今，经历了多次改版与完善，目前包括控制与仿真、高级数字信号处理、统计过程控制、模糊控制、PDA和PID等众多附加软件包，可运行于Windows、Linux、Macintosh和Unix等多种平台，已成为目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发继承环境之一。

2 OSPF路由协议的仿真与实现

OSPF路由协议是一种链路状态的协议，主要适用于同一个路由域。这个路由域内的所有OSPF路由器都维护一个相同的数据库，其中存放的是该路由域中相应链路的状态信息，而OSPF路由器就是根据该数据库计算其路由表的[2]。OSPF路由协议的基础是SPF算法（即Dijkstra算法），它将每一个路由器作为根，用于计算路由器到每一个目的路由器的距离，进而会得到路由域的拓扑结构图，即SPF算法中的最短路径树。最短路径树的树干长度即OSPF路由器到每一个目的地路由器的距离，即OSPF协议中的Cost。

OSPF遵循链路状态路由协议的统一算法。该算法可简单概括为路由器在两种状态下的动作：第一，当路由器初始化或网络结构发生变化时，路由器会产生链路状态广播数据包，其中包含路由器上所有的相连链路，即所有端口的状态信息。所有路由器通过刷新方法交换链路状态数据。第二，当网络重新稳定下来，即OSPF路由协议收敛下来时，所有的路由器会根据其各自的链路状态信息数据库计算出各自的路由表。其中包含路由器到每一个可到达目的地的Cost以及到达该目的地所要转发的下一跳路由[3]。

接下来，我们将通过虚拟仪器LabVIEW实现OSPF路由协议的仿真，该仿真系统的数据输入部分共分为三大模块：信息传递模块（如图1所示），路由器连接表二维数组生成模块（如图2所示），手动输入起点、终点及已知路由模块。手动输入模块只需在LabVIEW前面板中输入参数即可，在本设计中，我们选择四个路由器组成仿真系统，共设置5个参数：路由器id、路由器ip地址、路由器发送信息端口号、路由器互联路径权值及发送信息判定位。路由器id用于指定路由器的名称，方便显示；路由器ip地址用于显示路由器的ip，确定路由器在网络中的唯一位置；路由器发送端口号用于识别路由器接收与其它路由器的连接状态的标示；路由器互联路径权值用于进行SPF算法的计算处理；发送信息判定位用于识别信息确实已接收。

至此，OSPF路由协议在LabVIEW虚拟仪器平台的仿真已完成，要通过此系统计算路由器的生成，需将SPF算法引入该系统，最短中继计算模块流程图如图3所示。通过对四个路由器链接方式的计算，最终得到的路由器连接表如图4所示，起点路由器为路由器一，终点路由器为路由器二，需经过一次跳转才能到达。

3 结束语

目前，通信领域大多采用文本式编程平台（如VC++，VB等）进行开发和测试，本文基于图形化编程平台LabVIEW对OSPF路由协议进行仿真，是对通信领域开发测试方法的全新尝试与探索。结果证明LabVIEW能够很好地支持通信协议的仿真，且操作更为简单明了。当然，本设计也有很多需要完善的地方：第一，目前程序所设计的输入数据比较多，并且路由器的每个参数都需要手动输入，操作较为繁杂，因此OSPF路由协议的仿真只选择了四个路由的连接情况，如果在数据输入上能够有所改进，就可以加入更多路由器参与算法。第二，目前的设计在连接表的生成形式上是固定的，不可更改，如果要改善此种情况要重新设置连接表的存储方式。第三，由于本文篇幅所限，我们只选择了少量代表图，作者可根据步骤自行完成仿真操作。

参考文献：

[1]吴成东，孙秋野，盛科.LabVIEW虚拟仪器程序设计及应用[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[2]Stevens W R.TCP/IP详解卷1：协议[M].北京：机械工业出版社，2000.

第8篇：路由协议范文

何渊淘，刘燕美

（郑州航空工业管理学院，河南 郑州 450000）

摘要：WMN（Wireless Mesh Network）即无线网状物，该网络在无线媒介上以多跳的方式构成通讯系统。无线网状网是无线网络的发展重心，但由于无线网络本身的各种标准和实现处于快速发展的时期，难以针对其开展有效的实践教学活动。在本文中作者提出了基于OpenWRT和802.11标准的WMN实验方案，解决了该难题。同时加强学生对多跳网络、无线网络路由协议的认识和理解，培养学生的创新能力和科研素质。

关键词：WMN；OLSR；OpenWRT；实验设计

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）19-4393-04

Abstract： WMN so called wireless mesh network，is a type of network construct by multi-hop structure on wireless media. WMN is the focus of wireless network， but it is difficult to conduct an experiment in class. The major reason for this is the fast development of the WMN itself and the diversity definition of the WMN protocols. To deal with the problem， the author propose a WMN experiment which base on OpenWRT and 802.11 in this paper. This solution not only enhance the comprehension concept of ‘multi hop network' and ‘wireless routing protocols '， but also develop the creative ability and scientific research quality of the students.

Key words： WMN； OLSR； OpenWRT； experiment design

伴随着移动互联网的发展，社会对无线网络的需求在提升，人们迫切需要在任何时间地点接入网络。由此带来了各种无线网络技术的飞速发展，例如4G、WiFi和UWB。但受限于网络部署的时间和成本的因素，在人口比较稀少或者临时性场所以及灾难地区的组网一直面临着较大的难题，WMN就是针对该问题而提出的解决方案[1]。WMN也是未来无线网络技术的核心和发展目标，但WMN其自身也处于快速的发展进程中，存在着众多的私有和共有标准。以上这种现象给WMN的实验带来了极大的困难，而开源WMN路由协议的发展，给WMN网络的实验带来了可能。利用价格低廉的家用路由器和开源软件，学生可以在实验室环境下进行WMN的部署。能极大加深WMN的理解，并认识到其优势和不足，开展该项实验对网络创新性人才的培养起到了重要的作用。

1 无线网状网

无线网状物是由节点以无线形式互联所形成的的多跳型的通讯网络，这些节点通常承载着无线路由协议，以实现网络的可达性。无线网状网中的节点可以是个人电 脑、笔记本以及嵌入式设备，同时节点的数目则不受任何限制。无线网状网的节点按照设备的类型，分为路由节点和用户节点，路由节点通常由无线路由器组成，而用户节点通常是笔记本、手机等可移动设备。根据网络中存在节点的类型和用户节点间是否进行数据转发，将无线网状通常分为三种类型，骨干式无线网状网、用户型无线网状网、混合型无线网状网[2-5]，其结构间图1、图2、图3。

图1 骨干型WMN

其中骨干型WMN仅由路由节点节构成，用户节点的数据必须由网关节点来转发；而用户型WMN仅有用户节点组成，用户节点扮演了路由的角色；而混合型WMN中路由节点和用户节点都能起到数据转发的作用，同时网络中呈现出层次结构。

WMN是Ad-hoc网络的一种特殊形态。首先WMN网络引入了结构，即存在路由节点和用户节点两种类型的节点。其次WMN的节点较Ad-hoc有着更低的移动性和和更可靠的供电。再次，由于不受到供电的制约，WMN的节点可以使用更多的频段来提升网络传输性能，充足的电源供应让WMN有着更大的网络规模。最后，WMN通常使用TCP/IP等网络协议，这就能和其他类型的网络很方便的混合组网，见图3。

无线路由协议对无线网状网起到了核心的作用，无线路由协议通过节点间的无线信道来交换链路状态和路由表信息从而形成完整的网络拓扑结构。在整体上，根据节点中是否存在网络的所有节点的路由可以分为主动式路由协议和被动式路由协议，由于WMN节点普遍有着可靠的电源和较低的移动型，同时有着较高的网络带宽和较低的网络延时，主动式路由协议占据了较大的比重。近年来几种无线网络路由协议被提出和实现，例如BMX6，BATMAN-ADV，Babel和OLSR。其中BMX6，Babel和OLSR属于三层的网络协议，而BATMAN-ADV属于二层网络协议。这些协议通过在节点之间传递路由表和链路状态信息来生成网络的拓扑。

OSLR由于较早出现，因此成熟度较高，在AWMN，Freifunk，FunkFeuer等社区无线网络中，普遍使用其作为内部网关协议。而BMX6，和Babel仅支持IPV6路由协议，对于IPv4需要通过4to6的隧道来实现。而OLSR是唯一同时支持ipv6和ipv4的路由协议，在实验的过程中可以使用ipv4地址来进行配置，减少在教学中学生额外的实验负担。

2 OLSR和OpenWRT

OLSR（ optimized link stat routing protocol）优化链路状态协议[6]，也是WMN中最为成熟的路由协议。该路由协议是一种典型的链路状态路由协议。在传统的有线网络中，使用最为广泛的链路状态协议为OSPF，但OSPF在无线链路中会产生大量的链路状态信息并带来过高的网络开销。而OLSR仅使用MPR（多点转播）节点来广播链路状态信息，因此大大减少了路由协议所带来的开销。同时OLSR属于第三层协议，这就使得其很容易被移植到各类操作系统上。OLSR的实现OLSRD就可以在OpenWRT系统上运行。

OpenWRT是一个嵌入式的Linux发行版，该发行版面向路由器等嵌入式设备开发。由于其使用标准的Linux内核，因此可以把各种软件的移植到该平台上，从而扩展OpenWRT的功能。除此之外OpenWRT相比与其他路由器软件的优势在于它有一个可写的文件系统，这就使得可以临时安装或者删除软件或者改变配置文件来。利用该平台和相应的软件，可以快速进行实验准备，并指导学生开展实验。

3 实验设计

实验的主要设备为Tp-Link 2543ND路由器，该路由器主板采用高通的AR7242，其处理器主频为400Mhz，机身自带8MB的Nand存储，64M的RAM存储。在资料中查到该设备同时支持2.4GHz和5GHz两个频段，但在一个时刻只有一个频段能够工作。芯片的资料显示该设备支持802.11a/n和802.11b/g/n，设备外置三根8db的全向天线，为基于MIMO的高带宽传输提供了可能。

由于设备自带的操作系统仅支持静态路由，在本次实验前需要预先安装好OpenWRT和OLSRD。在本次实验中，作者选OpenWRT Attitude Adjustment和OLSRD 0.93作为实验指导的软件。

在实验准备阶段，需要将7台Tp-link 2543ND安装好OpenWRT的固件，并使用OpenWRT的软件更新功能将OLSRD和对应的图形化配置工具安装安装到路由器上。在对路由器配置前，将路由器进行编号，从101到107，同时设备的网络接口地址也会根据这个编号进行配置。在WMN配置前将路由器恢复到默认配置，并使用路由器的图形界面配置该路由器。路由器有三个网络接口，分别是wan（eth1）、br-lan（eth0）、wlan0，在本实验中仅使用eth0和wlan0接口。将eth0和wlan0的接口分别配置在网段192.168.x.1/24和10.10.0.x/24，其中字符x表示设备本身的编号。另外还要对无线模块进行设置，设定模块工作在161频段，带宽为40MHz，并指无线网卡定工作在Ad-Hoc模式下，并设定其SSID为”Mesh”。设置完成后，每台设备的接口和无线网络的名称如下表，见表1。

表1 WMN节点的参数设置

[节点编号＼&br-lan接口地址＼&wlan0接口地址＼&无线接口配置＼&101＼&192.168.101.1/24＼&10.10.0.101/24＼&Ad-hoc模式，161频段，40HMz带宽＼&102＼&192.168.102.1/24＼&10.10.0.102/24＼&Ad-hoc模式，161频段，40HMz带宽＼&103＼&192.168.103.1/24＼&10.10.0.103/24＼&Ad-hoc模式，161频段，40HMz带宽＼&104＼&192.168.104.1/24＼&10.10.0.104/24＼&Ad-hoc模式，161频段，40HMz带宽＼&105＼&192.168.105.1/24＼&10.10.0.105/24＼&Ad-hoc模式，161频段，40HMz带宽＼&106＼&192.168.106.1/24＼&10.10.0.106/24＼&Ad-hoc模式，161频段，40HMz带宽＼&107＼&192.168.107.1/24＼&10.10.0.107/24＼&Ad-hoc模式，161频段，40HMz带宽＼&]

在进行下一步实验前要保证所有设备的wlan0接口处在同一个网络中，测试的方法是登陆路由器，用ping命令测试其他节点wlan0接口对应的ip地址，看是否能够建立无线链路。如果测试不成功首先检查该节点的无线设置和接口IP设置是否正确，如果还不成功则检查设备之间的距离是否过远。由于161频段的电磁波属于5.8GHz的频段，其容易被物体吸收，且本身的衍射能力较弱，因此在室内只有较小的覆盖范围。 在测试通过开始进行无线路由协约的配置，在每台路由器上使用图形界面启用OLSRD进程，并将每个节点的WLAN0接口加入OLSR的宣告区域，设置完成后将路由器部署在不同的房间。

本次实验安排在一个楼层，共有7个房间，面积有1000平方米，每个房间水平墙面使用混凝土构建，部分室内有金属储物箱。从图4中可以看到每台无线路由器放置的位置。

图4 WMN节点在的地理位置分布

所有节点加电后，OLSR协议开始进行链路状态广播和路由表的生成。网络收敛后，从每个节点获取无线链路的信噪比和平均收发速度，该数据见表2。从表中看出105节点与104虽然距离较近，但由于受到墙壁和室内金属物品的阻挡，其链路的信噪比较低，导致了较低的传输速度。对101节点来说，102节点仅隔一堵墙面，平均信号功率较高，且在此区域只有102和107共享40MHz的信道，平均速度较高（108Mbit/s）。而107节点作为整个网络的枢纽，虽然与临近的四个节点的信道都有较高的信噪比，由于附近有101，102，103，104这四个节点共享频段，由于802.11协议族使用CSMA/CA来对信道进行抢占，导致每个链接的平均带宽较低（低于90M Mbit/s）。

在实验的最后一部分，将106节点接到文件服务器上，并在101节点上测试长时间文件下载速度。虽然从101到106的所有中间链路上的最低带宽为45 Mbit/s，但两个节点的平均传输带宽只有4 Mbit/s，导致该现象的主要原因在于节点间使用相同的频道导致无线链路冲突的增加，这也是CSMA/CA和电磁波媒介的特征所导致的。

4 结束语

本文设计一套面向WMN网络的实验方案，实验使用OLSR和OpenWRT来作为主要实验工具。在实验中，作者依此介绍了Ad-hoc模式无线网络的配置和OLSR路由协议的配置，并以此为基础搭在真是的环境中建了WMN网络。在网络组建完成后，作者依据802.11协议的特点对该无线网络各节点的带宽和性能进行了分析。通过该步骤的实验学生深刻人认识到基于802.11的无线局域网物理层共享媒介的特征，并对信噪比、节点距离和带宽的关系有了充分的认识。同时通过图形化的工具生成了基于OLSR的路由转发路径图。通过该图，学生能够认识到OLSR内部所能够构造的邻居表和路由表，以及OLSR路由协议选路的原理。在实验的最后，通过文件传输带宽测试实验进一步深化了学生对多跳网络的认识，同时也能让学生了解WMN网络的若干不足之处，为学生深入研究和学习WMN网络带来和浓厚的兴趣。

参考文献：

[1] 方旭明，等.下一代无线因特网技术：无线Mesh网络[M].北京：人民邮电出版社，2005：108-110.

[2] Luigi Iannone， et al.Cross-Layer Routing in Wireless Mesh Networks[J].Computer Networks. March 2005：445-487

[3] David Murray， Michael Dixon and Terry Koziniec. An Experimental Comparison of Routing Protocols in Multi Hop Ad Hoc Networks. In Proc. ATNAC 2010. 2010.

[4] Jesús Friginal， Juan-Carlos Ruiz， David de Andrés and Antonio Bustos. Mitigating the Impact of Ambient Noise on Wireless Mesh Networks Using Adaptive Link-Quality-based Packet Replication. DSN'2012：1-8. 2013.

第9篇：路由协议范文

关键词 Ad hoc；路由协议；能量有效

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0075-01

Ad hoc网络是由一组自主的无线节点或终端组成的，独立于固定的基础设施、采用分布式管理的多跳网络。Ad hoc网络的灵活性使之适应于临时性、流动性大的场合。通常由于无线设备的无线电传输范围有限，当无线节点和目的端不能直接通信时，中间节点同时充当终端系统和路由器两种角色。

根据获得路由信息的时机，目前学者们提出的多种Ad hoc路由协议归纳起来可以分为两大类[1]：表驱动路由协议与按需路由协议。表驱动路由协议采用传统的路由策略，如：DSDV、OLSR与TBRPF等。即使当前网络中的部分路径未被使用，先验式路由协议中每个节点也会维护到网络中其他所有节点的路由表。当拓扑频繁发生变化时，很大程度上增大开销。由于这个缺点，按需路由协议（DSR，TORA，AODV等）问世了，他们只需要建立和维护当前需要用来发送数据包的路由。通常在Ad hoc网络中，节点设备都是由电池供能的，一旦设备电量耗尽，即认为此节点不再有效，不仅此节点被排出网络，而且会影响到其他有效节点正常工作[2]。基于此，研究能量有效的Ad hoc路由协议非常必要。

1 能量有效的路由协议分类

与传统Ad hoc路由协议不同，基于能量有效的路由协议的目标为最大化网络生命周期。网络生命周期即网络中的一个节点首次耗尽电量的时间[3]。

近年来涌现出很多基于能量考虑的路由协议[4]，总体来说，这些路由协议策略标准的主要基于以下几点：①网络中传输信息所消耗的总能量；②每个节点的初始电池电量；③每个节点的剩余电量；④节点的生存时间。但是不论选择哪一种、或者综合两种策略，都很难同时兼顾节点寿命和网络路由总能耗两个目标。

1）最小总传输能量（MTPR）。MTPR是一种分布式算法，在任意时刻，Ad hoc网络的拓扑结构可以看作一个带权有向图，任一条弧上的权重即为节点间的传输能量。那么路由的总传输能量为，其中、分别为源与目的节点。则

总传输能量最小的路由，其中A为所有可选路由集合。由于节点之间的距离与传输能量成正比，本策略自然会倾向于选择距离更短的路由。然而，仅仅考虑最短路径，很有可能使中间节点过早消耗，使之成为网络瓶颈，甚至严重影响网络性能。

2）剩余能量（MBCR & MMBCR）。如前所述，虽然总传输能量可以作为一个非常重要的度量标准，但是它有非常明显的缺陷，关键节点的早衰会严重影响路由。MMBCR即是一种考虑节点的剩余能量的度量策略。某时刻t的电量开销为函数，其中为t时刻电池电

量。路由j的电量开销为。则最大剩余电量路由为

。相较MTPR而言MBCR有效防止某些节点被过度使用，增加网络生命周期。

由于MBCR考虑的是某路由Rj中所有节点的剩余电量之和，所以MBCR仍然会选择某些具有极少电量的节点来路由，造成这些节点提前衰竭。MMBCR在MBCR的基础上做出如下改进：路由j的电量开销定义为。则MMBCR中

。MMBCR可以有效规避剩余电量最小的节点，延长单个节点寿命。但是很多情况下为了保证节点使用的均衡性，却选择了较长的路径，增加了能量消耗。

3）剩余能量受限（CMMBCR）。CMMBCR既考虑MTPR的总传输能量，又考虑MMBCR中的节点剩余电量。在路由发现的过程中，首先寻找几条所有节点都有足够的剩余电量（大于阈值γ）作为路由集合A，然后在此集合中挑选出一条总传输能量最小的路由。其中γ是电量阈值（0100），可看作保护此节点电量消耗的临界值。如果γ=0，与MTPR相同；如果γ=100，CMMBCR与MMBCR相同。γ的选取可以很有效的保护最小能量节点。

2 性能比较与分析

基于能量有效的路由协议的宗旨在于最大化网络生命周期。利用NS建立50个节点的网络，它们随机分布在500 m*500 m的区域内，节点移动速度10 m/s。网络性能仿真结果如下表所示。

MTPR没有考虑单个节点的生存时间，网络能量消耗最小。但是中继节点剩余能量会小于其他普通节点，致使网络严重失衡，因此生命周期最短。MBCR忽略了单个节点的寿命换来较小的总传输能量，网络生命周期小于MMBCR。CMMBCR主要性能影响因子为阈值γ。当γ=0，CMMBCR的性能与MTPR相同。随着阈值γ的增大，CMMBCR为了保护剩余电量较少的节点，会选择较长路径路由，牺牲了网络总体性能。所以，各个基于能量优化的路由协议在考虑单个节点寿命、整个网络生命周期两个目标时很难达到均衡，路由协议的选择应该视具体情况而定。

3 结论

本文介绍了3类基于能量有效的Ad hoc无线网络路由协议的性能特点。为了延长网络生命周期，MTPR一类是从全局出发，减少总体能耗，增加整个网络的生命周期，却牺牲了个别节点；MBCR与MMBCR类尽量避免路由剩余电量较少的关键节点，均衡整个网络，却降低了网络性能。CMMBCR结合了前两类策略，但是从性能上来说也未达到最优，今后可以在此做出更多的研究工作。

参考文献

[1]Jae-Hwan Chang & Leandros Tassiulas.（2000）. Energy Conserving Routing in Wireless Ad-hoc Networks. IEEE INFOCOM’00， March.

[2]Singh， S.， Woo， M.， and Raghavendra，C.S.， “Power-Aware Routing in Mobile in Mobile Ad Hoc Networks”，Proceedings of MobiCom’98， Dallas， Texas， Oct. 1998.