導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇路由協(xié)議，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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1、鏈路狀態(tài)路由選擇協(xié)議又稱為最短路徑優(yōu)先協(xié)議，它基于Edsger Dijkstra的最短路徑優(yōu)先算法，比距離矢量路由協(xié)議復(fù)雜得多，但基本功能和配置相對(duì)簡(jiǎn)單。

2、鏈路狀態(tài)協(xié)議是通告給鄰居一些鏈路狀態(tài)，運(yùn)行該路由協(xié)議的路由器不是簡(jiǎn)單地從相鄰的路由器學(xué)習(xí)路由，而是把路由器分成區(qū)域，收集區(qū)域的所有的路由器的鏈路狀態(tài)信息，根據(jù)狀態(tài)信息生成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每一個(gè)路由器再根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計(jì)算出路由。

3、鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)有創(chuàng)建拓?fù)鋱D，快速收斂，事件驅(qū)動(dòng)更新，層次式設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。

4、鏈路狀態(tài)路由協(xié)議通常需要占用更多的內(nèi)存，CPU處理時(shí)間和帶寬，對(duì)內(nèi)存的要求源于鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的使用和創(chuàng)建SPF樹的需要。

（來(lái)源：文章屋網(wǎng) ）

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【關(guān)鍵詞】 OSPF協(xié)議 安全性 報(bào)文驗(yàn)證

OSPF全稱為Open Shortest Path First，屬于內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，在如今的互聯(lián)網(wǎng)之中應(yīng)用最為廣泛。OSPF本身具有一定的安全性，但是其本身所具備的安全性卻并不能夠完全勝任新形勢(shì)下的網(wǎng)絡(luò)安全要求。為此，我們必須要加強(qiáng)對(duì)OSPF協(xié)議安全性的研究，在在此基礎(chǔ)上強(qiáng)化OSPF安全性。

一、OSPF安全機(jī)制

1.1 層次化路由結(jié)構(gòu)

利用OSPF路由協(xié)議可以將自治網(wǎng)絡(luò)劃分成為多個(gè)區(qū)域，在每一個(gè)劃分之后的區(qū)域之中都存在有獨(dú)立的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，并各自獨(dú)立執(zhí)行鏈路狀態(tài)路由算法。這就可以讓本區(qū)域中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)區(qū)域之外的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隱藏，并可以讓自治系統(tǒng)在交換、傳播路由信息的時(shí)候的網(wǎng)絡(luò)流量得到減少，促進(jìn)收斂速度的加速。

1.2 具有可靠的泛洪機(jī)制

在OSPF協(xié)議之中采用LSU報(bào)文來(lái)對(duì)路由信息進(jìn)行攜帶，并運(yùn)用協(xié)議本身所定義的泛洪機(jī)制讓區(qū)域之中的路由器的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)保持良好的一致性，讓路由選擇一致性得到保障。LSA是OSPF路由協(xié)議中路由協(xié)議的最小單元，由路由器生成，并在其中包含了LSA的路由器的標(biāo)識(shí)信息，根據(jù)這個(gè)標(biāo)識(shí)之下的機(jī)制，讓OSPF擁有一定自我糾錯(cuò)的能力。

1.3 優(yōu)良的報(bào)文驗(yàn)證機(jī)制

OSPF的報(bào)文之中包含了認(rèn)證類型以及認(rèn)證數(shù)據(jù)字段。當(dāng)前，在OSPF路由協(xié)議中主要有密碼認(rèn)證、空認(rèn)證以及明文認(rèn)證這三種認(rèn)證模式。其中，明文認(rèn)證是將口令通過明文的方式來(lái)進(jìn)行傳輸，只要可以訪問到網(wǎng)絡(luò)的人都可以獲得這個(gè)口令，很容易讓OSPF路由域的安全受到威脅。而密碼認(rèn)證則能夠提供良好的安全性。為接入同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)或者是子網(wǎng)的路由器配置一個(gè)共享密碼，然后這些路由器所發(fā)送的每一個(gè)OSPF報(bào)文都會(huì)攜帶一個(gè)建立在這個(gè)共享密碼基礎(chǔ)之上的信息摘要。通過MD5算法以及OSPF的報(bào)文來(lái)生成相應(yīng)的信息摘要，當(dāng)路由器接收到這個(gè)報(bào)文之后，根據(jù)路由器上配置的共享密碼以及接收到的這個(gè)報(bào)文來(lái)生成一個(gè)信息摘要，并將所生成的信息摘要和接收到的信息摘要進(jìn)行對(duì)比，如果兩者一致那么就接收，如果不一致則丟棄。

二、OSPF路由協(xié)議安全性完善措施

相對(duì)來(lái)講OSPF的安全性較高，在很多時(shí)候外部對(duì)其進(jìn)行攻擊都是因?yàn)镺SPF路由沒有啟用密碼認(rèn)證機(jī)制或者是攻擊者對(duì)密碼破譯之后所實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然即使是啟用了密碼認(rèn)證也可以利用重放攻擊的方式來(lái)進(jìn)行攻擊。要加強(qiáng)其安全性需要注意以下幾點(diǎn)：

2.1 對(duì)于空驗(yàn)證與簡(jiǎn)單口令驗(yàn)證的防范

對(duì)于空驗(yàn)證和簡(jiǎn)單口令驗(yàn)證帶來(lái)的安全問題，可以啟用密碼驗(yàn)證來(lái)進(jìn)行防范。當(dāng)啟用密碼驗(yàn)證之后，OSPF報(bào)文會(huì)產(chǎn)生一個(gè)無(wú)符號(hào)非遞減的加密序列號(hào)。在附近的所有鄰居路由器中會(huì)存放該路由器的最新加密序列號(hào)。對(duì)于鄰居路由器所收到的報(bào)文的加密序列號(hào)需要大于或者等于所存儲(chǔ)的加密序列號(hào)，如果不滿足該要求則丟棄。

2.2 對(duì)于密碼驗(yàn)證漏洞的防范

在三種驗(yàn)證方案之中密碼驗(yàn)證是最為安全的一種，但是也并不是牢不可破的。即使是啟用了密碼驗(yàn)證也不代表所有報(bào)文內(nèi)容都是經(jīng)過加密后傳輸?shù)?，其中LSU報(bào)文頭部仍然會(huì)采用明文，這就存在被攻擊者篡改的可能性。即使是采用的MD5算法也并不是絕對(duì)安全，例如中國(guó)山東大學(xué)的科學(xué)家就已經(jīng)破解了MD5算法。對(duì)密鑰進(jìn)行管理與維護(hù)需要較高成本，所以可以考慮和其他成本較低的方式進(jìn)行結(jié)合，例如數(shù)字簽名技術(shù)。這樣可以對(duì)大部分的威脅進(jìn)行有效的抵御。

但是用于生成與驗(yàn)證簽名的開銷也是非常巨大的。一個(gè)路由器需要驗(yàn)證簽名的數(shù)量會(huì)受到很多因素的影響，例如網(wǎng)絡(luò)之中路由器的數(shù)量、對(duì)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的劃分、鏈路狀態(tài)信息的變化以及刷新頻率等等。在OSPF之中，因?yàn)槊恳粭l外部子網(wǎng)絡(luò)徑存在有單獨(dú)的鏈路狀態(tài)信息描述，因此在網(wǎng)絡(luò)之中就有可能存在有成千上萬(wàn)條這一類鏈路狀態(tài)信息。因此，還需要考慮到緩解這些信息對(duì)于路由器性能的影響。通常情況下采用的方法是在路由器之上采用額外的硬件，對(duì)OSPF路由協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，周期性或者是按需進(jìn)行驗(yàn)證簽名。在當(dāng)前的研究方向是在利用密碼體制安全性的同時(shí)，利用有效的入侵檢測(cè)技術(shù)讓OSPF的安全性得到保證。

三、結(jié)語(yǔ)

作為一種應(yīng)用非常廣泛的路由協(xié)議OSPF的安全性受到廣泛的關(guān)注，雖然其本身具有一定的安全性，但是卻難以滿足當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)安全形勢(shì)的需要。為此我們需要加強(qiáng)對(duì)OSPF安全性的研究，并積極思考如何對(duì)其安全性進(jìn)行完善。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞:WSN;路由協(xié)議;GEAR;GPSR

中圖分類號(hào):TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2010)04-0839-02

Routing of the Wireless Sensor Networks

HU Bai-yan

(School of Computer an Technology, Hubei Normal University, Huangshi 35002, China)

Abstract: Wireless Sensor Networks is composed of a large number of cheap sensor nodes who connet each other by the way ofnon-center and wireless multi-hop. This paper first introduces the properties,structures of WSN, and the classification of the routing.Then two kinds of routing based on the georaphy location and their advantages and defects are introduced in this paper.

Key words: WSN; routing; GEAR; GPSR

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wirless Sensor Network)是伴隨著微電子技術(shù)、嵌入式技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展而興起的一種新型的信息獲取技術(shù)。從其開始發(fā)展的20世紀(jì)90年代至今,受到業(yè)界的極大關(guān)注,被譽(yù)為是本世紀(jì)最具影響的技術(shù)之一。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由一組被隨意散步在工作區(qū)域的集成了傳感模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和通信模塊的傳感器構(gòu)成的能夠根據(jù)所處環(huán)境感知對(duì)象信息,自主完成指定的任務(wù)的自組織網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。在軍事領(lǐng)域、工業(yè)控制、醫(yī)療健康、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。具有大規(guī)模,無(wú)分區(qū),無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施的支持,以數(shù)據(jù)為中心,節(jié)點(diǎn)自組織性,節(jié)點(diǎn)體積小、成本低,多數(shù)節(jié)點(diǎn)不移動(dòng),多個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)同一事件(Many to One),要求網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有盡可能長(zhǎng)的工作時(shí)間等特點(diǎn)。

1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)[3]

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由匯聚節(jié)點(diǎn)、傳感節(jié)點(diǎn)和Internet及監(jiān)控系統(tǒng)組成,其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。傳感節(jié)點(diǎn)之間采用無(wú)線多跳、無(wú)中心的方式連接,既感知消息,又作為路由轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽并處理網(wǎng)絡(luò)發(fā)來(lái)的事件消息,查詢信息或任務(wù)等,將收集到的信息通過Internet或衛(wèi)星等送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心[4]。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)的路由協(xié)議

2.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)路由協(xié)議概述

不同于傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò),無(wú)線傳感器的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大,節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)部署,節(jié)點(diǎn)的計(jì)算、通信能力有限,攜帶的能量也有限。節(jié)點(diǎn)只能獲取網(wǎng)絡(luò)的局部拓?fù)湫畔?所以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性。

好的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議要求如下[5]:

1)能量高效性?？紤]硬件上的限制,路由協(xié)議應(yīng)該盡量簡(jiǎn)單。同時(shí),路由協(xié)議不僅應(yīng)考慮單個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量消耗,還需要考慮整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能量消耗的均衡性。

2)可擴(kuò)展性。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大,節(jié)點(diǎn)只能獲取局部信息,路由協(xié)議應(yīng)該能滿足大量節(jié)點(diǎn)協(xié)同全局工作。

3)魯棒性。路由協(xié)議應(yīng)該能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)變化及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化。

4)低延時(shí)性。路由協(xié)議應(yīng)盡可能的降低任務(wù)發(fā)出到應(yīng)答所需的時(shí)間,及時(shí)將數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)程控制中心。

2.2 無(wú)線傳感器路由協(xié)議分類

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議是將數(shù)據(jù)信息從源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)的機(jī)制。人們針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)需求研究了大量的路由協(xié)議,可以分為:1)以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議,其代表算法有SPIN(Flooding)[6],Directed Diffusion(Gradient)[7];2)基于集群結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議,其代表算法有LEACH[8],TTDD[9];3)基于地理信息的路由協(xié)議,其代表有GPSR[10],GEAR[11];4)基于QoS的路由協(xié)議,其代表有SPEED[12],RPAR[13]等。本文主要討論基于地理信息的路由協(xié)議。

2.3 基于地理信息的路由協(xié)議

1) GPSR[10]

GPSR(Greedy Perimeter Stateless Routing)是一種非常典型的基于地理信息的WSN的路由協(xié)議,其主要利用節(jié)點(diǎn)的地理位置信息,且假設(shè)所有節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行了位置的統(tǒng)一編址,每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用貪婪算法轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)發(fā)是選擇鄰居節(jié)點(diǎn)中離數(shù)據(jù)包的目的節(jié)點(diǎn)更近的方作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。

當(dāng)出現(xiàn)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的距離比任何鄰居節(jié)點(diǎn)都短時(shí),會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法傳輸。解決方法是采用邊界轉(zhuǎn)發(fā)。即數(shù)據(jù)沿著平面圖的邊界來(lái)發(fā)現(xiàn)路由。平面圖是一個(gè)二維空間的結(jié)構(gòu)且其內(nèi)無(wú)任意相交直線。對(duì)于GPSR算法,采用刪除網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中交叉的邊來(lái)構(gòu)造平面圖,構(gòu)造的算法有RNG(Relative Neighborhood Graph)、GG(Gabriel Graph)。

邊界轉(zhuǎn)發(fā)采用右手法則,如圖2,分組從y到x后,下一邊沿(x,y)逆時(shí)針上的第一條邊確定,以后同樣。轉(zhuǎn)發(fā)的具體方法如圖3所示。數(shù)據(jù)在x處進(jìn)入平面邊界轉(zhuǎn)發(fā),平面圖的邊把整個(gè)區(qū)域分成許多有界與無(wú)界區(qū),稱為face,數(shù)據(jù)沿face邊向目的節(jié)點(diǎn)D轉(zhuǎn)發(fā),沿同一face邊界時(shí)采用右手法則,遇到與xD相交邊時(shí),切換到下個(gè)face。

GPSR算法的優(yōu)點(diǎn)是:采用局部最優(yōu)的貪婪算法,節(jié)點(diǎn)不需要了解全網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),減小了路由的開銷。適用于節(jié)點(diǎn)靜態(tài)也適用于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。GPSR算法的缺點(diǎn)是:該算法需要其他定位方法來(lái)獲取節(jié)點(diǎn)的地理位置信息。節(jié)點(diǎn)需要維護(hù)鄰居節(jié)點(diǎn)的位置信息。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通信量不平衡時(shí),會(huì)破壞網(wǎng)絡(luò)的連通性,從而難以進(jìn)行路由。

GPSR的同類路由算法還有GRA,f-GEDIR,c-GEDIR,2-hop GEDIR等,都是在GPSR基礎(chǔ)上針對(duì)鄰居節(jié)點(diǎn)信息,及有局部?jī)?yōu)化問題時(shí)候采取的方式的改進(jìn)。

2) GEAR[11]

GEAR(Geographic and Energy-Aware Routing)是一種基于地理位置信息,同時(shí)還充分考慮到網(wǎng)絡(luò)的能源有效性的路由算法。此算法假定節(jié)點(diǎn)已知本身與目標(biāo)區(qū)域的地理位置信息,節(jié)點(diǎn)已知自己的剩余能量,且節(jié)點(diǎn)間的無(wú)線鏈路為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。路由選擇依據(jù)節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)區(qū)域的能量消耗和節(jié)點(diǎn)本身所剩能量,選取最小代價(jià)節(jié)點(diǎn)作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的方式。GEAR算法傳送數(shù)據(jù)包括兩個(gè)階段:查詢目的區(qū)域路徑和目標(biāo)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送。

在查詢目的區(qū)域路徑階段,如果所有鄰居節(jié)點(diǎn)能量相當(dāng)時(shí),采用傳統(tǒng)的貪婪算法來(lái)選擇轉(zhuǎn)發(fā),如不是,計(jì)算節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的代價(jià)來(lái)選擇鄰居作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)不知道實(shí)際代價(jià)時(shí),使用估計(jì)代價(jià)。設(shè)Ni為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的鄰居,R為目標(biāo)區(qū)域的中心位置。則節(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)的實(shí)際代價(jià)為:

(1)

估計(jì)代價(jià)為:

(2)

在域內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)階段,可使用兩種方式,一種為泛洪,在目標(biāo)區(qū)域密度較低時(shí)使用;一種為遞歸的目標(biāo)數(shù)據(jù)傳送,直到區(qū)域只剩唯一的節(jié)點(diǎn)。

當(dāng)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)拇鷥r(jià)都比本地節(jié)點(diǎn)大的時(shí)候,會(huì)出現(xiàn)路由空洞,數(shù)據(jù)無(wú)法傳輸,這個(gè)時(shí)候選擇鄰居節(jié)點(diǎn)中代價(jià)最小的作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。這時(shí)本地節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)代價(jià)為:

F(N,R)=F(Nmin,R)+C(N,Nmin)(3)

其中,C(N,Nmin)為數(shù)據(jù)從本地節(jié)點(diǎn)到代價(jià)最小的節(jié)點(diǎn)的代價(jià)。

GEAR路由協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)有:利用地理位置且考慮了節(jié)點(diǎn)的消耗與剩余能量,路由選擇可以達(dá)到局部最優(yōu),且使用區(qū)域遞歸算法對(duì)泛洪進(jìn)行補(bǔ)充。GEAR路由算法的缺點(diǎn)在于:可能會(huì)出現(xiàn)路由空洞,路由開銷較大,且不適合在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中用。

3 路由協(xié)議的研究成果與挑戰(zhàn)

在前面我們對(duì)現(xiàn)有的,尤其是基于地理位置信息的路由協(xié)議進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。在現(xiàn)階段,無(wú)線傳感器的路由協(xié)議的研究還面臨許多方面的挑戰(zhàn),主要體現(xiàn)在:

1) 能源有效性:怎樣能提高能量效率,實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的能量均衡,延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存周期。

2) QoS:由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量有限,負(fù)載不均等情況,所以傳統(tǒng)的QoS算法不適合于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的QoS路由協(xié)議目前是一項(xiàng)有挑戰(zhàn)性的課題。

3) 路由安全性:無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議極易受到攻擊,如何使用最小的代價(jià)獲得最好的安全性能,是今后努力的方向。

此外容錯(cuò)性、可擴(kuò)展性,IPV6與WSN的融合仍是WSN路由協(xié)議所面臨的挑戰(zhàn)。

4 小結(jié)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究從起步到現(xiàn)在,已經(jīng)取得了顯著的成果,本文僅重點(diǎn)介紹了經(jīng)典的兩種基于地理信息的WSN路由算法。在以后的研究中,如何更好的實(shí)現(xiàn)能量高效性,如何更好的支持節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的無(wú)線傳感器網(wǎng),如何具有更好的可擴(kuò)展性,如何適用于各種應(yīng)用的場(chǎng)合,發(fā)揮作用,仍是今后路由算法的發(fā)展趨勢(shì)。解決的辦法有專用領(lǐng)域?qū)Ｓ迷O(shè)計(jì),跨層路由協(xié)議的設(shè)計(jì)及進(jìn)行新技術(shù)的開發(fā)等[5]。

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篇4

關(guān)鍵詞：《路由協(xié)議與配置》實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式 實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施

《路由協(xié)議與配置》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)是一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，通過實(shí)驗(yàn)不但可以強(qiáng)化所學(xué)習(xí)的理論，而且可以把這些理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐技能。使他們畢業(yè)后能順利地到中小型企業(yè)、公司從事網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、組裝、管理和維護(hù)工作。為了實(shí)現(xiàn)這一教學(xué)目標(biāo)，構(gòu)建一個(gè)恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)教學(xué)模式極其重要。[1]

一、《路由協(xié)議與配置》實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式簡(jiǎn)介

《路由協(xié)議與配置》這門課程，主要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)的分析、設(shè)計(jì)、管理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)技能，加深對(duì)網(wǎng)絡(luò)理論知識(shí)的理解與應(yīng)用，以達(dá)到懂、建、管、用的目的。通過《路由協(xié)議與配置》實(shí)現(xiàn)全過程的教學(xué)，即從質(zhì)疑出的問題開始，經(jīng)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、釋疑或分析該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，寫出報(bào)告的過程中，是學(xué)生通過觀察和實(shí)驗(yàn)手段處理《路由協(xié)議與配置》問題時(shí)的基本程序和技能，具備敢于質(zhì)疑的習(xí)慣，嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的態(tài)度和不斷求索的精神，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力和操作能力，學(xué)會(huì)思考問題、解決問題，提高學(xué)生對(duì)《路由協(xié)議與配置》學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)和興趣，培養(yǎng)一技之長(zhǎng)。

《路由協(xié)議與配置》從本質(zhì)上說(shuō)是一門實(shí)驗(yàn)課程，理論的建立，都必須以嚴(yán)格的《路由協(xié)議與配置》實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)。在觀察和實(shí)驗(yàn)中，需要掌握基本程序和技能，要有嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的態(tài)度和勤于思考、尋求規(guī)律的探索精神，以及較強(qiáng)的觀察能力、思維能力和操作能力。為了更好地實(shí)現(xiàn)《路由協(xié)議與配置》實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，需要恰當(dāng)可行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，即“理論，實(shí)驗(yàn)，實(shí)訓(xùn)，設(shè)計(jì)”四位一體。理論，即課堂中所學(xué)的知識(shí)“夠用”即可;實(shí)驗(yàn)，即在學(xué)到的理論知識(shí)指導(dǎo)下，學(xué)會(huì)檢測(cè)某些《路由協(xié)議與配置》數(shù)據(jù)，學(xué)會(huì)使用基本的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，能按一定的要求正確完成《路由協(xié)議與配置》實(shí)驗(yàn)操作，分析和處理所得結(jié)果;實(shí)訓(xùn)，即與就業(yè)崗位緊密接軌的各種實(shí)驗(yàn);設(shè)計(jì)，即以現(xiàn)有就業(yè)崗位為目標(biāo)，推進(jìn)高級(jí)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。[2]

二、《路由協(xié)議與配置》實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施

行動(dòng)導(dǎo)向是一個(gè)教學(xué)論方案，它將認(rèn)知過程與職業(yè)活動(dòng)結(jié)合在一起，強(qiáng)調(diào)“為了行動(dòng)而學(xué)習(xí)，在行動(dòng)中學(xué)習(xí)”。教師是學(xué)的主導(dǎo)者和協(xié)調(diào)者，而學(xué)生則是學(xué)習(xí)的主體，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程遵循“資訊、計(jì)劃、決策、實(shí)施、檢查、評(píng)估”這一完整的行動(dòng)過程序列，在自己動(dòng)手的實(shí)踐過程中，掌握職業(yè)技能、習(xí)得專業(yè)知識(shí)，構(gòu)建屬于自己的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)體系。教學(xué)的關(guān)鍵在于為學(xué)生創(chuàng)建“學(xué)習(xí)情境”，所以主要的教學(xué)場(chǎng)所以實(shí)訓(xùn)室為中心，主要的教學(xué)組織形式是分組教學(xué)，主要教學(xué)方法為“理論，實(shí)驗(yàn)，實(shí)訓(xùn)，設(shè)計(jì)”四位一體。為了有效開展教學(xué)，我們根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)特點(diǎn)加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)環(huán)境的建設(shè)，我院組建了網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)訓(xùn)室，該實(shí)訓(xùn)室由5個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)組成。這樣的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室可以模擬出各種真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，滿足大多數(shù)的學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程教學(xué)要求。[3]

《路由協(xié)議與配置》實(shí)驗(yàn)的教學(xué)應(yīng)由淺入深、循序漸進(jìn)，由感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)。在教學(xué)中，興趣引導(dǎo)式教學(xué)是讓學(xué)生獲得對(duì)《路由協(xié)議與配置》的最直接認(rèn)識(shí)、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的方法。比如，在講解靜態(tài)路由這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，選舉現(xiàn)實(shí)生活中的例子――交通指示牌，既貼近生活，又易于理解。啟發(fā)實(shí)驗(yàn)式教學(xué)應(yīng)以問題為驅(qū)動(dòng)、引導(dǎo)學(xué)生思考和理解基本理論知識(shí)，并設(shè)置相關(guān)較容易理解并具有一定靈活性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目幫助學(xué)生們消化理論知識(shí)，啟發(fā)學(xué)生積極開動(dòng)腦筋把理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)。其特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體作用，實(shí)現(xiàn)教師主導(dǎo)作用與學(xué)生積極學(xué)習(xí)相結(jié)合;強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)書本知識(shí)與直接經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。一般來(lái)說(shuō)，啟發(fā)式教學(xué)可分為置問、設(shè)置場(chǎng)景、解問、反饋與評(píng)價(jià)等幾個(gè)環(huán)節(jié)。

《路由協(xié)議與配置》實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置應(yīng)以導(dǎo)出問題為出發(fā)點(diǎn)、以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和思考理論知識(shí)為目的;簡(jiǎn)單的驗(yàn)證式的實(shí)驗(yàn)難以引發(fā)學(xué)生思考，達(dá)不到啟發(fā)式教學(xué)的目的。因此，在制定和選擇合適的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之前， 應(yīng)當(dāng)首先確定教學(xué)的理論知識(shí)點(diǎn)的相應(yīng)問題，也就是啟發(fā)式教學(xué)的第一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)―――置問。此外，因?yàn)椴煌瑢哟螌W(xué)生的已有知識(shí)和理解能力有一定的差異，所以問題的確定也應(yīng)當(dāng)按照學(xué)生當(dāng)前的基礎(chǔ)水平來(lái)進(jìn)行;合適的問題才能激發(fā)他們解決問題的動(dòng)機(jī)，釋放出他們的活力。在興趣引導(dǎo)式教學(xué)階段從學(xué)生的表現(xiàn)可以大致了解他們當(dāng)前具備的基礎(chǔ)，可以由此進(jìn)行問題的設(shè)置。完成了置問后，接著可以選擇合適的實(shí)驗(yàn)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)需要注意的是實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)直觀易懂，并且為問題的提出完成順理成章的鋪墊，即具有目標(biāo)導(dǎo)向性;另外，也要具有一定的彈性，即實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)包含盡量多的因素，以適應(yīng)較多變化，避免出現(xiàn)限制學(xué)生思維的消極影響，有彈性的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景也有助于學(xué)生提出創(chuàng)造性、研究性課題。在實(shí)驗(yàn)中，可以采取小組實(shí)驗(yàn)的形式。在一個(gè)小組中，不同學(xué)生將逐漸承擔(dān)不同的角色，如對(duì)實(shí)驗(yàn)有深入了解的同學(xué)不只是自己正確就可以，還需要幫助其他同學(xué)共同完成，讓“小先生”的角色功能最大化。通過互動(dòng)，提高學(xué)生之間探討問題的熱情，使他們變被動(dòng)為主動(dòng)的進(jìn)行學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行之前，可適當(dāng)講述一些基本概念和基本原理，但不宜深入，更不能講述完一個(gè)章節(jié)或幾個(gè)章節(jié)之后再做實(shí)驗(yàn)，否則很容易引起學(xué)生對(duì)課程不感興趣甚至厭學(xué)。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行完之后，在課堂上應(yīng)按預(yù)先設(shè)置的問題和實(shí)驗(yàn)過程詳細(xì)展開分層理論模型的講述，在解釋問題的同時(shí)讓學(xué)生接受相關(guān)理論知識(shí)。講述完理論知識(shí)之后，學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握會(huì)由實(shí)驗(yàn)時(shí)的感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，此時(shí)教師可根據(jù)指導(dǎo)過程中觀察到的情況，請(qǐng)有代表性的小組派代表向全班講述本組實(shí)驗(yàn)體會(huì)和根據(jù)學(xué)習(xí)的理論知識(shí)作總結(jié)。教師鼓勵(lì)他們大膽表述自己的意見，發(fā)揚(yáng)教學(xué)民主并給出及時(shí)評(píng)價(jià)。最后教師針對(duì)各代表的報(bào)告情況，做出總結(jié)性講評(píng)。

三、《路由協(xié)議與配置》實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式評(píng)價(jià)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式評(píng)價(jià)中實(shí)行以人為本的整體性評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)開放化，立足社會(huì)需求，做到課程標(biāo)準(zhǔn)與職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)的接軌，實(shí)現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)與學(xué)生職業(yè)生涯發(fā)展的協(xié)調(diào)。評(píng)價(jià)主體多元化，不僅有學(xué)校和教師的評(píng)價(jià)，也有學(xué)生自評(píng)和互評(píng)，以及企業(yè)、行業(yè)的評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式評(píng)價(jià)方式綜合化，采用過程性評(píng)價(jià)、階段性評(píng)價(jià)和結(jié)果性評(píng)價(jià)相結(jié)合，教師評(píng)價(jià)、學(xué)生評(píng)價(jià)、社會(huì)評(píng)價(jià)相結(jié)合。[4]

四、小結(jié)

隨著高等職業(yè)教育的跨越式發(fā)展，教育市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)將日趨激烈，我院以“外語(yǔ)強(qiáng)，技能硬，綜合素質(zhì)高”為培養(yǎng)目標(biāo)，只有不斷更新理念，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革與創(chuàng)新， 才能培養(yǎng)出適應(yīng)不斷調(diào)整的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的高級(jí)技能應(yīng)用型人才，才能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展， 實(shí)現(xiàn)辦學(xué)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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篇5

關(guān)鍵詞 Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議；負(fù)載均衡；AODV；能量

1 引言

移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)(MANET) [1 ]是由一組移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過自組連接形成的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。不同于有線網(wǎng)絡(luò)，它不需要固定的基礎(chǔ)設(shè)施。由于其自組織性、快速部署和無(wú)須任何固定設(shè)施的特點(diǎn)，MANET 有廣泛的應(yīng)用，如戰(zhàn)地指揮控制、緊急災(zāi)難恢復(fù)、礦場(chǎng)操作和研討會(huì)信息共享。MANET 正作為重要的、有前途的研究領(lǐng)域受到極大關(guān)注。

如今按需路由協(xié)議是移動(dòng)ad hoc 網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最廣泛的一種路由協(xié)議。作為按需路由協(xié)議代表的AODV[2 ] 和DSR[3 ]都是以最短路徑作為路由選擇的標(biāo)準(zhǔn)，它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)輕負(fù)載情況下表現(xiàn)良好。然而，在高業(yè)務(wù)量的情況下，AODV和DSR 的性能都急劇惡化[4 ] ，部分原因是由于其在路徑選擇時(shí)傾向于使用相同的節(jié)點(diǎn)作為中間節(jié)點(diǎn)，大量的數(shù)據(jù)通過少量節(jié)點(diǎn)傳輸，引起網(wǎng)絡(luò)的阻塞，從而導(dǎo)致較高的分組時(shí)延，部分節(jié)點(diǎn)也會(huì)過早地電池耗盡。許多研究者認(rèn)識(shí)到，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí)，最短路徑并非是MANET 中用于路徑選擇的最佳度量[5 ，6 ] 。

與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡正受到越來(lái)越多的關(guān)注。MANE網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)在充當(dāng)終端角色發(fā)送和接收信息的同時(shí)，還作為路由中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息。由于MNANET網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，路由的選擇會(huì)直接影響網(wǎng)絡(luò)吞吐量，端到端時(shí)延，終端節(jié)點(diǎn)的能量消耗等參數(shù)。多數(shù)終端節(jié)點(diǎn)都采用有限電源模式，因此剩余能量就作為節(jié)點(diǎn)最寶貴的資源，一旦資源耗盡，終端節(jié)點(diǎn)就無(wú)法工作，也無(wú)法作為中繼節(jié)點(diǎn)繼續(xù)工作，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法正常運(yùn)行。然而，在一些節(jié)點(diǎn)能量耗盡的時(shí)候，其它節(jié)點(diǎn)還有過多剩余能量，這就造成了MANET網(wǎng)絡(luò)的能耗不公平性，還有些節(jié)點(diǎn)擔(dān)負(fù)著比其它節(jié)點(diǎn)更為重要的作用，一旦能量耗盡會(huì)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)造成巨大損失。因此，就需要在基于最短路徑路由的常規(guī)路由協(xié)議基礎(chǔ)上，更多的考慮網(wǎng)絡(luò)的能量損耗公平性，即負(fù)載均衡性能。

本文第2節(jié)介紹MANET 中負(fù)載平衡路由的相關(guān)工作;第3節(jié)描述路由協(xié)議LBAODV，提出一種新的路由選擇度量，它綜合考慮了節(jié)點(diǎn)的剩余能量，路徑的延時(shí)和跳數(shù)，試圖通過一種最優(yōu)路徑選擇算法來(lái)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中的低能量節(jié)點(diǎn)7第4節(jié)給出仿真環(huán)境、性能參數(shù)和仿真結(jié)果；最后提出結(jié)論和進(jìn)一步的研究工作。

2 負(fù)載均衡路由協(xié)議的研究

目前提出的負(fù)載均衡路由算法主要有：MRP –LB (Multi - Path Routing with Load Balancing) [7 ] 、MSR(Multi - Path Source Routing) [8 ] 、DLAR (Dynamic Load- Aware Routing) [9 ] 、LWR (Load Aware Routing) [10 ] 、LSR(Load - Sensitive on Demand Routing) [11 ] 和LBAR(Load - Balanced Ad Hoc Routing) [12 ] 。這些算法的選路準(zhǔn)則不再象普通的MANET 中的路由算法(如：AODV、DSR 等) 那樣，以“路由最短”作為選路準(zhǔn)則，而是通過一些能夠反映網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀態(tài)的信息來(lái)作為選擇準(zhǔn)則。表1 從選路準(zhǔn)則、性能評(píng)價(jià)、是否需要周期性發(fā)送信息三個(gè)方面列出了目前已提出的主要的負(fù)載均衡路由算法的特點(diǎn)。

由于現(xiàn)有的ad hoc 路由協(xié)議缺乏網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡能力，而且沒有考慮網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壽命，面對(duì)大量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，協(xié)議不能提供令人滿意的性能。針對(duì)上述的不足之處，本文提出了LBAODV協(xié)議是綜合路由的負(fù)載均衡，延時(shí)和跳數(shù)來(lái)選擇最優(yōu)路徑的。改進(jìn)主要基于以下幾個(gè)方面：

1）當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)收到RREQ消息后，首先判斷自己的剩余能量所處的狀態(tài)，進(jìn)而來(lái)判斷是否進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，從而防止了RREQ分組在全網(wǎng)范圍內(nèi)的不必要轉(zhuǎn)發(fā)和某些節(jié)點(diǎn)的失效，減少了網(wǎng)絡(luò)擁塞，提高了系統(tǒng)吞吐量，并且平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，延長(zhǎng)了重負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的生存時(shí)間。

篇6

關(guān)鍵詞：VANET；MCCR；路由算法；吞吐率

中圖分類號(hào)： TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AMCCR—A Distributed Routing Protocol in VANET

車載自組織網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)稱車載網(wǎng)絡(luò)（Vehicular Adhoc Networks，簡(jiǎn)稱VANET），是一種新型的正在發(fā)展中的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò).VANET是具有高動(dòng)態(tài)性的、快速移動(dòng)的短程無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，它是由在道路上的汽車之間（簡(jiǎn)稱V2V）以及汽車與路邊基礎(chǔ)設(shè)施間（簡(jiǎn)稱V2I）無(wú)線通信組成的自組織網(wǎng)絡(luò)，車載網(wǎng)絡(luò)有望支持的實(shí)際應(yīng)用包括交通警告廣播、動(dòng)態(tài)路線規(guī)劃等.然而VANET有著網(wǎng)絡(luò)吞吐率不高等問題，制約了它的推廣應(yīng)用，因此提供穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)連接和提高吞吐率成為近來(lái)VANET研究的熱點(diǎn)[1-3].

與傳統(tǒng)MANET不同的是：VANET具有節(jié)點(diǎn)移動(dòng)迅速，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻繁等特性[4-6].不少學(xué)者提出了各種路由協(xié)議來(lái)解決不同環(huán)境下VANET中的路由問題.無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)的路由協(xié)議根據(jù)路由發(fā)現(xiàn)過程的區(qū)別分為兩大類：按需（Ondemand）路由協(xié)議和表驅(qū)動(dòng)（Tabledriven）路由協(xié)議，它們都是單信道路由協(xié)議.一類是動(dòng)態(tài)源路由協(xié)議DSR （Dynamic Source Routing），DSR是一種按需路由協(xié)議，它允許節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)地發(fā)現(xiàn)到目的節(jié)點(diǎn)的多跳路由.另一類是基于目的節(jié)點(diǎn)序號(hào)距離矢量DSDV （DestinationSequenced DistanceVector）協(xié)議，DSDV[7]協(xié)議是基于BellmanFord路由機(jī)制的表驅(qū)動(dòng)路由算法，在該算法中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)一張路由表，該表包括網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有可能的目的節(jié)點(diǎn)和到那些目的節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)值.每一條記錄帶有一序列號(hào)，該序列號(hào)是由目的節(jié)點(diǎn)分配的.該序列號(hào)使得節(jié)點(diǎn)可以區(qū)分過時(shí)的路由和最近的路由，從而避免路由環(huán)的形成.

湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2012年第11期揭志忠等：VANET中一種分布式路由協(xié)議MCCR 1 包含虛擬鏈路的網(wǎng)絡(luò)模型及算法

為了提高VANET的吞吐率，采用多信道路由是一個(gè)趨勢(shì)，若同時(shí)采用合作機(jī)制，則能有效地提高整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的吞吐率.本文構(gòu)建了擴(kuò)展的適應(yīng)多信道基于合作機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)模型.設(shè)計(jì)了在多信道環(huán)境下有效的信道分配算法，以充分利用信道資源.

篇7

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議；算法改進(jìn)；LEACH算法

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）04-0-02

0 引 言

火災(zāi)是威脅人類安全的重要災(zāi)害之一，屬于人員密集型場(chǎng)所的學(xué)校是學(xué)生的聚集地點(diǎn)，如果滾滾濃煙和熊熊烈焰發(fā)生在我們美麗的校園時(shí)，那將是十分危險(xiǎn)的狀況。學(xué)生宿舍是校園內(nèi)最容易引發(fā)火災(zāi)的地方，因而預(yù)防學(xué)生宿舍發(fā)生火災(zāi)是防火工作的重點(diǎn)。針對(duì)此種危害巨大的事件設(shè)計(jì)出一種基于無(wú)線傳感器的防火網(wǎng)絡(luò)。

1 相關(guān)內(nèi)容

1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，通過多跳方式自組織成一個(gè)無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，各節(jié)點(diǎn)之間協(xié)作地感知、收集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并將此信息加以融合后發(fā)送給觀察者。WSN節(jié)點(diǎn)的布署具有快速展開，抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，不依賴于其他預(yù)設(shè)的軟、硬件設(shè)施。并且無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用之廣泛已經(jīng)涉及到各個(gè)領(lǐng)域，包括軍事、交通、工業(yè)、環(huán)保等眾多方面。

1.2 無(wú)線傳感器防火網(wǎng)絡(luò)

基于無(wú)線傳感器的防火網(wǎng)絡(luò)由一定數(shù)目的傳感器節(jié)點(diǎn)以無(wú)線自組織的方式形成。依次分為節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控中心以及終端的層次結(jié)構(gòu)。傳感器節(jié)點(diǎn)具有對(duì)數(shù)據(jù)處理和對(duì)信息進(jìn)行通信的能力，各傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)搜集周圍區(qū)域的各種信息，進(jìn)而將數(shù)據(jù)通過多跳的無(wú)線通信方式傳向匯聚節(jié)點(diǎn)。針對(duì)于學(xué)生宿舍無(wú)線傳感器的防火網(wǎng)絡(luò)是將傳感器節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域即住宿區(qū)域范圍內(nèi)，以物理位置的遠(yuǎn)近為依據(jù)自組織成簇，當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到周圍環(huán)境空氣中的溫濕度變化以及煙霧的比例如果超出設(shè)定的閾值，則傳感器向匯聚節(jié)點(diǎn)（監(jiān)控室）發(fā)送所采集到的異樣數(shù)據(jù)，此時(shí)監(jiān)控室便會(huì)發(fā)出類似警報(bào)等的通知信號(hào)從而達(dá)到防火及快速救火的目的。在此過程中，終端節(jié)點(diǎn)如何在耗能較小的情況下將檢測(cè)到的信息傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)將是本文研究的重點(diǎn)[1]。

2 適用于無(wú)線傳感器的防火網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議

在防火網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究中我們?nèi)砸詿o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)典的分簇路由協(xié)議LEACH算法為基礎(chǔ)。LEACH是一種典型的自適應(yīng)分簇路由協(xié)議。LEACH中首次定義了一種概念“輪”，每一輪由兩個(gè)階段組成，即簇的建立及穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信 [2]。在簇建立階段，處于傳感器網(wǎng)絡(luò)中鄰近區(qū)域的節(jié)點(diǎn)通過動(dòng)態(tài)的方式形成簇，并且以隨機(jī)的方式產(chǎn)生出簇頭；在數(shù)據(jù)通信階段，各簇區(qū)域內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給簇頭，而各簇頭對(duì)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理后將所得結(jié)果再傳輸給匯聚節(jié)點(diǎn)。為了延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間保持傳感器節(jié)點(diǎn)間能量的均衡消耗，按照輪周期性的隨機(jī)選舉策略選舉簇頭，每一輪簇頭選舉的方法為：編號(hào)為n的節(jié)點(diǎn)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)處于[0，1]之間的數(shù)，如果這個(gè)數(shù)小于已經(jīng)設(shè)置的閾值T（n），那么此節(jié)點(diǎn)將成為本輪工作的簇頭。T（n）的計(jì)算公式如下：

公式（1）中，r為當(dāng)前的運(yùn)行輪數(shù)，p為網(wǎng)絡(luò)中選出的簇頭數(shù)占節(jié)點(diǎn)總數(shù)的比例，G為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的前1/p輪沒有承擔(dān)過簇頭的節(jié)點(diǎn)集合。當(dāng)節(jié)點(diǎn)被選舉為簇頭后，便廣播一個(gè)聲明自己成為新簇頭的消息，而未當(dāng)選為簇頭的節(jié)點(diǎn)則根據(jù)接收到消息信號(hào)的強(qiáng)弱程度決定加入的簇，并發(fā)消息給該簇頭。各簇頭與其簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間通過CSMS＼MAC協(xié)議通信，簇頭使用TDMA方式為自己簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)分配不同的時(shí)隙進(jìn)行通信，簇內(nèi)普通節(jié)點(diǎn)只與簇頭通信只能在自己的時(shí)隙內(nèi)進(jìn)行，除此時(shí)隙之外節(jié)點(diǎn)的通信模塊將休眠，從而使得節(jié)點(diǎn)的能耗盡可能最小化[3]。此種方式的優(yōu)點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)可以等概率擔(dān)任簇頭，從而保持網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)能量消耗的相對(duì)均衡，延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行時(shí)間。其缺點(diǎn)有以下兩點(diǎn)：

（1）LEACH算法各簇頭使用單跳方式向匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸信息，其能耗的不均衡性導(dǎo)致該算法不適合大規(guī)模的工作網(wǎng)絡(luò)；

（2）存在動(dòng)態(tài)分簇導(dǎo)致簇頭頻繁變換和大量廣播當(dāng)選簇頭的消息等這樣的額外開銷。

3 對(duì)相關(guān)路由協(xié)議的改進(jìn)

4 對(duì)改進(jìn)算法的仿真

4.1 仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)置

仿真過程中的使用參數(shù)：網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)N=100；正方形仿真場(chǎng)景的邊長(zhǎng)M=100；各仿真節(jié)點(diǎn)初始能量E0=2×109；無(wú)線通信模型中的幾個(gè)重要參數(shù)分別設(shè)置為Efs=10，Eelec=50×103和Eamp=0.001 3；簇頭節(jié)點(diǎn)對(duì)單位數(shù)據(jù)融合所消耗的能量EDA=5×103；相對(duì)于正方形場(chǎng)景基站位置的坐標(biāo)p=[50，175]。

4.2 仿真結(jié)果與分析

首先在邊長(zhǎng)為100的正方形仿真場(chǎng)景內(nèi)以隨機(jī)方式部署100個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。在以上仿真場(chǎng)景下，未改進(jìn)的算法與改進(jìn)后的算法其每一輪的能量消耗如圖1所示。

從圖1可以看出，本文改進(jìn)后的算法在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中第一個(gè)節(jié)點(diǎn)能量消耗盡時(shí)，其網(wǎng)絡(luò)總能量明顯小于相同情況下的LEACH原算法的能耗，即改進(jìn)后的算法能夠相對(duì)均衡網(wǎng)絡(luò)中的能耗。

從上圖仿真結(jié)果可以看到改進(jìn)后的算法在延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期、均衡網(wǎng)絡(luò)能耗等各方面均比原算法優(yōu)越。原算法在選取簇頭時(shí)隨機(jī)因素比較大，每輪的簇頭選取中原算法均按照網(wǎng)絡(luò)前期運(yùn)行中的節(jié)點(diǎn)是否當(dāng)選過簇頭作為唯一的選擇條件，并不考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量及節(jié)點(diǎn)間的能量差異，這種選舉簇頭的方式會(huì)導(dǎo)致部分能量低的節(jié)點(diǎn)被選作簇頭從而嚴(yán)重加快這些節(jié)點(diǎn)的能量消耗速度。而本文改進(jìn)后的算法比較全面的考慮了一個(gè)重要因素――各個(gè)節(jié)點(diǎn)的剩余能量水平，即網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中會(huì)盡量選擇剩余能量較多的節(jié)點(diǎn)來(lái)充當(dāng)簇頭，并且保證當(dāng)選簇頭的節(jié)點(diǎn)其剩余能量要大于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)平均能量水平。

5 結(jié) 語(yǔ)

未來(lái)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議除了能夠高效地利用節(jié)點(diǎn)的有限資源，保證網(wǎng)絡(luò)的安全路由能力和各傳感器節(jié)點(diǎn)之間很好地協(xié)作之外，還應(yīng)該能夠支持網(wǎng)絡(luò)的一些個(gè)性需求。例如基于無(wú)線傳感器的防火裝置采用的路由協(xié)議應(yīng)保證網(wǎng)絡(luò)高度的移動(dòng)性、敏銳性及自組織能力，使傳感器網(wǎng)絡(luò)具備能夠作用在各種應(yīng)用場(chǎng)合中的能力。

參考文獻(xiàn)

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[4]畢艷忠，孫利民.傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)融合[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2004，31（7）：101-103.

篇8

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；剩余能量；最佳簇首分布；蟻群算法

中圖分類號(hào)：TP393.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）18-0025-02

Research of Clustering Routing Protocol based on Energy Efficient Wireless Sensor Network

DU Jia-xuan1，YANG Jun

（1.School of Mathematics and Computer， NingXia University，Yinchuan 750021，China； work Administration Center， NingXia University，Yinchuan 750021，China）

Abstract：Traditional cluster-based routing protocols do not perform so well in network energy consumption and lifetime when the network is large，because energy consumption among cluster-heads are not uniform，the route between BS and cluster-heads may be not the shortest，the low data transmission efficiency.To solve these problems， based on residual energy and the best distance of the cluster head proposed a distributed clustering routing protocols EDAC. The base station selects a candidate cluster head based on the residual energy ， to be selected cluster head should within the best cluster head distribution optimum distance， using AC algorithm find the shortest path between each cluster head so that multihop transmission data. The simulation with MATLAB shows that the EDAC outperforms LEACH nearly 20% in the network lifetime.

Key words： WSNs；Residual Energy；Best Cluster Head Distribution；AC

1 引言

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSNs[1]（Wireless Sensor Networks）是數(shù)目較大且具有計(jì)算能力和處理能力小型傳感器節(jié)點(diǎn)通過有限的能量供應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的自組織網(wǎng)絡(luò)。在有限的能量供應(yīng)下，傳感器節(jié)點(diǎn)將采集的感知數(shù)據(jù)通過某種協(xié)議傳送至基站，在這一過程中能量的有效利用是延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的關(guān)鍵。學(xué)者們針對(duì)WSNs中能量有效利用問題提出了很多新穎的想法，其中分簇思想由于在實(shí)際應(yīng)用中得到了良好的效果從而引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。LEACH（Low energy adaptive clustering hierarchy）[2]協(xié)議采取隨機(jī)性的選擇簇頭把能量的消耗分布在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)上。HEED[3]（Hybrid energy efficient distributed clustering）是基于混合能量和通信代價(jià)的特定概率公式選擇簇頭，剩余能量較高和低通信代價(jià)的節(jié)點(diǎn)才可以當(dāng)選簇頭，但是該協(xié)議不保證最優(yōu)的簇頭數(shù)和網(wǎng)絡(luò)連通性.

通過對(duì)以上文獻(xiàn)總結(jié)得出，已經(jīng)存在的算法都存在簇首分布不合理，簇間通信耗能較高，分簇不均勻等問題。本文充分考慮了以上各算法的不足之處，主要針對(duì)各算法中簇頭分布不均勻，簇間數(shù)據(jù)傳輸能耗較大的問題，提出一種綜合節(jié)點(diǎn)剩余能量又考慮簇頭分布、簇內(nèi)單跳簇間多跳分簇路由協(xié)議。

2 網(wǎng)絡(luò)模型和問題描述

本文采用的無(wú)線電能耗模型，發(fā)送端的能量主要消耗在無(wú)線電發(fā)送元件和功率放大器，接收端的能量主要消耗在無(wú)線電發(fā)送元件，實(shí)驗(yàn)采用自由空間（功耗損失）多徑衰減（功耗損失）信道模型，主要與發(fā)送端和接收端之間的距離有關(guān)。

傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送l-bit數(shù)據(jù)耗能：

（1）

傳感器節(jié)點(diǎn)接受1-bit數(shù)據(jù)耗能：

（2）

上式中，是發(fā)射電路元件功耗，為接收電路功耗，取決于數(shù)字編碼，過濾和信號(hào)擴(kuò)散方式。l是傳送的數(shù)據(jù)包的大小，d發(fā)送端和接收端之間的距離，和為放大器功耗，取決于接收者的距離和誤碼率。，為距離門限，根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)送者和接受者之間的距離，選擇自由空間信道模型或者多徑衰減信道模型。

3 改進(jìn)協(xié)議設(shè)計(jì)

改進(jìn)協(xié)議充分考慮了節(jié)點(diǎn)的剩余能量，與LEACH協(xié)議一致，本文也才用“輪”的概念。協(xié)議的沒輪分簇的建立和穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸兩階段。在簇建立過程中，我們首先由基站指定簇頭，由于初始能量相同，在以后的輪中我們根據(jù)節(jié)點(diǎn)的剩余能量選擇候選簇頭，候選簇頭如果在簇首最佳距離之間，則候選簇頭成為正式簇頭，并廣播已當(dāng)選簇頭的消息，根據(jù)信號(hào)的質(zhì)量非簇頭就近入簇。本文利用基于能耗的最優(yōu)簇頭數(shù)公式來(lái)計(jì)算控制簇頭數(shù)量。在數(shù)據(jù)傳送階段，我們利用蟻群優(yōu)化算法在簇頭之間找出一條最短的數(shù)據(jù)傳送路徑，有效的減少網(wǎng)絡(luò)開銷。算法使用的變量如下：節(jié)點(diǎn)剩余能量：ND_R_Energy，節(jié)點(diǎn)平均剩余能量：ND_Ave_R_Energy，簇頭數(shù)目：k。

3.1 簇的建立

在簇頭選舉開始時(shí)，第一輪簇頭由基站指派。第二輪開始時(shí)每個(gè)簇統(tǒng)計(jì)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的剩余能量信息，每個(gè)節(jié)點(diǎn)將自己的剩余能量發(fā)送給簇頭，各簇頭節(jié)點(diǎn)計(jì)算平均剩余能量，并且將計(jì)算所得結(jié)果傳送至基站，由基站計(jì)算整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的平均剩余能量?；緩V播帶有平均剩余能量的消息，如果簇頭的剩余能量大于平均剩余能量則繼續(xù)當(dāng)選簇頭，否則進(jìn)行下一輪分簇。與由于簇頭的產(chǎn)生是均勻分布在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的，從第三輪開始，在一個(gè)簇頭的管理范圍之內(nèi)，我們采取集中式簇頭選舉方式在每個(gè)簇范圍內(nèi)選舉簇頭，建立新的簇。如果沒有被任何簇加入，則自己發(fā)送廣播消息成為簇頭。具體算法步驟如下：

1）大于平均能量的傳感器節(jié)點(diǎn)放入集合A，并由大到小排序，即；

2）被當(dāng)做是第一個(gè)簇首，加入集合B中；

3）建立集合D，D是簇頭間距最佳距離范圍的集合。計(jì)算候選簇頭與的距離，并與集合D進(jìn)行比較，距離在集合D內(nèi)，則為簇首，加入簇首集合B中。否則，為普通節(jié)點(diǎn)；繼續(xù)計(jì)算下一個(gè)候選節(jié)點(diǎn)，繼續(xù)判斷，直到產(chǎn)生第二個(gè)簇首；

4）同理，在選擇第m（m>2）個(gè)簇頭時(shí)。必須保證它與前m-1個(gè)簇頭的距離都在D內(nèi)。

5）如果簇頭數(shù)達(dá)到計(jì)算得到的最優(yōu)簇頭數(shù)k，我們就停止本輪選舉過程。

6）通過以上的步驟我們可以得到集合，此后每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)管理簇成員節(jié)點(diǎn)。

7）如果需要重新分簇，我們主要考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量，簇成員節(jié)點(diǎn)之間計(jì)算簇頭競(jìng)爭(zhēng)概率，概率最大者成為簇頭，并廣播自己成為簇頭消息，其他節(jié)點(diǎn)根據(jù)最小接收能量就近入簇，如果沒有被任何簇加入，則自己發(fā)送廣播消息成為簇頭。簇頭選舉概率由公式（8）給出

（8）

3.2 穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸階段

分別將簇頭和基站的坐標(biāo)放入矩陣和中，利用蟻群優(yōu)化算法（AC）算法在簇頭和基站之間找到一條可行的最短路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[4]。為了避免數(shù)據(jù)傳輸集中于同一路徑，過早的消耗完此路徑上距離Sink節(jié)點(diǎn)較近節(jié)點(diǎn)的能量從而導(dǎo)致該節(jié)點(diǎn)失效，我們采取下面辦法：

程序流程

1）初始化：簇首和基站的總個(gè)數(shù)、簇首和基站坐標(biāo)、AC算法的相關(guān)參數(shù)；

2）基站運(yùn)行AC算法，得到一條最優(yōu)路徑并且記錄離Sink節(jié)點(diǎn)最近（n/4）節(jié)點(diǎn)的編號(hào)，計(jì)算這些節(jié)點(diǎn)的ND_R_Energy；

3）如果ND_R_Energy小于ND_Ave_R_Energy，將此節(jié)點(diǎn)加入AC算法的禁忌表，標(biāo)記為暫時(shí)不可傳輸節(jié)點(diǎn)。否則進(jìn)入第四步；

4）基站計(jì)算分析所得路徑是否可行，程序結(jié)束，節(jié)點(diǎn)開始數(shù)據(jù)傳送。否則，轉(zhuǎn)到第2步。

當(dāng)一輪數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，重新進(jìn)入簇的建立階段，進(jìn)行下一輪簇重構(gòu)，直至能量耗盡。

4 仿真結(jié)果分析

4.1 仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境

本實(shí)驗(yàn)采用Matlab軟件進(jìn)行仿真分析，我們主要對(duì)LEACH協(xié)議及改進(jìn)的EDAC協(xié)議進(jìn)行了模擬，從網(wǎng)絡(luò)的死亡節(jié)點(diǎn)對(duì)比情況來(lái)進(jìn)行性能分析。實(shí)際仿真參數(shù)相同如下表1所示。

4.2 性能分析

我們分別運(yùn)行LEACH協(xié)議，EDAC協(xié)議10次，網(wǎng)絡(luò)中平均死亡節(jié)點(diǎn)（總結(jié)點(diǎn)-存活節(jié)點(diǎn)）對(duì)比情況如圖7所示，由對(duì)比可知EDAC協(xié)議第一個(gè)死亡節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)要晚于LEACH協(xié)議（LEACH協(xié)議第一個(gè)節(jié)點(diǎn)死亡輪數(shù)是762，EDAC第一個(gè)節(jié)點(diǎn)死亡輪數(shù)為1050）。在死亡節(jié)點(diǎn)為80%時(shí)，LEACH協(xié)議運(yùn)行了大約1200輪，而EDAC協(xié)議已經(jīng)運(yùn)行了1500輪，從而EDAC協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)生存期延長(zhǎng)了20%。實(shí)驗(yàn)表明，EDAC協(xié)議有效延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)中第一個(gè)死亡節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間，而且在網(wǎng)絡(luò)有效的情況下，改進(jìn)算法明顯延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)的生命周期，最終有效提高了網(wǎng)絡(luò)的性能。

參考文獻(xiàn)：

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篇9

【關(guān)鍵詞】車聯(lián)網(wǎng) 路由協(xié)議 AODV DSDV DSR

[Abstract] Three typical routing protocols of AODV， DSDV and DSR in VANETs were simulated and analyzed. By adjusting the number of nodes， three indicators of average end-to-end delay， normalized routing overhead and delivery ratio of packets were compared for these routing protocols. Network environments suitable for these three protocols were analyzed. Their scalabilities were addressed. Simulation results show that DSDV protocol has worse scalability， while AODV and DSR protocols have better scalabilities.

[Key words]VANETS routing protocol AODV DSDV DSR

1 引言

VANETs（Vehicular Ad hoc Networks，車載自組織網(wǎng)絡(luò)）作為移動(dòng)自組網(wǎng)中的一種主流技術(shù)，具有無(wú)需基礎(chǔ)電信設(shè)施、動(dòng)態(tài)拓?fù)洹⒂邢迬挼奶匦?，同時(shí)也具有能量不受限、移動(dòng)速度快、移動(dòng)軌跡可預(yù)測(cè)的特點(diǎn)[1]。駕駛者依靠車聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)相互間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式的通信，能隨時(shí)掌握其他車輛部分信息和路況信息，并預(yù)先采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減少和避免交通事故的發(fā)生[2]。

2 VANETs中的協(xié)議類型

當(dāng)前，VANETs中的消息傳播機(jī)制可分為三類[3]：基于拓?fù)洌═opology based）、基于地理位置（Position based）、基于廣播（Broadcast based）。

文章主要研究基于拓?fù)涞南鞑C(jī)制，對(duì)其中的典型路由協(xié)議的可擴(kuò)展性進(jìn)行研究，即通過網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)增加時(shí)協(xié)議性能指標(biāo)的變化情況來(lái)了解不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的可擴(kuò)展性。

基于拓?fù)涞南鞑C(jī)制主要是利用鏈路信息來(lái)選擇從源節(jié)點(diǎn)至目的節(jié)點(diǎn)的消息傳播路徑，依據(jù)它們的驅(qū)動(dòng)方式，可劃分為先應(yīng)式（Proactive）[4]和反應(yīng)式（Reactive）[5]兩類，二者也分別稱為表驅(qū)動(dòng)路由和按需路由。

表驅(qū)動(dòng)路由的工作機(jī)理為：網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都事先建立其到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他各節(jié)點(diǎn)的路由表，并且實(shí)時(shí)對(duì)路由表進(jìn)行維護(hù)。當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求時(shí)，只需查詢事先建立的路由表來(lái)確定發(fā)送路由，從而降低數(shù)據(jù)傳遞時(shí)延，如DSDV（Destination Sequenced Distance Vector，目的序列距離矢量路由協(xié)議）[6]。

按需式路由協(xié)議無(wú)需預(yù)先建立路由表，只有當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，才啟動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)工作，而且節(jié)點(diǎn)只需建立到其他部分節(jié)點(diǎn)的路由表，如AODV（Ad-hoc Ondemand Distance Vector，按需距離向量路由協(xié)議）[7]、DSR（Dynamic Source Routing，動(dòng)態(tài)源路由）[8]。

可擴(kuò)展性是指網(wǎng)絡(luò)在一定的條件下可以擴(kuò)展到的規(guī)模?？蓴U(kuò)展性受很多因素的影響，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度與網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的改變都會(huì)在很大程度上影響網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。因此需要一種較為公平的仿真方案，使得可擴(kuò)展性盡量與網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模相關(guān)，而盡量與節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載無(wú)關(guān)。

3 仿真環(huán)境及參數(shù)

移動(dòng)模型采用Random Waypoint（隨機(jī)路點(diǎn)移動(dòng)模型），針對(duì)三種常用的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議DSDV、DSR和AODV，在預(yù)先設(shè)定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)場(chǎng)景之上，把節(jié)點(diǎn)數(shù)從50擴(kuò)展到100、150、200，假設(shè)50個(gè)結(jié)點(diǎn)分布在一個(gè)d×d的區(qū)域內(nèi)，則結(jié)點(diǎn)數(shù)為N的網(wǎng)絡(luò)范圍為，其中n為節(jié)點(diǎn)數(shù)。設(shè)d=1000m，則平均每個(gè)節(jié)點(diǎn)所占有的面積為2×104m2，保持該比例不變，在四種不同的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模下相應(yīng)的面積可用表1來(lái)表示。然后設(shè)定仿真環(huán)境（以50個(gè)節(jié)點(diǎn)為例），50個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，暫停時(shí)間（pause times）為0s、10s、20s、40s、100s，節(jié)點(diǎn)最大運(yùn)行速度（maximum speed）為20m/s，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆秶鸀?000×l000m，移動(dòng)模型為隨機(jī)點(diǎn)模型，通信源模型為連續(xù)比特速率，分組發(fā)送速率為2packet/s，無(wú)線網(wǎng)傳輸速率為1Mbps以及仿真時(shí)間為100s。

4 仿真結(jié)果及分析

4.1 分組平均遞交率

分組平均遞交率示意圖如圖1所示，該性能參數(shù)能反映網(wǎng)絡(luò)所能支持的最大吞吐量，它可以直觀地反映路由協(xié)議適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化的能力以及路由協(xié)議的正確性和完整性。

如圖1所示，三種路由協(xié)議在平均遞交率方面隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，都呈現(xiàn)出加速下降的趨勢(shì)，這是由于表驅(qū)動(dòng)型路由協(xié)議DSDV需要周期性地廣播路由信息，占用了部分鏈路帶寬，同時(shí)隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，開銷也快速增加，所以當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為50時(shí)，其平均遞交率指標(biāo)就出現(xiàn)明顯下降。并且由于DSDV協(xié)議是先驗(yàn)式的路由協(xié)議，節(jié)點(diǎn)在高速的移動(dòng)，鏈路很容易失效，一旦鏈路失效，無(wú)法快速地恢復(fù)鏈路建立，這就會(huì)導(dǎo)致分組的丟失。而兩種反應(yīng)式路由協(xié)議在50個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，仍能較好地運(yùn)行，分組平均遞交率接收率仍大于99%，這是由于按需路由只有在需要查找路由的時(shí)候才發(fā)送路由信息，避免了多余的路由信息。因此在相同場(chǎng)景中按需路由協(xié)議的分組傳送率優(yōu)于表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議，而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)到100時(shí)，DSDV的遞交率下降到了74%，兩種按需路由雖有下降，但遞交率仍然保持在94%～98%。當(dāng)進(jìn)一步增加網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，使之達(dá)到200個(gè)時(shí)，AODV的分組接收率指標(biāo)比其它兩種協(xié)議要優(yōu)異，這是由于AODV協(xié)議采用廣播方式進(jìn)行路由回復(fù)，而DSR協(xié)議采用單播的路由回復(fù)方式，從而使AODV協(xié)議中的MAC層耗費(fèi)低于DSR協(xié)議，所以AODV協(xié)議較DSR協(xié)議有更高的報(bào)文接收率。

4.2 路由開銷

在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載方面，由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模是遞增的，所以不宜用路由負(fù)載來(lái)衡量，故用傳送每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文所需要的控制報(bào)文數(shù)量來(lái)衡量路由開銷。這個(gè)性能參數(shù)是用來(lái)衡量協(xié)議效率以及可擴(kuò)張性在低帶寬情況以及擁塞時(shí)的性能和能耗效率。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送的數(shù)據(jù)報(bào)文由節(jié)點(diǎn)本身作為源節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)報(bào)文和轉(zhuǎn)發(fā)別的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)報(bào)文兩部分組成。如圖2所示，DSDV的路由開銷比AODV、DSR要小。這是由于DSDV是表驅(qū)動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都要實(shí)時(shí)的維護(hù)一張路由表，并周期性地更新它，以保持路由的及時(shí)性和有效性，所以有較小的路由開銷。兩種按需路由協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量小于100時(shí)性能相近，而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量達(dá)到200時(shí)，AODV的路由開銷大于DSR，這是由于DSR的控制報(bào)文是記錄源路由，而AODV記錄的是逐跳路由，當(dāng)鏈路失效時(shí)，AODV產(chǎn)生的RERR（Route Error，路由錯(cuò)誤）要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于DSR造成的。

4.3 端到端平均時(shí)延

在時(shí)延方面，三種路由協(xié)議的性能和分組遞交率類似，如圖3所示，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量小于100時(shí)，端到端平均時(shí)延小于0.1s，在正常范圍之內(nèi)。而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量增大到200后，三種協(xié)議的相應(yīng)時(shí)延均有很大程度的增加，已經(jīng)到達(dá)了秒級(jí)，尤其是DSDV，其時(shí)延增大到6s級(jí)別。雖然AODV相比較時(shí)延最小，但也達(dá)到了1s級(jí)別，這是因?yàn)镸AC層的負(fù)載會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)展而增加，當(dāng)MAC層的負(fù)載增加到一定程度時(shí)就會(huì)影響數(shù)據(jù)包的正常發(fā)送。DSR協(xié)議由于采用單播包使得其平均端到端時(shí)延大于AODV協(xié)議。從仿真數(shù)據(jù)來(lái)看，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)，DSDV不適宜實(shí)時(shí)性要求高的業(yè)務(wù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)VANETs網(wǎng)絡(luò)性能的影響是多方面的，路由協(xié)議只是諸多因素中的一種。本文對(duì)幾種路由協(xié)議的性能做了分析比較：（1）AODV協(xié)議的可擴(kuò)展性優(yōu)于DSR及DSDV協(xié)議，因此在拓?fù)渥兓l繁的VANETs網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，應(yīng)采用AODV路由協(xié)議。（2）分析仿真結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的AODV協(xié)議同樣也不適合大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，在節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)到200時(shí)，其性能表現(xiàn)較差。（3）AODV適于城市中的VANETs，當(dāng)在高速公路上時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的高速運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)拓?fù)鋾?huì)延緩AODV的收斂速度，產(chǎn)生大量不可靠的路由，繼而導(dǎo)致大量開銷。（4）基于AODV的改進(jìn)有很多，如文獻(xiàn)[9]提出的PGB（首選廣播組，Preferred Group Broadcasting），它通過降低轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)量來(lái)提高路由的穩(wěn)定性，降低因路由發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生的開銷。文獻(xiàn)[10]將DSR協(xié)議的路徑收集機(jī)制引入AODV協(xié)議，可在一次路由發(fā)現(xiàn)過程中建立更多的路由，從而提高網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)。文獻(xiàn)[11]中通過修改AODV中的一些報(bào)頭，使其能支持延時(shí)約束，并對(duì)延時(shí)進(jìn)行預(yù)測(cè)，有效提高了網(wǎng)絡(luò)性能。當(dāng)然，還有很多試圖提高協(xié)議性能的相關(guān)研究，相信隨著研究的不斷深入，適于車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的協(xié)議會(huì)不斷出現(xiàn)。

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篇10

近年來(lái)，車載自組織網(wǎng)絡(luò)(VANET)快速發(fā)展，路由協(xié)議的準(zhǔn)確分類歸納和對(duì)比分析對(duì)未來(lái)研究有重要的意義。針對(duì)VANET中路由協(xié)議歸類分析不完善和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行綜述，依次從基于拓?fù)?、地理和混合路由等方面進(jìn)行分類歸納，著重介紹了一些經(jīng)典的地理路由協(xié)議并對(duì)其特點(diǎn)和性能進(jìn)行分析，提出了優(yōu)缺點(diǎn)和改進(jìn)意見。重點(diǎn)分析地理路由中未來(lái)研究熱點(diǎn)的延時(shí)容忍路由(DTN)和機(jī)會(huì)路由協(xié)議，提出了VANET路由所面臨的主要挑戰(zhàn)和潛在的機(jī)遇，并指出明確的研究路徑。

關(guān)鍵詞:車載自組織網(wǎng)絡(luò)；地理路由協(xié)議；延時(shí)容忍路由協(xié)議；機(jī)會(huì)路由協(xié)議

中圖分類號(hào): TP393文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

英文標(biāo)題

Vehicular Ad Hoc network routing protocol and its research progress

英文作者名

FU Yuanke*, TANG Lun, CHEN Qianbin, GONG Pu

英文地址(

Chongqing Key Laboratory of Mobile Communications Technology, Chongqing University of Posts and Communications, Chongqing 400065, China

英文摘要)

Abstract:

In recent years, with the rapid development of Vehicular Adhoc NETwork (VANET), wellclassified routing protocol and comparative analysis are important for future study. This paper dealt with the ambiguous classification and deficient analysis of the routing protocol in VANET, classifying and summarizing the routing protocols on the basis of topology, geography and hybrid route in turn. Mainly introducing some classical routing protocols, it analyzed their characteristics and performance, and put forward the advantages and disadvantages as well as improvements. Special stress was put on the comparative analysis of Delay Tolerant Network (DTN) and opportunity routing protocol which would become hot spots for future geographic routing study. Besides, the major challenges and potential opportunities that VANET was facing were pointed out, which had laid the foundation of future protocol study and suggested the path to research clearly.

In recent years, with the rapid development of Vehicular Ad hoc NETwork (VANET), wellclassified routing protocol and comparative analysis has had vast importance for future study. This paper dealt with the ambiguous classification and deficient analysis of routing protocol in VANET, classifying and summarizing on the basis from topology, geography and hybrid route in turn. Mainly introducing some classical routing protocols, it analyzed their characteristics and performance, and put forward the advantages and disadvantages as well as improvements suggested. Laying special stress on the comparative analysis of Delay Tolerant Networks (DTN) and opportunity routing protocol that will become hot spots for future geographic routing study, it proposed the major challenges and potential opportunities that VANET is facing, which has laid the foundation of future protocol study and pointed out the path to research clearly.

英文關(guān)鍵詞Key words: Vehicular Ad hoc NETwork (VANET); geographic routing protocol; delay tolerance routing protocol; opportunity routing protocol

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