隨著近年來計算機和無線通信技術(shù)的發(fā)展,移動無線計算機技術(shù)得到了越來越廣泛的普及和應(yīng)用。
由于不再受到線纜鋪設(shè)的限制,配備移動計算機設(shè)備的用戶能夠方便而自由地移動,并可以與其他人在沒有固定網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的情況下進行通訊。
對于這樣的情況,他們可以組成一個移動Adhoc網(wǎng)絡(luò),或者組成移動的無線網(wǎng)狀網(wǎng)。移動的無線網(wǎng)狀網(wǎng)是一個無線移動路由器(及其連接主機)組成的自主系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠隨機移動,可自動適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓撲更新,甚至不需要任何骨干網(wǎng)或者網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。
除了移動無線網(wǎng)狀網(wǎng)外,最近也出現(xiàn)了越來越多的固定無線網(wǎng)狀網(wǎng)的商業(yè)應(yīng)用。其中一個典型的例子是“社區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)”。它用于為先前沒有因特網(wǎng)寬帶接入的社區(qū)提供接入。在這些固定“社區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)”中,每一個無線路由器不僅為其用戶提供因特網(wǎng)接入,并且是這個網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的一部分——將數(shù)據(jù)在無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中無線路由到其目的地。
一個基于3層路由的無線網(wǎng)狀網(wǎng)具備高度的靈活性和與生俱來的容錯性。該網(wǎng)絡(luò)簡化了視距傳輸問題,并以最小量的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和互聯(lián)成本擴展網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和覆蓋。在現(xiàn)實生活中,也有混合型的無線網(wǎng)狀網(wǎng)存在:網(wǎng)絡(luò)中一部分網(wǎng)狀網(wǎng)路由器是移動的,而其他網(wǎng)狀網(wǎng)路由器是固定的。
無論是哪種情況(移動或固定或混合),無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)都有一些顯著的特性,例如:高動態(tài)性,智能性,端對端最佳路徑選擇,多跳性,通常帶寬有限和計算能力不足。無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的高動態(tài)性的原因有兩個:第一,路由器本身可能移動(如在移動或混合無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中),并造成網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的快速變動。第二,即使路由器本身不移動(如在固定無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)),由于干擾、地理和環(huán)境等因素,無線電鏈路的質(zhì)量仍可能發(fā)生快速變化。
從以上這些特性可以知道,完備的無線網(wǎng)狀網(wǎng)路由協(xié)議必須需要具備一下特點:
•分布式操作
•快速收斂(保證更快的移動)
•可擴展性
•適用于大量的小型設(shè)備
•只占用有限的帶寬和計算能力
•主動式操作(減少初始延遲)
•在選擇路由時考慮無線電鏈路的質(zhì)量和容量
•避免環(huán)路
•安全性等
注1:社區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)概念在美國等發(fā)達國家非常流行,在中國還處于開發(fā)階段。
除了為有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的傳統(tǒng)路由協(xié)議外(如OSPF,Rip),也有大量為移動adhoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的路由協(xié)議,這類路由協(xié)議一般被分為兩個大類:
反應(yīng)式路由協(xié)議(如AODV、DSR、TORA)。該類協(xié)議只在需要的時候才發(fā)現(xiàn)并維持路由。為了適應(yīng)流量的需要,它們能夠更有效地使用電源和帶寬資源,其代價是增加路由發(fā)現(xiàn)的延遲。
主動式路由協(xié)議(如DSDV、OSLR)。該類協(xié)議總是維持到達每個可能的目的地的路由——協(xié)議假設(shè)這些路由都可能被用到。在某些情況下,由反應(yīng)式路由協(xié)議所造成的額外延遲可能是不可接受的。對于這些情況,假如帶寬和電源資源答應(yīng),那么主動式路由協(xié)議更受歡迎。
傳統(tǒng)的路由協(xié)議(如OSPF,RIP)是專為有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的。它們不能夠很好處理無線網(wǎng)狀網(wǎng)環(huán)境中常見的拓撲結(jié)構(gòu)和鏈接質(zhì)量的快速變化。它們可分為兩大類,根據(jù)其設(shè)計理念:(一)距離向量(distancevector);(二)連接狀態(tài)(linkstate)。距離向量路由協(xié)議(如RIP)是用在早期英特網(wǎng)絡(luò),例如ARPANET。其主要優(yōu)點是簡單且有效率的距離向量運算辦法。但是,這種方法存在收斂慢、易出現(xiàn)路由環(huán)路等問題。連接狀態(tài)路由協(xié)議(如OSPF)的特點是,所有路由器均保存全網(wǎng)絡(luò)拓撲信息并做周期更新(linkstateperiodic update)。并且任何一個環(huán)節(jié)的改變引發(fā)即時更新。相對于傳統(tǒng)的距離向量路由協(xié)議,連接狀態(tài)路由協(xié)議有全拓撲訊息,因此防止路由環(huán)路較輕易且收斂速度較快報。不幸的是,連接狀態(tài)路由協(xié)議靠全網(wǎng)廣播(flooding)來傳遞最新信息,因此,尤其是在高移動性(或嚴重?zé)o線電干擾造成連接狀態(tài)跳動)的時侯,為了跟上快速變化的拓撲,此類協(xié)議會耗費大量的網(wǎng)絡(luò)資源與路由器處理能力和產(chǎn)生過多的控制開銷,而使其變得不可行。
許多現(xiàn)有adhoc路由協(xié)議在處理快速拓撲變化方面取得了顯著的改善。例如,AODV協(xié)議是一種反應(yīng)式距離向量路由協(xié)議。其基本想法是只在需要的時候才發(fā)現(xiàn)并計算路由,利用查詢(query)/響應(yīng)(response)包來發(fā)現(xiàn)目的地的路線。不過,由于實際數(shù)據(jù)包傳輸之前,路線須被發(fā)現(xiàn)。使用反應(yīng)式路由協(xié)議會增加初始延遲(InitialDelay)。而且,當(dāng)移動性和負荷均高時,此種反應(yīng)式路由協(xié)議可蒙受巨大協(xié)議負荷。仿真結(jié)果顯示這些協(xié)議在高移動性和高負荷下有無法容忍的丟包和延時發(fā)生。此外絕大多數(shù)現(xiàn)有的協(xié)議,無論是傳統(tǒng)的還是類似Adhoc的,在適應(yīng)無線電常見的鏈路質(zhì)量快速變化時,在可擴展性和穩(wěn)定性方面還存有嚴重的問題。
最近一項新的無線路由協(xié)議,阿德利亞的自適應(yīng)無線路由(AWR),可解決上述問題,并在下一段介紹。
阿德利亞自適應(yīng)無線路由協(xié)議(AdaptiveWirelessRoutingPRotocol,簡稱AWR)是專為無線網(wǎng)狀組網(wǎng)設(shè)計的自適應(yīng)的、分布式的主動式路由協(xié)議。
在AWR中,每個路由器都維持一個包含所有必要信息的路由表,以便將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到其目的地。每個路由表的條目都經(jīng)過了非凡的處理,能夠相互分辨出是舊有的還是新的路由,從而有效避免路由環(huán)路。
在AWR中,每個節(jié)點都持續(xù)跟蹤其與周邊節(jié)點的連接狀況,并敏感地發(fā)現(xiàn)斷掉的連接。為在動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)中保持路由表的一致性,每個節(jié)點都周期性地與周邊節(jié)點相互溝通并交換信息,還會在出現(xiàn)重要新信息時馬上進行再溝通。除了路由環(huán)路避免機制(該機制消除了致使大多數(shù)距離向量路由協(xié)議備受困擾的路由環(huán)路問題)外,一個非凡的消息機制也被引入,用于進一步加強收斂速度,以及通過讓路由盡可能本地化來減少路由開銷。為進一步改善路由的自適應(yīng)性和穩(wěn)定性,AWR維持多條到達每個目的地的路由,這是為了快速的錯誤恢復(fù)和負載均衡。在任何時刻,所有的路由都保證是不會發(fā)生環(huán)路的。
AWR在移動和固定的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中都表現(xiàn)非常出色。它綜合了多種具有吸引力的特點:
•完全分布式結(jié)構(gòu),提供鏈路和節(jié)點運作性能短時異常后的自我恢復(fù),確保沒有系統(tǒng)級的單點故障;
•動態(tài)性,自適應(yīng)性,主動式路由:自動組網(wǎng),自我恢復(fù),減少初始延遲;
•快速收斂:保證高移動性和大幅度提升服務(wù)能力;
•對拓撲結(jié)構(gòu)和鏈接質(zhì)量的變化靈活自適應(yīng);
•通過考慮鏈路質(zhì)量,最大化用戶的吞吐量(對無線網(wǎng)狀網(wǎng)來說極其重要)
•高度的可擴展性(低的計算和通訊開銷)。對于鋪設(shè)大規(guī)模的無線網(wǎng)狀網(wǎng)來說尤其重要;
•任何時刻簡便地實現(xiàn)無路由環(huán)路
•每個目的地擁有多條無環(huán)路的路由以便快速故障恢復(fù)和負載平衡
•安全性(所有路由包都有加密和認證)
•支持多電臺、多跳的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)
•獨有的區(qū)分由移動性、路由器故障等造成的暫時性無線信號衰減和實質(zhì)性的無線鏈路丟失的能力
AWR已被用于許多實際場合。許多仿真和試驗結(jié)果也顯示:AWR在移動和固定的無線網(wǎng)狀網(wǎng)中都表現(xiàn)良好,并且AWR在更多的客戶應(yīng)用中相對于其它同類路由協(xié)議均表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。
上圖顯示了AWR在一段時間前對比其它四個聞名的路由協(xié)議AODV,DSR,OLSR和DSDV的仿真測試結(jié)果。測試由世界電聯(lián)(ITU)所推薦的仿真軟件CP2執(zhí)行。如圖中所示,AWR相對其它協(xié)議均有突出的性能優(yōu)勢:
AWR有最高的數(shù)據(jù)包送達率;
AWR有最小的平均延遲;
AWR在移動性增加和流量負載增加時均有最好的韌性;
AWR在復(fù)雜環(huán)境(如高移動性,大流量)下表現(xiàn)非凡突出,大大超過其他同類協(xié)議;
AWR規(guī)格化的路由負載相比其它主動式路由協(xié)議更小,并且在移動性,網(wǎng)絡(luò)規(guī)格和流量負載逐漸增加時相當(dāng)穩(wěn)定(對路由協(xié)議的可擴展性來說非常需要的屬性)。
AWR作為無線路由協(xié)議的佼佼者,并不局限于無線網(wǎng)狀網(wǎng)的應(yīng)用。更多的無線網(wǎng)絡(luò),只要涉及無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點故障,拓撲變化或鏈路質(zhì)量變化,都可以使用AWR路由協(xié)議。現(xiàn)在,AWR又有新的提升,在效率上又有進步。
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