Ad-Hoc（點對點）模式：ad-hoc模式就和以前的直連雙絞線概念一樣，是P2P的連接，所以也就無法與其它網(wǎng)絡(luò)溝通了。一般無線終端設(shè)備像PMP、PSP、DMA等用的就是ad-hoc模式。 在家庭無線局域網(wǎng)的組建，我想大家都知道簡單的莫過于兩臺安裝有無線網(wǎng)卡的計算機(jī)實施無線互聯(lián)，其中一臺計算機(jī)連接Internet就可以共享帶寬。如下圖所示，一個基于Ad-Hoc結(jié)構(gòu)的無線局域網(wǎng)便完成了組建。

　　Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的前身是分組無線網(wǎng)（Packet Radio Network）。對分組無線網(wǎng)的研究源于軍事通信的需要，并已經(jīng)持續(xù)了近20年。早在1972年，美國DARPA（Defense Advanced Research Project Agency）就啟動了分組無線網(wǎng)（PRNET,Packet Radio NETwork）項目，研究分組無線網(wǎng)在戰(zhàn)場環(huán)境下數(shù)據(jù)通信中的應(yīng)用。項目完成之后，DAPRA又在1993年啟動了高殘存性自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)（SURAN,SURvivable Adaptive Network）項目。研究如何將prnet的成果加以擴(kuò)展，以支持更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，還要開發(fā)能夠適應(yīng)戰(zhàn)場快速變化環(huán)境下的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。1994年，DARPA又啟動了移動信息系統(tǒng)（GloMo,Globle Mobile Information Systems）項目。在分組無線網(wǎng)已有成果的基礎(chǔ)上對能夠滿足軍事應(yīng)用需要的、可快速展開、高抗毀性的移動信息系統(tǒng)進(jìn)行全面深入的研究，并一直持續(xù)至今。1991年成立的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)委員會采用了“Ad hoc網(wǎng)絡(luò)”一詞來描述這種特殊的對等式無線移動網(wǎng)絡(luò)。

　　路由技術(shù)擔(dān)負(fù)著為數(shù)據(jù)分組尋找路由和將其傳送到目的地的任務(wù)，是移動Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的一項關(guān)鍵技術(shù)，而路由算法和協(xié)議則是路由技術(shù)的內(nèi)容，直接關(guān)系到時延、吞吐率和成功率等網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)劣。對Ad hoc路由協(xié)議的研究具有參考意義。

　　1 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議

　　路由協(xié)議主要運行于路由器上，路由協(xié)議是用來確定到達(dá)路徑的，它包括RIP,IGRP,EIGRP,OSPF。起到一個地圖導(dǎo)航，負(fù)責(zé)找路的作用。它工作在網(wǎng)絡(luò)層。路由選擇協(xié)議主要是運行在路由器上的協(xié)議，主要用來進(jìn)行路徑選擇。

　　路由協(xié)議作為TCP/IP協(xié)議族中重要成員之一，其選路過程實現(xiàn)的好壞會影響整個Internet網(wǎng)絡(luò)的效率。按應(yīng)用范圍的不同，路由協(xié)議可分為兩類：在一個AS（Autonomous System，自治系統(tǒng)，指一個互連網(wǎng)絡(luò)，就是把整個Internet劃分為許多較小的網(wǎng)絡(luò)單位，這些小的網(wǎng)絡(luò)有權(quán)自主地決定在本系統(tǒng)中應(yīng)采用何種路由選擇協(xié)議）內(nèi)的路由協(xié)議稱為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（interior gateway protocol），AS之間的路由協(xié)議稱為外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（exterior gateway protocol）。這里網(wǎng)關(guān)是路由器的舊稱。現(xiàn)在正在使用的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議有以下幾種：RIP-1，RIP-2，IGRP，EIGRP，IS-IS和OSPF。其中前4種路由協(xié)議采用的是距離向量算法，IS-IS和OSPF采用的是鏈路狀態(tài)算法。對于小型網(wǎng)絡(luò)，采用基于距離向量算法的路由協(xié)議易于配置和管理，且應(yīng)用較為廣泛，但在面對大型網(wǎng)絡(luò)時，不但其固有的環(huán)路問題變得更難解決，所占用的帶寬也迅速增長，以至于網(wǎng)絡(luò)無法承受。因此對于大型網(wǎng)絡(luò)，采用鏈路狀態(tài)算法的IS-IS和OSPF較為有效，并且得到了廣泛的應(yīng)用。IS-IS與OSPF在質(zhì)量和性能上的差別并不大，但OSPF更適用于IP，較IS-IS更具有活力。IETF始終在致力于OSPF的改進(jìn)工作，其修改節(jié)奏要比IS-IS快得多。這使得OSPF正在成為應(yīng)用廣泛的一種路由協(xié)議?，F(xiàn)在，不論是傳統(tǒng)的路由器設(shè)計，還是即將成為標(biāo)準(zhǔn)的MPLS（多協(xié)議標(biāo)記交換），均將OSPF視為必不可少的路由協(xié)議。

　　1.1 Ad hoc路由協(xié)議的研究分類

　　近年來，研究人員提出了上百種路由協(xié)議的方案。可以根據(jù)不同的原則進(jìn)行分類研究：

　　(1)根據(jù)接收節(jié)點的數(shù)量[1]，可分為單播(unicast)：單播通信中目的節(jié)點只有一個，實現(xiàn)一對一的通信，單播路由協(xié)議是研究得多的路由協(xié)議；組播(multicast，也被稱為多播)：一對多的通信，目前有基于樹的多播路由協(xié)議和基于網(wǎng)格的多播路由協(xié)議；廣播(broadcast)：所有主機(jī)都接收數(shù)據(jù)。

　　(2)根據(jù)路由發(fā)現(xiàn)的策略可以分為先應(yīng)式(Poractvie)路由，也被稱為表驅(qū)動(Table-Driven)路由，以及反應(yīng)式(Reactive)路由，也被稱為按需(On-Demand)路由。所以其內(nèi)容可能僅僅是整個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息的一部分。典型的按需路由協(xié)議有DSR、AODV、TORA[8]。

　　(3)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)邏輯視圖的不同，可分為平面(Flat)路由與分級(cluster-based)路由。平面路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)邏輯視圖是平面結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較簡單，路由協(xié)議在平面的邏輯空間里運行，移動節(jié)點的地位是平等的，即主機(jī)和主機(jī)都是平等的。節(jié)點分為兩種類型:普通節(jié)點和簇頭節(jié)點，處于同一簇的簇頭節(jié)點和普通節(jié)點共同維護(hù)所在簇內(nèi)部的路由信息，簇頭節(jié)點負(fù)責(zé)所管轄簇的拓?fù)湫畔⒌膲嚎s和摘要處理，并與其他簇頭節(jié)點交換處理過后的拓?fù)湫畔ⅰ?/P>

　　1.2 三種典型的路由協(xié)議

　　1.2.1 目的節(jié)點序列距離矢量協(xié)議(DSDV)

　　DSDV是表驅(qū)動的平面路由協(xié)議，基于Bellman-Ford算法，通過給每個路由設(shè)定序列號避免路由環(huán)路的產(chǎn)生。在DSDV路由協(xié)議中，每個節(jié)點都必須存儲并維護(hù)一張路由表，該路由表記錄著目的節(jié)點、跳數(shù)、下一跳節(jié)點和目的節(jié)點序列號。其中目的節(jié)點序列號由目的節(jié)點分配，主要用于判別路由是否過時，并可防止路由環(huán)路的產(chǎn)生。但是在拓?fù)渥兓l繁的網(wǎng)絡(luò)中，DSDV存在一些問題：主要是節(jié)點維護(hù)路由信息的代價很高，因此不適用于規(guī)模大的網(wǎng)絡(luò)。

　　1.2.2 動態(tài)源路由協(xié)議(DSR)[9-10]

　　DSR是一種按需平面路由協(xié)議。每個節(jié)點都有路徑緩存器，而路徑信息則保存在每個封包的緩存標(biāo)題中。當(dāng)發(fā)送者發(fā)送報文時，在數(shù)據(jù)報文頭部攜帶到目的節(jié)點的路由信息，該路由信息由網(wǎng)絡(luò)中的若干節(jié)點地址組成，源節(jié)點的數(shù)據(jù)報文就通過這些節(jié)點的中繼轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)目的節(jié)點。這個過程一直持續(xù)到有一個路由請求分組到達(dá)目的節(jié)點。

　　若發(fā)現(xiàn)自己的地址已經(jīng)在記錄中，就停止廣播。每個請求都有一個由源節(jié)點所設(shè)置的ID號，每個節(jié)點都有一個路由緩存，存儲近轉(zhuǎn)發(fā)過的路由請求，以便查詢接收的是否為同一個請求，這樣保證每個節(jié)點只轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)路由請求分組到達(dá)目的節(jié)點時，節(jié)點要返回一個路由應(yīng)答分組，通知節(jié)點己收到該路由請求。DSR協(xié)議主機(jī)不需要周期性地發(fā)送路由發(fā)現(xiàn)報文，支持主機(jī)睡眠。但是數(shù)據(jù)收發(fā)的每個報文都需要攜帶完整的路由信息，減低了網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率。

　　1.2.3 AODV

　　AODV路由協(xié)議是一種按需路由協(xié)議，允許節(jié)點獲得許多路徑到達(dá)它所需要到達(dá)的目的節(jié)點，而且不要求節(jié)點維護(hù)這些路由信息。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，它能快速收斂，具有斷路的自我修復(fù)功能，不但計算量小，存儲資源消耗小，而且對網(wǎng)絡(luò)帶寬占用也小。通過使用目的節(jié)點序列號，協(xié)議實現(xiàn)了無環(huán)路由，并且避免了無窮計數(shù)的問題。為了避免單向鏈路引起的錯誤操作，協(xié)議引入了一個黑名單，把和自己是單向鏈路的鄰居節(jié)點放入黑名單中。

　　AODV有四種基本的協(xié)議幀:RREQ(Route Request)幀、RREP(Route Reply)幀、RERR(Route Error)幀和RREP-ACK幀格式。

　　當(dāng)一個節(jié)點要傳送封包給另一個目的節(jié)點時，會先去檢查它的路由表。若找不到到達(dá)目的節(jié)點的路徑信息時，便廣播RREQ尋找路徑，收到RREQ的節(jié)點去檢查是否是發(fā)給自己的，如不是就查看是否有以自己為中繼的可達(dá)目的節(jié)點的路由，如沒有，就修改封包內(nèi)的信息后廣播出去。每個RREQ都有一個ID，當(dāng)節(jié)點收到RREQ后可以確認(rèn)自己是否收到一個ID，如收到過久則丟棄，以確保循環(huán)的產(chǎn)生。

　　2 路由協(xié)議的性能分析

　　衡量Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的性能一般有定性指標(biāo)和定量指標(biāo)兩種。

　　2.1 定性指標(biāo)

　　定性指標(biāo)從整體上描述網(wǎng)絡(luò)某個方面的性能，如安全性、分布運行性、提供無環(huán)路由、是否按需路由等。

　　MANET路由協(xié)議的定性屬性包括:

　　(1)適應(yīng)動態(tài)拓?fù)洌阂苿覣d hoc網(wǎng)絡(luò)是一種高度動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，其拓?fù)洳粩嘧兓?，路由協(xié)議的設(shè)計要滿足拓?fù)涞膭討B(tài)變化。

　　(2)減少控制開銷：移動節(jié)點通?？?a target="_blank">電池供電，資源有限，協(xié)議的設(shè)計要節(jié)約資源，控制開銷要小。

　　(3)分布式操作:這是一個基本屬性，但也應(yīng)該被規(guī)定。

　　(4)無環(huán)路:雖然按照某些定量標(biāo)準(zhǔn)(如性能標(biāo)準(zhǔn))來說不是必須的，但卻可以避免諸如壞情況現(xiàn)象。

　　(5)基于需求的操作:在網(wǎng)絡(luò)中，讓路由算法適應(yīng)基于按需流量模式，而不是假設(shè)一種不變的流量分布(在任何時刻在所有節(jié)點之間維護(hù)路由)，是一種更好的方法。如果可以智能地做到這一點，則可以更加有效地利用網(wǎng)絡(luò)能源和帶寬資源，其代價是增加了路由發(fā)現(xiàn)的延時。

　　(6)先應(yīng)操作:基于需求操作比較不重要的方面。在某些情況下，基于需求操作增加的延時是不可接受的。如果帶寬和能源允許，在這種情況下，就需要先應(yīng)式的操作。

　　(7)“睡眠”周期操作:基于能量保存，或其他某種非活動的需要，MANET節(jié)點在某段時間內(nèi)可能會停止發(fā)送和/或接收。路由協(xié)議應(yīng)該能適應(yīng)這種睡眠周期，而不產(chǎn)生非常不利的后果。

　　(8)路由方式和路由更新方式:不同的路由方式和路由更新方式對協(xié)議的影響是巨大的，所有路由協(xié)議都必須有路由方式的效率和路由更新方式的效率。

　　典型協(xié)議定性分析如表1所示。

　　2.2 定量指標(biāo)

　　定量指標(biāo)可以更細(xì)致地刻畫網(wǎng)絡(luò)某方面的性能，本文主要對以下幾個性能指標(biāo)進(jìn)行分析:

　　(1)數(shù)據(jù)包成功接收率

　　數(shù)據(jù)包成功接收率是應(yīng)用層信宿接收包數(shù)目與信源發(fā)送的包數(shù)目之比[11]。描述是通過應(yīng)用層觀察到的丟包率，它是路由協(xié)議完整性和正確性的指標(biāo)。

　　數(shù)據(jù)包成功接收率=成功接收分組數(shù)/發(fā)送分組數(shù)

　　(2)端到端平均時延

　　端到端的平均延遲包含所有可能的延遲時間的總和，如發(fā)現(xiàn)路徑的緩沖時間、MAC層的重傳時間、傳送時間等?？梢杂檬?1)計算：

　　式中，N表示成功傳輸?shù)姆纸M數(shù)，rti表示分組到達(dá)目的節(jié)點的時間，sti表示分組被發(fā)送的時間。

　　(3)路由開銷

　　路由開銷是計算所有路由控制報文(包括路由尋找報文、路由響應(yīng)報文和路由錯誤控制報文)的總的字節(jié)數(shù)與所有報文的字節(jié)數(shù)之比。對于經(jīng)過多跳路由傳輸?shù)姆纸M而言，每經(jīng)過一跳，就增加報文傳輸。路由開銷主要是用來衡量路由協(xié)議的效率。

　　路由開銷=路由控制報文字節(jié)數(shù)/所有報文的字節(jié)數(shù)

　　(4)分組數(shù)據(jù)的丟包率

　　丟棄的數(shù)據(jù)包數(shù)/發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)

　　(5)個封包的接收時間參數(shù)用來評估路由協(xié)議的收斂時間。

　　3 基于NS-2仿真環(huán)境的路由協(xié)議性能分析

　　3.1 NS-2簡介和仿真場景建立

　　NS(Network Simulator)[12]網(wǎng)絡(luò)仿真器，網(wǎng)絡(luò)模擬器第二版NS-2(Network Simulator，Version 2)，初是由美國加州大學(xué)伯克利分校(UC Berkeley)開發(fā)，目的是為了研究大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)和未來網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的交互行為。它是一款開放源代碼的網(wǎng)絡(luò)模擬軟件，一直以來都在吸收全世界各地研究者的成果，包括CMU大學(xué)和SUN等公司的無線網(wǎng)絡(luò)方面的代碼。

　　仿真實驗中，仿真時間設(shè)為120 s，所有節(jié)點一直處于移動狀態(tài)，業(yè)務(wù)代理設(shè)置為CBR流，的連接數(shù)為10條，每秒發(fā)出10個封包。在800 m×600 m的范圍內(nèi)，節(jié)點數(shù)分別設(shè)為100、150、200、250、300、400，分別對三種典型路由協(xié)議進(jìn)行仿真。

　　3.2 仿真結(jié)果及分析

　　對仿真后的trace文件進(jìn)行分析，AODV結(jié)合了DSR和DSDV兩個協(xié)議的優(yōu)點，因此一直有較高的數(shù)據(jù)包投遞率，而且較為穩(wěn)定，但是DSR不適合規(guī)模較大的網(wǎng)絡(luò)。由圖1可知，當(dāng)節(jié)點數(shù)量增多且不停移動時，DSDV封包的送達(dá)比例較低，原因是DSDV的路由表更新不夠快，當(dāng)鏈路發(fā)生變化時，節(jié)點不能感知，還使用原來的路由發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致路由包的丟失。而DSR不適合規(guī)模大的網(wǎng)絡(luò)。

　　由圖2可知，在節(jié)點數(shù)量較小時，平均傳輸延遲相當(dāng)，隨著節(jié)點數(shù)量的增加，DSDV比DSR和AODV大，說明DSDV路由表建立后，隨著節(jié)點移動和節(jié)點數(shù)的增加，需要更新路由表次數(shù)更頻繁，影響包傳送的時間。

　　以圖3中可以看出，DSR個封包的接收的時間比較早，AODV次之，DSDV慢。說明DSDV雖然是表驅(qū)動的先應(yīng)式路由協(xié)議，但是當(dāng)節(jié)點都在移動時，不見得有可使用的路由協(xié)議，等到節(jié)點更新路由表時，已經(jīng)花了一段時間。而DSR協(xié)議收斂的速度快，AODV次之。

　　作為下一代網(wǎng)絡(luò)重要的組成部分，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)成為目前的研究熱點之一，其關(guān)鍵技術(shù)路由協(xié)議的研究由于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化、資源受限等特點成為具有挑戰(zhàn)性的課題。通過上面仿真分析可以看出，按需路由由于是表驅(qū)動的路由，也提出了多種按需路由方案。通過分析現(xiàn)有路由綜合其優(yōu)點加以實現(xiàn)，還需要深入的研究。