路由協議精選(九篇)

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第1篇：路由協議范文

一、動態路由協議OSPF

在計算機網絡中，路由器是一個轉運站，網絡數據的目的是網絡通過路由器進行轉發，轉發是基于路由表。路由協議路由表，路由協議，作為一種重要的TCP / IP協議的，路由過程實現好壞將直接影響到整個網絡的效率。簡單網絡可以通過靜態路由協議之間的網絡路由，如果您正在使用一個靜態路由協議，路由表將會非常大，靜態路由不會考慮網絡負載的現狀，并不能自動適應網絡拓撲的變化和路由效率。所以，在現代計算機網絡，通常使用動態路由協議自動計算最佳路徑。OSPF動態路由協議，使用SPF演算法，用于選擇最佳路徑。基于帶寬更快的收斂速度，支持變長子網掩碼VLSM，路由強大的測量大型網絡（255），大多數人支持OSPF路由器的數量，現在已經成為最廣泛使用的動態路由協議的內部網關協議。

二、動態路由協議分類

（1）根據角色路由協議的范圍可分為：內部和外部網關協議。內部網關協議運行是在一個自治系統中，外部網關協議是自治系統之間的輪換。OSPF是一個最常用的內部網關協議。根據算法和路由協議可以分為鏈路狀態和距離向量協議，距離矢量協議包括RIP和邊界網關協議。鏈路狀態協議與OSPF是基本相同的，主要區別在上述兩個算法和計算發現路由的方法。

（2）根據目的地址的路由協議類型可分為：單播和多播協議。單播協議包括RIP、OSPF和東部，包括PIM SM -多播協議，PIM - DM，等等。根據網絡規模，應增加路由器運行OSPF協議的數量，并將導致LSDB（鏈路狀態數據庫）占用大量的存儲空間，增加SPF（最短路徑優先）算法操作的復雜性，增加CPU的負擔。根據網絡規模增加拓撲變化的概率也將增加，每一個變化可能導致網絡路由器計算“動蕩”，根據網絡往往會導致所傳播的網絡會有很多OSPF協議信息，減少網絡帶寬的利用率。為了解決這個問題，OSPF協議將自治系統分為不同的區域（區域）。邏輯路由器的區域被劃分為不同的群體。每個區域獨立于SPF路由算法的基礎上運行，這意味著每個地區都有自己的LSDB和拓撲的一部分。對于每個區域，區域外的網絡拓撲是不可見的。同樣，每一個區域的路由器也不了解該地區以外的網絡結構。OSPF LSA無線電阻礙該地區邊界，大大減少了OSPF路由信息流動，提高了OSPF運行效率。路由器接口基于區域，而不是劃分基于路由器，路由器可以屬于一個區域，也可以屬于多個領域。屬于多個區域稱為區域邊界路由器，OSPF路由器應注意邊界路由器特征，可以呈現主體與部分之間的關系，也可以是一個邏輯連接。

三、OSPF協議的路由算法

OSPF CO pen最短路徑優先，使用開放最短路徑優先協議，選擇最佳路徑最短路徑算法（SPF），也被稱為Dijkstra算法。SPF演算法是基于OSPF路由協議的，SPF算法將每個路由器作為根（ROOT），計算每個目的地的距離路由器，每個路由器拓撲結構的計算方法是根據一個統一的數據庫，結構類似于一個樹，SPF演算法得到最短路徑樹。OSPF路由協議，根據樹干的最短路徑長度，即每個目的地路由器的OSPF路由器距離，稱為OSPF成本，根據最短路徑通過最小化的成本價值判斷每個路由器基于成本的總和值鏈接。每個路由器使用SPF演算法來計算最短路徑樹的根，樹便給了自治系統路由，路由器從表中每個節點基于最短路徑，最短路徑樹結構是不同的每個路由器的路由表。

四、OSPF協議網絡規劃

1、網絡的規模。當網絡中的路由器的數量小于10，你可以選擇配置靜態路由或運行RIP路由協議。隨著路由器的數量的增加，用戶網絡的變化對于路由收斂和網絡帶寬利用率有更高的要求，比如你應該選擇使用OSPF協議。

2、拓撲結構。如果網絡拓撲結構是樹型（大多數這種結構的特點是一個網絡路由器只有一個出口），可以考慮使用默認路由加靜態路由。如果網格網絡拓撲結構和任意兩個路由器的需求相通，應該使用OSPF動態路由協議。

3、對路由器自身的要求。運行OSPF協議對于CPU處理能力和內存有一定要求，低性能不推薦使用OSPF協議的路由器。為了使網絡通信規劃基于OSPF協議應考慮各種因素，找出IP資源、信道帶寬、網絡流量，如根據實際的網絡環境形成的思維和方法配置和應用程序需求，避免造成不必要的混亂，網絡拓撲結構調整將時消除隱患。通過在實踐中不斷學習，系統、全面地掌握網絡路由設備、工作原理和動態路由協議。通過OSPF網絡設計思想，提高網絡管理水平，確保網絡的安全、可靠、開放。

參 考 文 獻

[1]王達.Cisco/H3C交換機配置與管理完全手冊（第2版）[M].北京：中國水利水電出版社，2012

[2]公凌.路由和動態路由協議介紹及配置分析[fJl.機電信息，2013（9）：85一86

第2篇：路由協議范文

關鍵詞：路由協議；分類；原理；應用

1 什么是路由協議

路由協議（routing protocol）就是用來計算、維護路由信息的協議。路由協議常用一定的算法，以產生路由；并用一定的方法確定路由的有效性，來維護路由。那么何謂路由呢？路由是指網絡信息從信源到信宿的路徑。路由器提供了將異種網絡互聯起來的機制，實現將一個數據包從一個網絡發送到另一個網絡。路由指導IP數據包發送的路徑信息。在互聯網中路由選擇使用路由器，路由器只是根據所收到的數據報頭的目的地址選擇一個合適的路徑，將數據包傳送到下一個路由器，整個路徑的最后一個路由器負責將數據報送交目的主機。

2 路由分類

2.1 直連路由

直連路由是由鏈路層協議發現的。直連路由無須配置，在接口存在IP地址時，由路由進程自動生成，并以直連路由出現在路由表中。它的特點是開銷小，配置簡單，無需人工維護，但只能發現本接口所屬網段的路由。

2.2 靜態路由

由網管員手動配置而生成的路由稱為靜態路由。靜態路由的缺點是無法自動根據網絡拓撲變化而變化，當網絡拓撲結構或鏈路的狀態發生變化時，網絡管理員需要手工去修改路由表中相關的靜態路由信息。出于安全方面可以考慮在小型網絡采用此路由。靜態路由無開銷，配置簡單，適合簡單的拓撲結構的網絡。靜態路由的好處在于可以減少路由器之間的數據傳輸量，這對于帶寬緊張、線路冗余度低的網絡比較適合。使用靜態路由的另外一個優點在于路由的保密性好，在默認情況下是私有的，即它不會傳遞給其他的路由器。

2.3 動態路由

動態路由協議自動發現和維護的路由稱為動態路由。動態路由的優點是無需人工配置具體的路由表項，而由協議自動發現和計算。這樣當網絡拓撲結構復雜時，使用動態路由可以減少管理員的配置工作，且減少配置的錯誤。另外動態路由協議支持路由備份，如果原有路由鏈路故障導致路由表項失效，協議可以自動計算和使用另外的路徑，無需人工維護。但是路由器更新路由表信息使用廣播報文的方式，會占用一部分鏈路開銷。因此動態路由更新不能太頻繁。其次，在使用動態路由時，需要路由器之間頻繁的交換各自的路由表，而通過對路由表的分析可以揭示網絡的拓撲結構和網絡地址等信息。進而造成網絡安全問題。

3 靜態路由應用

根據如上配置我們應當注意兩個點。第一：如RTA、RTD當目的地址和子網掩碼都為0的時候，配置的是缺省靜態路由，當路由查找失敗，根據缺省路由進行數據包的轉發。RTB、RTC配置的為靜態路由。

第二:配置靜態路由時，要注意進行雙向配置，避免出現單程路由。因為Internet很多業務都是雙向傳輸的，如HTTP。

4 動態路由協議

4.1 路由協議分類

根據作用的范圍，路由協議可分為：

內部網關協議（Interrior Gateway Protocol,簡稱IGP）：在一個自治系統內部運行，常見的IGP協議包括RIP、OSPF和IS-IS。

外部網關協議（Exterior Gateway Protocol,簡稱EGP）：運行于不同自治系統之間，BGP是目前最常用的EGP。

根據使用的算法，路由協議可分為：

距離矢量協議（Distance-Vector）：包括RIP和BGP。其中，BGP也被稱為路徑矢量協議（Path-Vector）。

鏈路狀態協議（Link-State）：包括OSPF和IS-IS。

4.2 路由協議工作原理

各種動態路由協議所共同的目的是計算與維護路由。通常，各種動態路由協議的工作過程大致相同，都包含以下幾個階段。

鄰居發現

交換路由信息

計算路由

維護路由

5 路由協議性能參數

5.1 可伸縮性

可伸縮性是確定IP路由協議選擇的最基本問題之一，即路由協議將如何有效地支持大型網絡或可能增長的網絡。路由協議的可伸縮性是由以下因素確定的，如它如何有效地處理路由更新以及它如何才能迅速地應對大型網絡上的更改作出反應。

5.2 路由更新

IP路由協議的可伸縮性總是部分由處理路由更新的效率確定。距離矢量路由協議通過向網絡中所有其他路由器定期廣播它們的路由表來交換路由信息可以通過制定一些更新策略來提高距離矢量路由協議的更新速度，影響策略制定的因素有以下幾個：

1）增量更新比定期交換更好；

2）多路廣播比廣播更好；

3）跳數越小越好。

5.3 路由協議的穩定性

路由協議的穩定性可在網絡傳輸期間（如鏈接中斷或其他形式的布局更替）進行測試。路由協議對布局更替作出反應，并通過網絡傳播有關更替的信息。在路由協議分發信息期間，路由器將排除不一致的信息。（即有一些路由器將知道更新而有一些將不知道）。這種不一致可能導致特定類型的路由問題，稱為路由回路。

距離矢量路由協議對路由回路具有潛在的敏感性，因為它們不維護除路由表以外的有關網絡布局的任何附加信息。鏈路狀態路由協議維護網絡上所有子網的數據庫，并知道何種路由器附加到了子網上，因此，它不大可能在布局改變后立即按照錯誤信息動作。

距離矢量路由協議合并了下列功能以幫助避免路由回路：

1）定義最大量度

2）分割范圍

3）路由中毒

4）停止運行計時器

5.4 收斂速度

網絡收斂的定義是從網絡拓撲改變到每個路由器確認該改變所消耗的時間。如果網絡拓撲結構改變，如丟失或增加子網，在從第一個路由器開始更新路由信息起到全部路由器都更新了路由信息止，需要一定的時間。在依賴多種因素（路由協議本身的操作特性是最重要的因素）的網絡上，收斂速度的變化很明顯。收斂速度通常與路由器的錯誤檢測機制、路由更新機制、路由運算法則以及傳輸介質有關。

5.5 路由量度

如果運行特定IP路由協議的路由器收到多個可到達目的站網絡的公布路徑，它將選擇具有最佳量度的路徑并將之放入路由表中。如果多條路徑有最佳量度，則每個這種費用最低的路徑放入路由表中，并且執行等量費用負擔平衡。不同的路由協議使用不同的量度，即每個路由協議都可以按自己的方式決定到達目的站的最佳路徑。

5.6 VLSM的支持

對于網絡來說，若需要擁有除了足夠的IP地址空間之外的條件，則可能需要使用VLSM。VLSM可有效地使用IP地址和子網空間。五類路由協議（如OSPF、RIP2版、EIGRP、IS-IS和BGP）支持VLSM，因為它們包括掩碼和更新。而無類協議（如RIP1版和IGRP）不能支持VLSM。

6 常見路由協議比較

目前常見路由協議包括RIP-1/2、IGRP、OSPF、IS-IS、BGP等五種，現對其協議特點進行簡單的比較。

RIP協議是最早的路由協議，基于距離矢量算法，屬于內部網關協議；RIP采用廣播（RIP-1）或組播（RIP-2）方式在鄰居之間傳送協議報文，傳輸層采用UDP（User Datagram Protocol）報文封裝。RIP協議以到達目的地址所經過的路由器個數（跳數）為衡量路由好壞的度量值，最大跳數為15； RIP-2支持明文認證和MD5密文認證，并支持可變長子網掩碼。RIP協議適用于基于IP的中小型網絡。

IGRP是從RIP基礎之上發展而來的。它比較RIP而言，主要有以下幾點改進：

1）IGRP路由的跳數不再受16跳的限制，同時在路由更新上引入新的特性，使得IGRP協議適用于更大的網絡；

2）引入了觸發更新、路由保持、水平分割和毒性路由等機制，使得IGRP對網絡變化有著較快的響應速度，并且在拓撲結構改變后仍然能夠保持穩定；

3）在Metric值的范圍和計算上有了很大的改進，使得路由的選擇更加準確，同時使路由的選擇可以適應不同的服務類型。

OSPF是目前應用最廣泛的IGP協議。是為大中型網絡提供分層次、可劃分區域的路由協議。算法復雜，但能夠保證無域內環路。OSPF采用IP來進行承載，所有的協議報文都由IP封裝后進行傳輸，端口號89.由于IP是盡力而為的，不可靠、無連接的網絡層協議。為了保證協議報文的傳輸的可靠性，OSPF采用確認機制。OSPF還支持驗證，使網絡安全性得到保證。

IS-IS是一種鏈路狀態型的路由協議，采用的是SPF算法，支持路由分組管理與劃分區域，同樣可應用在大中型網絡中，可擴展性好。IS-IS的運行直接基于鏈路層，其所有的協議報文通過鏈路層協議來承載。所以IS-IS也可以運行在無IP的網絡中，如OSI網絡。IS-IS同樣設計了確認機制和報文驗證來保證網絡的可靠性、安全性。

BGP協議是唯一的EGP協議。目前最新的版本是BGP-4。BGP采用TCP來保證協議傳輸的可靠性，TCP端口是179.TCP，本身有三次握手機制，運行BGP的路由器首先建立可靠的TCP連接，然后通過TCP連接來交換BGP協議報文。鑒于此，BGP協議不需要自己設計可靠的傳輸機制，降低了協議報文的復雜度和開銷。同樣，BGP的安全性也有TCP來保證。

參考文獻:

第3篇：路由協議范文

關鍵詞:Ad Hoc;無線自組網;多徑路由

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)20-0000-00

無線自組網(Ad Hoc)網絡中的節點能夠動態的加入和退出網絡,其組網靈活性強、網絡整體魯棒性高和系統成本低等優點使得Ad Hoc網絡具有不可替代的作用和廣闊的應用和發展前景[1]。

Ad Hoc網絡自身的特殊性決定了路由協議的特殊性和重要性,動態變化的網絡拓撲結構要求路由必須建立及時迅速,有限的無線網絡資源要求路由協議必須具有較小的開銷和能耗。傳統的路由技術已無法適應Ad Hoc網絡動態變化的拓撲結構,必須設計新的適合Ad Hoc網絡特點的路由協議。

目前,國內外許多相關的大學和科研機構都開始了Ad Hoc網絡特別是Ad Hoc路由技術的研究。上個世紀九十年代中后期,各研究機構向MANET工作組提交了許多路由選擇協議[2],如卡耐基馬龍大學提交的動態源路由DSR[3],C-K。Toh提交的ABR[4]等。這些路由協議各自基于不同的出發點和度量,通過按需機制解決了動態變化的拓撲結構帶來的問題。從路由路徑上分,目前的Ad Hoc網絡按通信模型分可分為單徑路由和多徑路由兩大類,下面分別予以介紹。

1 單徑路由

傳統的分類方法將Ad Hoc網絡中的路由分成“表驅動”和“按需驅動”兩大類,表驅動路由中,網絡中的任一節點都維護一個到其它所有節點的路由表。當網絡拓撲發生變化時,節點間及時更新該信息以維護路由表的正確性。按需驅動路由中,僅當源節點有路由需求時才啟動路由發現,針對特定的目的節點在網絡中找到合適的路徑。在該路徑的使用中,網絡中的相關節點會通過消息的交互來維護有效的路由并刪除失效的路由多徑路由是指在同一對源/目通信節點之間建立多條不相交的路徑同時進行分組投遞,源節點和目的節點對之間的多條路徑能夠補償移動Ad Hoc網絡的動態特性和不可預測性,從而改善通信雙方的通信服務質量[5]。

這種傳統分類方法過于模糊,還可以根據Ad Hoc的網絡結構將路由協議分為平面路由協議和分級路由協議。平面路由協議在網絡中沒有等級的劃分,所有的網絡節點都具有同樣的功能與優先級,它們以相同的動作收發路由控制信息。而分級路由協議在處理路由信息時需要區分級別不同的節點以減少控制報文的數量。分級路由協議又分為兩種,一種稱為鄰居選擇,該協議中的節點根據其鄰居節點動態選擇路由;另一類稱為分區選擇,即根據網絡拓撲劃分區間進行管理。

根據Ad Hoc網絡的狀態信息可將路由協議分為基于拓撲和基于目的節點的路由協議。基于拓撲的路由協議需要在節點保存大量拓撲信息,這與鏈路狀態協議的原則是一致的。基于目的節點的路由協議在節點不需要保存大量拓撲信息,只需要保存所需的最近節點的拓撲信息,這類協議中最著名的是距離矢量路由協議,該協議需要維護到達目的節點的距離矢量。

此外,根據路由建立方式可以分為先應式路由協議和被動式路由協議。先應式路由協議以表驅動路由協議為代表,每個網絡節點為目的節點保存路由信息,所有的節點周期性地交換路由信息。被動式路由協議的過程可分為路徑發現和路由保持,路徑發現只有在源節點有需求時才會啟動,路由保持則是在拓撲信息發生變化時尋找丟失的路由信息并重新啟動路徑發現。

2 多徑路由

多路徑傳輸(Multiple Path Transport:MPT)是指采用多條不相交的路徑來投遞應用分組,以增加連接的帶寬和可靠性的機制。移動Ad hoc網絡中,由于缺乏基礎設施、網絡拓撲動態變化等,其對QoS的支持較弱。但是其網絡結構和用戶的移動增加了網絡的靈活性、用戶的多樣性和網絡的容量,這些都對在其中實施MPT提供了有利的因素。

多路徑路由模型為任意一對節點同時提供多條可用路徑,并允許節點主機(或應用程序)選擇如何使用這些路徑。多路徑路由算法為節點間提供多條路徑,并確保發往其中一條路徑的數據經由該路徑到達目的地。為在節點間計算路徑,必須根據路徑的用途規定路徑的特性。如為了得到最大的端到端吞吐量,必須規定路徑的特性是:在任意節點對之間的多條路徑的聚合吞吐量最大。而為了得到最小的端到端時延,就必須規定路徑的特性是:任何時刻,任意節點對之間都存在至少一條具有最小時延的路徑。路徑規格規定了特定路徑集合的特征,路徑計算算法實際計算出符合路徑規格所規定的特征的路徑集。

路徑類型規定了節點對間的多條路徑之間的關系。有兩種路徑類型:多服務的多路徑和多選擇的多路徑。多服務的多路徑是具有不同特征的多條路徑。例如,網絡可以同時提供高帶寬路徑和低時延路徑,這使得應用程序可以選擇最符合其通訊要求的路徑。多選擇的多路徑為同一服務提供多條路徑。例如,網絡可能為高帶寬服務提供四條路徑,即每個節點都有到任意目的節點的四條高帶寬路徑。但一般說來多服務的多路徑選擇算法一般較為復雜,不易實現,而多選擇的多路徑選擇算法相對容易,故目前一般多采用多選擇的多路徑路由。

3 多徑路由的使用模式

對多路徑的使用模式,主要有兩種:在同一時刻對于每個源節點-目的節點對只能在某條路徑上傳輸數據,當這條路徑中斷時,可以用多條路徑中的其它路徑(備份路徑)來傳輸,該模式稱之為“備份多路徑”;另一類是對每個源節點-目的節點對能夠同時使用兩條或兩條以上的路徑來傳輸數據,該模式稱之為“并行多路徑”。

4 多徑路由的優勢

1) 容錯 多路徑傳輸可以避免傳統的單路徑路由中路由錯誤后的重新路由過程。

如圖1所示,源節點S與目的節點D間有三條路徑,如果S同時沿著三條路徑向D發送同樣的數據包,那么只要三條路徑中有一條路徑正常工作,數據包就能到達D。圖中節點D由于移動,原先的兩條路徑S-A-D和S-B-D都相繼失效,只剩下S-C-D,但此時S和D仍能夠正常地通信,需要注意的是這期間并沒有重新路由的過程。但如果采用傳統的單路徑路由,原先有可能選中最短路徑-S-B-D,但當D移動,B-D之間的鏈路出現錯誤后,就需要重新路由找到路徑S-C-D,而后再進行傳輸。這期間就有重新路由的過程,即S和D之間就有一段時間不能正常通信。當然像這種在所有路徑上發送同樣數據包的冗余數據的做法,并不是最好或唯一的利用多路徑的方法,這里只是利用它來說明多路徑路由是如何在鏈路出現錯誤的時候提供錯誤容忍服務的。

2) 高帶寬 無線網絡中的帶寬比有線網絡要低很多,為一個連接建立的單獨的一條路徑可能不能提供滿足需求的帶寬。然而如果使用多條路徑同時傳送數據(當然不是像上述的不同路徑上傳送相同的數據),就能夠取得滿足要求的帶寬。同時,因為有更多的帶寬可以獲得,就可以取得更小的端到端的延時。

5 多徑路由協議

好的路由協議可以進一步增強多路徑的性能,多路徑集合的選擇要根據諸如路徑特征、鏈路層上的相互影響等標準進行。從錯誤容忍的角度來看,更多“健壯”的路徑應當被選擇以減小路徑出錯的幾率。目前常見的Ad Hoc網絡中的多徑路由協議有SMR協議[6]和AOMDV協議[7]。

6 結束語

根據本文的分析介紹,可以看出,多徑路由技術由于具有容錯性好,帶寬高等優勢,非常適合在Ad Hoc網絡中應用,將使未來移動Ad Hoc網絡路由的主要方式,但目前,對移動Ad Hoc網絡多徑路由技術的研究仍然處于初級階段,還有許多諸如路由發現、路由選擇策略等問題需要進一步深入研究。

參考文獻:

[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：路由協議范文

關鍵詞：aodv；能量感知；優化

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 (2012) 16-0048-01

一、Aodv簡介

Aodv協議是用于特定的網絡的可移動節點。它可以在不同的動態對等網絡確定一條到目的地的路由，并具有接入速度快，計算量小，內存占用率小，網絡負載輕等特點。它使用的目標序列，保證在任何時候也不會出現回環（即使在路由控制信息的異常也不會），避免了傳統距離數組協議中出現的許多問題（如無限計數問題）。

AODV算法目的是對多個移動節點在建立和維持一個動態的，自啟動，多跳路由網絡。路由協議使移動節點可以迅速獲得新的目的地節點和路由，節點只需要保持其信號到達的路由節點，更遠的節點路由信息不需要維護。網絡連接斷開和變化將使網絡拓撲結構發生變化，使移動節點可以及時應對這一變化。AODV的操作是無自環的，由于解決了“無窮計數”問題，該算法在網絡拓撲變化如在網絡節點移動快速收斂。當一個路由協議連接斷開，AODV會通知所有受影響的節點，節點會讓用到這個連接的路由失效。

AODV路由協議的一個顯著特點是它在每個路由表條目使用目標序列。目的節點創建目的序列，并包含在路由信息里面，接著路由信息將被發送到所有請求節點那里。通過使用目的序列號，我們確保了網絡中沒有回路，且易于編程。如果目的節點提供了兩條路由，那么節點收到請求后將選擇最大的序列號（由于目的地節點每收到一個新的請求，會將目的序列加1，從而使該路由保持最新最好）。

二、ns2網絡模擬器簡介

ns2是美國國防支持的項目（虛擬網絡平臺）開發通用多協議網絡仿真網絡軟件，開發的源代碼使研究人員更好地開展各類算法的實現及其改進。

ns是一個離散事件模擬器，事件提供了系統的狀態變化，狀態修改只有在事件發生時進行，典型的事件有分組到達、時鐘超時等。同時，ns也有豐富的組件庫，對一些通用的實體對象建模，對象易于組合，擴展。ns組件庫支持網絡類型：廣域網，局域網，移動通信網絡，衛星通信網絡，支持的路由方式有：分層路由，動態路由，組播路由等，ns也提供跟蹤和監控對象，可以把網絡系統的狀態和事件記錄分析，如：tracefile，生成.tr文件記錄仿真過程數據，從中可以提取有用信息。

三、AODV分析以及改進

AODV路由協議有很多缺陷，其中有一個缺陷是每個源節點只保持一特定目的節點的路由選擇，如果此路由失敗，將重新啟動路由發現過程，這樣會增加網絡成本。在網絡拓撲變化頻繁，這一缺陷顯得更加突出。

其次，在特設網絡中，節點通常利用電池來提供能源，電池的能量在沒有相關技術進行提高前，能量是一個尤其重要的問題。AODV路由協議是一個比較成熟的路由協議，容易實現，但它沒有過多考慮節點的能量狀態。如果某一個節點是在一些交叉連接處，節點也可能參與了多個路徑，節點能耗的急劇增加，過早耗盡自己的能量，由此導致路由鏈路發生故障，不得不重新建立路由，從而導致了較大的網絡開銷，而且還會增加能量的節點網絡中的能量消耗。

針對上述缺點，也提出了一些改進的方法，如增加多徑，距離的限制提高路由可靠性和提高路由維護機制。本文提出了一種改進的方法，是讓源節點除了維護主要路由到目標節點，并維持一個目的地節點和備用路由。所以當主路由失敗，將使用備份路由數據，不需要重新啟動路由發現過程。在每個源節點到目的節點維護一個備份路由，并通過修改局部修復機制，這樣，當主路由失敗，將通過備用路由的數據包發送。只有當備用路線還沒有開始，重新啟動路由發現過程。

五、結束語

因為路由協議的路由表維護，只有指定的目標節點路由，路由失敗時，需要重新啟動路由發現過程。為了解決這一問題，本文提出了一種改進的方法，在每個源節點到目的節點保持一個指定的備用路由，當主路由失敗，我們通過備用路由的發送數據包。只有當備用路線不能啟動，我們才重新啟動路由發現過程。在NS2平臺的仿真結果表明，改進后的方法可以提高數據包的投遞率，降低端到端的延遲，減少路由發現和路由開銷。

參考文獻：

第5篇：路由協議范文

關鍵詞：無線傳感器網絡；路由協議；網絡運行周期；能量消耗；最佳簇首個數；簇首選擇

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：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

無線傳感器網絡（WSN）路由協議按網絡拓撲結構可以分成平面路由協議和分層路由協議。LEACH（low energy adaptive clustering hierarchy）協議即低功耗自適應聚類路由協議屬于WSN路由協議的一個分層路由協議。LEACH協議隨機選擇節點做簇首，平均分擔整個網絡中的中繼通信業務，最終達到平均消耗傳感器網絡中節點能量的目的，這種協議方式延長了網絡的生命周期。但是，由于它僅考慮了選擇簇首時的公平性，沒有把簇首的剩余能量等因素考慮在內，因此容易導致網絡節點能耗不均，對整個無線傳感器網絡的存活周期造成影響。

針對LEACH協議存在的不足，該文對LEACH協議進行了改進，該LEACH-NE算法在簇首選擇時，綜合考慮節點的剩余能量和節點到基站的不同通信距離等因素，簇首與基站之間采用多跳方式進行數據傳輸。改進后的算法不僅提高了節點能量利用率，降低了節點能耗，而且延長了網絡運行周期，均衡了網絡的負載。

1 LEACH協議概述

1.1 工作過程

LEACH協議操作分為簇形成階段和數據通信穩定工作階段，兩個階段時間總和稱為一輪（簡記“r”，round）。在簇建立階段，隨機選擇簇首，相鄰節點動態地加入簇首成簇；簇形成后進入穩定數據通信工作階段，簇首開始采集簇內節點數據，然后對數據進行融合，將融合后的數據傳輸給基站。

簇首選舉過程如下：節點隨機產生一個0～1的隨機數，如果該值小于閾值[T（n）]，則自己是簇首的消息。[T（n）]表示為

[T（n）=p1-p[rmod（1p）]，n∈G0 ，n?G]

其中：[p]是簇首數占總節點數的百分比，[r]是當前選舉的輪數， [G]是在最近[1p]輪中未當選過簇首的節點集合，[n]為節點標號。

節點當選為簇首后給其他節點自己是新簇首的廣播消息，然后非簇首節點通過自己與簇首之間的距離來選擇加入哪個簇，當簇首接收到所有加入信息后，就產生一個TDMA定時消息，為本簇節點安排工作時間。

1.2 LEACH協議存在的問題

1） LEACH中隨機選擇簇首，未考慮每個節點的剩余能量，這樣就存在剩余能量少的節點有可能當選簇首，從而加速了該節點的死亡，進而降低了網絡壽命。

2） LEACH協議假設所有的節點都能直接與基站通信，離基站距離較遠的簇首可能能量消耗會比較快，這樣會造成網絡的覆蓋范圍和生存時間受到影響。因此，LEACH協議在監測范圍大的無線傳感器網絡中不適用。

2 LEACH-NE協議

新協議綜合考慮每個節點的剩余能量和整個網絡的平均能量，篩選出剩余能量大于或等于網絡平均能量的節點，再調整簇首閥值[T（n）]，提高能量較大者成為簇首的可能性，從而保證各網絡節點能耗負載的均衡。

2.1 最佳簇首個數的確定

2.1.1 最優簇首數計算公式

假定整個網絡能耗模型在距離[d]上發送一條長度[k]比特消息的能耗為[ET]，[Ee]為單位比特數據在發射或接收電路中的能耗，[εfs]和[εmp]分別為自由空間模型和多路徑衰減模型下的功率放大損耗，則[ET]的計算公式為：

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

其中：當傳輸距離[d

多徑衰落模型是指在信號的傳播過程中，由于受地面條件的影響，會產生多個經過不同路徑到達接收基站的信號，通過矢量疊加后合成時變信號的傳播模型，多徑衰落模型的使用適用于簇成員節點和簇首節點之間的距離較遠的情形；自由空間傳播模型是無線電波傳播模型的一種，適用于簇成員節點和簇首節點之間距離較近的情形。

假設整個傳感器網絡分布在一個[Y×Y]的區域中，一共有[X]個傳感器節點，將這些節點分為[M]個簇，每個分簇有[N]個節點，設群首給成員節點發送信號能耗記為[ES]、群首接收信號能耗記為[ER]、群首將信號發送給基站能耗記為[EF]。每個簇首節點所消耗的能量[ECH]為：

[ECH=ES+EF+ER]

在簇首向基站發送數據時，引入了多跳數據傳輸機制，讓距離基站較近的簇首適當承擔一些數據中繼轉發任務，變直接長距離通信為間接多次短距離通信，簇首采用自由空間模型給中繼節點發送數據，設距離為[d1]，由公式（1）可知：

[Es=kEe+kεfsd12]

設[EDA]為融合一個比特數所消耗的能量，[k]為每條數據消息的比特數，則在數據完全累計的情況下簇首累積所消耗的能量EF計算公式為： [EF=kEDAN]

簇首節點接收成員節點消耗能量ER計算公式為： [ER=kEe（N-1）]

因此，任一簇首節點所消耗的能量[ECH]計算公式為：

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

簇首節點到成員節點的距離不遠，設距離為[d2]，得到每個非簇首節點的耗能[Enon-CH]計算公式為：

[Enon-CH=kEe+kεfsd22] （3）

在傳感器場離基站較遠的情況下，假定簇首節點需要經過[t]跳才能到達基站，在多跳的過程中進行數據累積。每跳距離相等用表示[z]，即有[d2=z]。則Sink節點把消息傳遞到基站的能耗[EH]計算公式為：

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

假設一個簇的面積：[S=πR2=NY2X?R=NXπY]，設[ρ（x，y）]為每個簇中傳感器節點的分布密度，其值為：[ρ（x，y）=XNY2]，令[x=rcosθ，y=rsinθ]，得到非簇首節點到達其簇首節點的平方距離期望值為：

[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]，那么最差情況下整個網絡的能量消耗為：

[Etotol=[（N-1）Enon-CH+EH+ECH]M] （5）

將（2），（3），（4）代入（5）式并由[dEtotaldM=0]確定最佳簇首的個數：

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

2.2 LEACH-NE簇首選擇策略的改進

在選擇簇首之前，記[Ec]為每個節點的剩余能量，基站在每一輪初始階段，計算全網的平均能量記為[Eav]，當前網絡中[m]個存活節點的剩余能量之和記為[Eto]，則有[Eav=Etom]，有資格成為簇首的節點需滿足： [Ec≥Eav]

為了在此基礎上選取能量較大者成為簇首，需將節點剩余能量和網絡的總能量等因素考慮進來，調整閥值[T（n）]可修改為：

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

改進后的簇首選擇策略，使得剩余能量較大的節點具有更大的簇首閥值，增加其成為簇首的可能性，使得選擇簇首的策略更加合理，更好的保證了網絡負載的均衡，因此，簇首個數選取在最佳范圍內可以提高網路性能。

3 仿真實驗數據分析

本文基于Matlab軟件平臺對LEACH、LEACH-NE算法進行了仿真實驗，參數設置如下：100個傳感器節點隨機分布于一個100 m[×]100 m的傳感器場中，Sink節點位于（50，50），每個節點的初始能量為0.5 J，。仿真實驗中的通信能量參數設置如下：[Ee=50×10-9J/bit，εfs=10×10-12J，εmp=0.0013×10-12J，EDA=5×10-9J，]開始100個節點隨機分布在傳感器場中如圖1所示。

圖1 100個傳感器節點的分布

從仿真結果圖2可以看出，LEACH協議出現第一個死亡節點時網絡運行的周期數低于LEACH-NE協議出現第一個死亡節點時網絡運行的周期數，LEACH-NE整個網絡生存時間遠遠大于LEACH的網絡生存時間。從而可知，新算法不但提高了存活節點利用率，而且延長了網絡的生存周期。

圖2 種協議的網絡存活節點數歲運行時間變化關系

圖3顯示的是改進后的LEACH-NE剩余能量節點圖和原有的LEACH協議剩余能量節點圖隨運行周期變化的曲線。由圖可知，在整個網絡運行相同周期數的情形下，LEACH-NE協議的剩余能量節點數目比LEACH剩余能量節點數目要多，提高了節點能量利用率。

圖3 剩余能量節點隨運行周期變化關系

4 結束語

本文針對LEACH協議在選擇簇首策略方面存在的不足，提出一種新的改進路由協議LEACH-NE.該協議在確定最優簇首數的基礎上綜合考慮節點的剩余能量和整個網絡的平均能量等因素來達到優化簇首選擇的目的，同時在數據通信的過程中，并且采用了單跳和多跳相結合的簇首間通信機制。仿真結果證明，新改進后的LEACH-NE協議在節點能量利用率，網絡生存周期方面相對于LEACH協議都有較大的提高。

參考文獻：

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第6篇：路由協議范文

關鍵詞：精確打擊；效能評估；無線傳感器網絡；路由協議

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.24.232

0 引言

無線傳感器網絡由多個具有感知功能、通信功能和計算功能的傳感器節點組成， 一般應用于軍事領域或民用領域[1]。無線傳感器網絡是近些年興起的新技術，其中的路由協議研究是很多科研人員研究的重點和難點。精確打擊效能評估系統一般應用于導彈、炮彈頻發的戰爭環境，該系統依賴于無線傳感網絡，對網絡的健壯性和數據傳輸的實時性要求很高。針對這種特殊的需求，設計一種具有較強健壯性的無線傳感器網絡路由協議就成為精確打擊效能評估系統要解決的主要問題之一。

1 精確打擊效能評估系統

精確打擊效能評估系統主要是對炮彈的彈著點進行實時報靶，每次射擊后，會自動計算各類炮彈彈著點的誤差，根據整體的命中情況進行實時精準的定位評估，其目的是為了給下一次的射擊演練提供誤差的修正參數。

精確打擊效能評估系統依賴于無線傳感網絡，其檢測手段使用的是聲學定位法，爆炸聲波在無線傳感網絡中通過網關節點，把獲取的數據和信息傳輸至指揮控制中心，除去周圍環境，如噪音、溫度、風速等因素對爆炸聲波的影響，計算機通過數學模型，計算出準確的彈著點的位置和命中率，為整個訓練過程進行科學、有效、準確地評估[2]。

2 泛洪路由協議

洪泛路由算法是一種最可靠、最簡單的路由算法，其基本思想是每個節點都是用廣播向它的所有鄰居節點轉發收到的數據分組，如此反復操作，直到數據傳送到目的節點或者達到數據報的最大跳數[3-4]。如圖1所示。洪泛算法的缺點是盲目的選擇路徑，這樣大規模的擴散會占用過多的網絡資源，產生許多重復的分組，浪費了路由器的資源，降低效率。所以，在實際的網絡應用中，泛洪算法都是需要進行限制的，一個數據包被復制了N次以后，將被丟棄[5-6]。

3 雙重路徑可靠路由協議設計

通過對泛洪協議的研究，對該協議的不足之處進行了改進，通過自身的ID和節點的級別值來限制數據報文在網絡中的廣播范圍，在保證算法健壯性的基礎上，降低了路由的能量消耗，避免了泛洪算法中路由選擇的盲目性，這種協議稱為雙重路徑可靠路由協議（Double Parents and Reliable Protocol，簡稱DPRP），雙重路徑可靠路由協議由以下三個部分組成：

（1） 請求組建路由。Sink節點向網絡中的所有節點以泛洪的方式發出路由組建請求，確定每個節點的級別值和父節點。各個節點根據級別值來確定自己的第一父節點和第二父節點，并且給第一父節點發送一個確認，轉發路由組建請求。（2）數據傳輸。通過組建完成的路由路徑，Source節點將數據傳送給Sink節點。（3）糾錯重傳。如果某個節點在數據傳輸過程中出現了錯誤，可以根據錯誤性質，讓其子節點進行重新傳輸，或者選擇第二父節點，改變向上傳輸的路徑。

3.1 算法分析

雙重路徑可靠路由協議的算法易于實現，節點在進行報文轉發時，其候選節點只有第一父節點和第二父節點，所以縮小了數據報文在網絡中的廣播范圍，從而降低了網絡的能量消耗。數據包以最快的速度朝著最接近Sink節點的方向轉發，從而保證了Sink節點最終可以收到數據報文，提高了數據傳輸的可靠性和實時性。

3.2 仿真

采用NS2作為仿真平臺，從能量損耗、時間延遲兩個方面將仿真結果與定向擴散協議和泛洪協議進行了比較。如圖2所示。

通過對以上仿真結果分析可以看出，在節點初始能量，網絡規模相同的條件下，得出如下結論：（1）采取DPRP協議時在同等網絡條件下基本可以達到泛洪協議的可靠性。（2） 定向擴散協議的能耗比DPRP協議高，其響應速度比DPRP協議慢。

本協議在具備較高健壯性的同時也兼俱節能性，并且有效解決了泛洪協議中存在的能耗過高和廣播延遲沖突的問題。仿真結果表明本文算法適合精確打擊系統對傳感器網絡路由算法的要求。

4 結語

本文以對無線傳感器網絡中泛洪路由協議的研究為出發點，根據泛洪路由協議的不足，進行了路由協議的改進，研究了一種新泛洪路由協議DPRP，通過仿真結果證明，該協議在保證了路由的健壯性的同時，在能量消耗、報文轉發延時等方面都比泛洪協議有了很大的改進。該協議是一種在精確打擊效能評估系統中可行的路由協議。

參考文獻：

[1]屈巍，趙晶，洪洋.一種基于蟻群優化的動態節能路由選擇策略[J].沈陽師范大學學報（自然科學版），2016，34（02）：234-239.

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[3]黃志丹.無線傳感網絡中雙路徑可靠路由協議的研究[J].遼寧工程技術大學學報，2011，30（02）：304-307.

[4]朱偉凱，李航，尹稚淳.基于技術的無線傳感器網絡監控系統的設計[J].沈陽師范大學學報（自然科學版），2014，32（02） ：262-266

[5]袁書同，趙志剛.無線傳感器網絡安全組網技術研究[J].沈陽師范大學學報（自然科學版），2014，32（01）：92-97.

第7篇：路由協議范文

關鍵詞：LabVIEW；OSPF；虛擬儀器；通信協議

中圖分類號：TP393.02

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol），即傳輸控制協議/因特網互聯協議，是由美國國防部高級研究計劃署（DARPA）開發的一個通信協議族，是Internet最基本的協議。之所以說TCP/IP是一個協議族，是因為TCP/IP包括了TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNETFTP、SMTP、ARP、TFTP等許多協議。OSPF（Open Shortest Path First，開放式最短路徑生成樹協議）是TCP/IP協議族中的IP層協議，是目前應用最廣泛的路由協議，通過SPF（Shortest Path First，最短路徑生成樹算法）來計算到各節點的最短路徑。

虛擬儀器技術是計算機技術與測控技術相結合、相滲透的產物，虛擬儀器開發平臺的引入，幫助設計者能夠快速設計、調試和開發實際系統的測試版，使得工業環境下的測量、測試、計量、控制過程更靈活、更緊湊、更經濟、更高效且功能更強。LabVIEW是一款劃時代的重要的圖形編程系統，常被應用于數據采集與控制、數據分析、數據表達等方面。本文將通過LabVIEW工具實現對通信協議OSPF的仿真。

1 虛擬設備LabVIEW簡介

虛擬設備（Virtual Instrument，簡稱VI）是上世紀90年代初期出現的一種新型儀器，是計算機技術與儀器技術深層結合而產生的。它將許多以前由硬件完成的信號處理工作交由計算機軟件進行處理，這種硬件功能軟件化的思想，為測試儀器領域帶來了深刻的變革[1]。虛擬設備的發展經歷了四個時代：第一代是模擬式儀器，第二代是分立元件式儀器，第三代是數字式儀器，第四代是智能儀器之后的新一代儀器。虛擬設備有三個主要特點：第一，不強調物理上的實現形式；第二，在系統內實現軟硬件資源共享；第三，圖形化的軟件界面。其優勢表現為性能高、擴展性強、開發時間少、無縫集成。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）全稱是實驗室虛擬儀器工程平臺，是美國國家儀器公司（NI）的創新軟件產品。自NI公司1986年正式推出LabVIEW1.0至今，經歷了多次改版與完善，目前包括控制與仿真、高級數字信號處理、統計過程控制、模糊控制、PDA和PID等眾多附加軟件包，可運行于Windows、Linux、Macintosh和Unix等多種平臺，已成為目前應用最廣、發展最快、功能最強的圖形化軟件開發繼承環境之一。

2 OSPF路由協議的仿真與實現

OSPF路由協議是一種鏈路狀態的協議，主要適用于同一個路由域。這個路由域內的所有OSPF路由器都維護一個相同的數據庫，其中存放的是該路由域中相應鏈路的狀態信息，而OSPF路由器就是根據該數據庫計算其路由表的[2]。OSPF路由協議的基礎是SPF算法（即Dijkstra算法），它將每一個路由器作為根，用于計算路由器到每一個目的路由器的距離，進而會得到路由域的拓撲結構圖，即SPF算法中的最短路徑樹。最短路徑樹的樹干長度即OSPF路由器到每一個目的地路由器的距離，即OSPF協議中的Cost。

OSPF遵循鏈路狀態路由協議的統一算法。該算法可簡單概括為路由器在兩種狀態下的動作：第一，當路由器初始化或網絡結構發生變化時，路由器會產生鏈路狀態廣播數據包，其中包含路由器上所有的相連鏈路，即所有端口的狀態信息。所有路由器通過刷新方法交換鏈路狀態數據。第二，當網絡重新穩定下來，即OSPF路由協議收斂下來時，所有的路由器會根據其各自的鏈路狀態信息數據庫計算出各自的路由表。其中包含路由器到每一個可到達目的地的Cost以及到達該目的地所要轉發的下一跳路由[3]。

接下來，我們將通過虛擬儀器LabVIEW實現OSPF路由協議的仿真，該仿真系統的數據輸入部分共分為三大模塊：信息傳遞模塊（如圖1所示），路由器連接表二維數組生成模塊（如圖2所示），手動輸入起點、終點及已知路由模塊。手動輸入模塊只需在LabVIEW前面板中輸入參數即可，在本設計中，我們選擇四個路由器組成仿真系統，共設置5個參數：路由器id、路由器ip地址、路由器發送信息端口號、路由器互聯路徑權值及發送信息判定位。路由器id用于指定路由器的名稱，方便顯示；路由器ip地址用于顯示路由器的ip，確定路由器在網絡中的唯一位置；路由器發送端口號用于識別路由器接收與其它路由器的連接狀態的標示；路由器互聯路徑權值用于進行SPF算法的計算處理；發送信息判定位用于識別信息確實已接收。

至此，OSPF路由協議在LabVIEW虛擬儀器平臺的仿真已完成，要通過此系統計算路由器的生成，需將SPF算法引入該系統，最短中繼計算模塊流程圖如圖3所示。通過對四個路由器鏈接方式的計算，最終得到的路由器連接表如圖4所示，起點路由器為路由器一，終點路由器為路由器二，需經過一次跳轉才能到達。

3 結束語

目前，通信領域大多采用文本式編程平臺（如VC++，VB等）進行開發和測試，本文基于圖形化編程平臺LabVIEW對OSPF路由協議進行仿真，是對通信領域開發測試方法的全新嘗試與探索。結果證明LabVIEW能夠很好地支持通信協議的仿真，且操作更為簡單明了。當然，本設計也有很多需要完善的地方：第一，目前程序所設計的輸入數據比較多，并且路由器的每個參數都需要手動輸入，操作較為繁雜，因此OSPF路由協議的仿真只選擇了四個路由的連接情況，如果在數據輸入上能夠有所改進，就可以加入更多路由器參與算法。第二，目前的設計在連接表的生成形式上是固定的，不可更改，如果要改善此種情況要重新設置連接表的存儲方式。第三，由于本文篇幅所限，我們只選擇了少量代表圖，作者可根據步驟自行完成仿真操作。

參考文獻：

[1]吳成東，孫秋野，盛科.LabVIEW虛擬儀器程序設計及應用[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[2]Stevens W R.TCP/IP詳解卷1：協議[M].北京：機械工業出版社，2000.

第8篇：路由協議范文

何淵淘，劉燕美

（鄭州航空工業管理學院，河南 鄭州 450000）

摘要：WMN（Wireless Mesh Network）即無線網狀物，該網絡在無線媒介上以多跳的方式構成通訊系統。無線網狀網是無線網絡的發展重心，但由于無線網絡本身的各種標準和實現處于快速發展的時期，難以針對其開展有效的實踐教學活動。在本文中作者提出了基于OpenWRT和802.11標準的WMN實驗方案，解決了該難題。同時加強學生對多跳網絡、無線網絡路由協議的認識和理解，培養學生的創新能力和科研素質。

關鍵詞：WMN；OLSR；OpenWRT；實驗設計

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：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

伴隨著移動互聯網的發展，社會對無線網絡的需求在提升，人們迫切需要在任何時間地點接入網絡。由此帶來了各種無線網絡技術的飛速發展，例如4G、WiFi和UWB。但受限于網絡部署的時間和成本的因素，在人口比較稀少或者臨時性場所以及災難地區的組網一直面臨著較大的難題，WMN就是針對該問題而提出的解決方案[1]。WMN也是未來無線網絡技術的核心和發展目標，但WMN其自身也處于快速的發展進程中，存在著眾多的私有和共有標準。以上這種現象給WMN的實驗帶來了極大的困難，而開源WMN路由協議的發展，給WMN網絡的實驗帶來了可能。利用價格低廉的家用路由器和開源軟件，學生可以在實驗室環境下進行WMN的部署。能極大加深WMN的理解，并認識到其優勢和不足，開展該項實驗對網絡創新性人才的培養起到了重要的作用。

1 無線網狀網

無線網狀物是由節點以無線形式互聯所形成的的多跳型的通訊網絡，這些節點通常承載著無線路由協議，以實現網絡的可達性。無線網狀網中的節點可以是個人電 腦、筆記本以及嵌入式設備，同時節點的數目則不受任何限制。無線網狀網的節點按照設備的類型，分為路由節點和用戶節點，路由節點通常由無線路由器組成，而用戶節點通常是筆記本、手機等可移動設備。根據網絡中存在節點的類型和用戶節點間是否進行數據轉發，將無線網狀通常分為三種類型，骨干式無線網狀網、用戶型無線網狀網、混合型無線網狀網[2-5]，其結構間圖1、圖2、圖3。

圖1 骨干型WMN

其中骨干型WMN僅由路由節點節構成，用戶節點的數據必須由網關節點來轉發；而用戶型WMN僅有用戶節點組成，用戶節點扮演了路由的角色；而混合型WMN中路由節點和用戶節點都能起到數據轉發的作用，同時網絡中呈現出層次結構。

WMN是Ad-hoc網絡的一種特殊形態。首先WMN網絡引入了結構，即存在路由節點和用戶節點兩種類型的節點。其次WMN的節點較Ad-hoc有著更低的移動性和和更可靠的供電。再次，由于不受到供電的制約，WMN的節點可以使用更多的頻段來提升網絡傳輸性能，充足的電源供應讓WMN有著更大的網絡規模。最后，WMN通常使用TCP/IP等網絡協議，這就能和其他類型的網絡很方便的混合組網，見圖3。

無線路由協議對無線網狀網起到了核心的作用，無線路由協議通過節點間的無線信道來交換鏈路狀態和路由表信息從而形成完整的網絡拓撲結構。在整體上，根據節點中是否存在網絡的所有節點的路由可以分為主動式路由協議和被動式路由協議，由于WMN節點普遍有著可靠的電源和較低的移動型，同時有著較高的網絡帶寬和較低的網絡延時，主動式路由協議占據了較大的比重。近年來幾種無線網絡路由協議被提出和實現，例如BMX6，BATMAN-ADV，Babel和OLSR。其中BMX6，Babel和OLSR屬于三層的網絡協議，而BATMAN-ADV屬于二層網絡協議。這些協議通過在節點之間傳遞路由表和鏈路狀態信息來生成網絡的拓撲。

OSLR由于較早出現，因此成熟度較高，在AWMN，Freifunk，FunkFeuer等社區無線網絡中，普遍使用其作為內部網關協議。而BMX6，和Babel僅支持IPV6路由協議，對于IPv4需要通過4to6的隧道來實現。而OLSR是唯一同時支持ipv6和ipv4的路由協議，在實驗的過程中可以使用ipv4地址來進行配置，減少在教學中學生額外的實驗負擔。

2 OLSR和OpenWRT

OLSR（ optimized link stat routing protocol）優化鏈路狀態協議[6]，也是WMN中最為成熟的路由協議。該路由協議是一種典型的鏈路狀態路由協議。在傳統的有線網絡中，使用最為廣泛的鏈路狀態協議為OSPF，但OSPF在無線鏈路中會產生大量的鏈路狀態信息并帶來過高的網絡開銷。而OLSR僅使用MPR（多點轉播）節點來廣播鏈路狀態信息，因此大大減少了路由協議所帶來的開銷。同時OLSR屬于第三層協議，這就使得其很容易被移植到各類操作系統上。OLSR的實現OLSRD就可以在OpenWRT系統上運行。

OpenWRT是一個嵌入式的Linux發行版，該發行版面向路由器等嵌入式設備開發。由于其使用標準的Linux內核，因此可以把各種軟件的移植到該平臺上，從而擴展OpenWRT的功能。除此之外OpenWRT相比與其他路由器軟件的優勢在于它有一個可寫的文件系統，這就使得可以臨時安裝或者刪除軟件或者改變配置文件來。利用該平臺和相應的軟件，可以快速進行實驗準備，并指導學生開展實驗。

3 實驗設計

實驗的主要設備為Tp-Link 2543ND路由器，該路由器主板采用高通的AR7242，其處理器主頻為400Mhz，機身自帶8MB的Nand存儲，64M的RAM存儲。在資料中查到該設備同時支持2.4GHz和5GHz兩個頻段，但在一個時刻只有一個頻段能夠工作。芯片的資料顯示該設備支持802.11a/n和802.11b/g/n，設備外置三根8db的全向天線，為基于MIMO的高帶寬傳輸提供了可能。

由于設備自帶的操作系統僅支持靜態路由，在本次實驗前需要預先安裝好OpenWRT和OLSRD。在本次實驗中，作者選OpenWRT Attitude Adjustment和OLSRD 0.93作為實驗指導的軟件。

在實驗準備階段，需要將7臺Tp-link 2543ND安裝好OpenWRT的固件，并使用OpenWRT的軟件更新功能將OLSRD和對應的圖形化配置工具安裝安裝到路由器上。在對路由器配置前，將路由器進行編號，從101到107，同時設備的網絡接口地址也會根據這個編號進行配置。在WMN配置前將路由器恢復到默認配置，并使用路由器的圖形界面配置該路由器。路由器有三個網絡接口，分別是wan（eth1）、br-lan（eth0）、wlan0，在本實驗中僅使用eth0和wlan0接口。將eth0和wlan0的接口分別配置在網段192.168.x.1/24和10.10.0.x/24，其中字符x表示設備本身的編號。另外還要對無線模塊進行設置，設定模塊工作在161頻段，帶寬為40MHz，并指無線網卡定工作在Ad-Hoc模式下，并設定其SSID為”Mesh”。設置完成后，每臺設備的接口和無線網絡的名稱如下表，見表1。

表1 WMN節點的參數設置

[節點編號＼&br-lan接口地址＼&wlan0接口地址＼&無線接口配置＼&101＼&192.168.101.1/24＼&10.10.0.101/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz帶寬＼&102＼&192.168.102.1/24＼&10.10.0.102/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz帶寬＼&103＼&192.168.103.1/24＼&10.10.0.103/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz帶寬＼&104＼&192.168.104.1/24＼&10.10.0.104/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz帶寬＼&105＼&192.168.105.1/24＼&10.10.0.105/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz帶寬＼&106＼&192.168.106.1/24＼&10.10.0.106/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz帶寬＼&107＼&192.168.107.1/24＼&10.10.0.107/24＼&Ad-hoc模式，161頻段，40HMz帶寬＼&]

在進行下一步實驗前要保證所有設備的wlan0接口處在同一個網絡中，測試的方法是登陸路由器，用ping命令測試其他節點wlan0接口對應的ip地址，看是否能夠建立無線鏈路。如果測試不成功首先檢查該節點的無線設置和接口IP設置是否正確，如果還不成功則檢查設備之間的距離是否過遠。由于161頻段的電磁波屬于5.8GHz的頻段，其容易被物體吸收，且本身的衍射能力較弱，因此在室內只有較小的覆蓋范圍。 在測試通過開始進行無線路由協約的配置，在每臺路由器上使用圖形界面啟用OLSRD進程，并將每個節點的WLAN0接口加入OLSR的宣告區域，設置完成后將路由器部署在不同的房間。

本次實驗安排在一個樓層，共有7個房間，面積有1000平方米，每個房間水平墻面使用混凝土構建，部分室內有金屬儲物箱。從圖4中可以看到每臺無線路由器放置的位置。

圖4 WMN節點在的地理位置分布

所有節點加電后，OLSR協議開始進行鏈路狀態廣播和路由表的生成。網絡收斂后，從每個節點獲取無線鏈路的信噪比和平均收發速度，該數據見表2。從表中看出105節點與104雖然距離較近，但由于受到墻壁和室內金屬物品的阻擋，其鏈路的信噪比較低，導致了較低的傳輸速度。對101節點來說，102節點僅隔一堵墻面，平均信號功率較高，且在此區域只有102和107共享40MHz的信道，平均速度較高（108Mbit/s）。而107節點作為整個網絡的樞紐，雖然與臨近的四個節點的信道都有較高的信噪比，由于附近有101，102，103，104這四個節點共享頻段，由于802.11協議族使用CSMA/CA來對信道進行搶占，導致每個鏈接的平均帶寬較低（低于90M Mbit/s）。

在實驗的最后一部分，將106節點接到文件服務器上，并在101節點上測試長時間文件下載速度。雖然從101到106的所有中間鏈路上的最低帶寬為45 Mbit/s，但兩個節點的平均傳輸帶寬只有4 Mbit/s，導致該現象的主要原因在于節點間使用相同的頻道導致無線鏈路沖突的增加，這也是CSMA/CA和電磁波媒介的特征所導致的。

4 結束語

本文設計一套面向WMN網絡的實驗方案，實驗使用OLSR和OpenWRT來作為主要實驗工具。在實驗中，作者依此介紹了Ad-hoc模式無線網絡的配置和OLSR路由協議的配置，并以此為基礎搭在真是的環境中建了WMN網絡。在網絡組建完成后，作者依據802.11協議的特點對該無線網絡各節點的帶寬和性能進行了分析。通過該步驟的實驗學生深刻人認識到基于802.11的無線局域網物理層共享媒介的特征，并對信噪比、節點距離和帶寬的關系有了充分的認識。同時通過圖形化的工具生成了基于OLSR的路由轉發路徑圖。通過該圖，學生能夠認識到OLSR內部所能夠構造的鄰居表和路由表，以及OLSR路由協議選路的原理。在實驗的最后，通過文件傳輸帶寬測試實驗進一步深化了學生對多跳網絡的認識，同時也能讓學生了解WMN網絡的若干不足之處，為學生深入研究和學習WMN網絡帶來和濃厚的興趣。

參考文獻：

[1] 方旭明，等.下一代無線因特網技術：無線Mesh網絡[M].北京：人民郵電出版社，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：路由協議范文

關鍵詞 Ad hoc；路由協議；能量有效

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0075-01

Ad hoc網絡是由一組自主的無線節點或終端組成的，獨立于固定的基礎設施、采用分布式管理的多跳網絡。Ad hoc網絡的靈活性使之適應于臨時性、流動性大的場合。通常由于無線設備的無線電傳輸范圍有限，當無線節點和目的端不能直接通信時，中間節點同時充當終端系統和路由器兩種角色。

根據獲得路由信息的時機，目前學者們提出的多種Ad hoc路由協議歸納起來可以分為兩大類[1]：表驅動路由協議與按需路由協議。表驅動路由協議采用傳統的路由策略，如：DSDV、OLSR與TBRPF等。即使當前網絡中的部分路徑未被使用，先驗式路由協議中每個節點也會維護到網絡中其他所有節點的路由表。當拓撲頻繁發生變化時，很大程度上增大開銷。由于這個缺點，按需路由協議（DSR，TORA，AODV等）問世了，他們只需要建立和維護當前需要用來發送數據包的路由。通常在Ad hoc網絡中，節點設備都是由電池供能的，一旦設備電量耗盡，即認為此節點不再有效，不僅此節點被排出網絡，而且會影響到其他有效節點正常工作[2]。基于此，研究能量有效的Ad hoc路由協議非常必要。

1 能量有效的路由協議分類

與傳統Ad hoc路由協議不同，基于能量有效的路由協議的目標為最大化網絡生命周期。網絡生命周期即網絡中的一個節點首次耗盡電量的時間[3]。

近年來涌現出很多基于能量考慮的路由協議[4]，總體來說，這些路由協議策略標準的主要基于以下幾點：①網絡中傳輸信息所消耗的總能量；②每個節點的初始電池電量；③每個節點的剩余電量；④節點的生存時間。但是不論選擇哪一種、或者綜合兩種策略，都很難同時兼顧節點壽命和網絡路由總能耗兩個目標。

1）最小總傳輸能量（MTPR）。MTPR是一種分布式算法，在任意時刻，Ad hoc網絡的拓撲結構可以看作一個帶權有向圖，任一條弧上的權重即為節點間的傳輸能量。那么路由的總傳輸能量為，其中、分別為源與目的節點。則

總傳輸能量最小的路由，其中A為所有可選路由集合。由于節點之間的距離與傳輸能量成正比，本策略自然會傾向于選擇距離更短的路由。然而，僅僅考慮最短路徑，很有可能使中間節點過早消耗，使之成為網絡瓶頸，甚至嚴重影響網絡性能。

2）剩余能量（MBCR & MMBCR）。如前所述，雖然總傳輸能量可以作為一個非常重要的度量標準，但是它有非常明顯的缺陷，關鍵節點的早衰會嚴重影響路由。MMBCR即是一種考慮節點的剩余能量的度量策略。某時刻t的電量開銷為函數，其中為t時刻電池電

量。路由j的電量開銷為。則最大剩余電量路由為

。相較MTPR而言MBCR有效防止某些節點被過度使用，增加網絡生命周期。

由于MBCR考慮的是某路由Rj中所有節點的剩余電量之和，所以MBCR仍然會選擇某些具有極少電量的節點來路由，造成這些節點提前衰竭。MMBCR在MBCR的基礎上做出如下改進：路由j的電量開銷定義為。則MMBCR中

。MMBCR可以有效規避剩余電量最小的節點，延長單個節點壽命。但是很多情況下為了保證節點使用的均衡性，卻選擇了較長的路徑，增加了能量消耗。

3）剩余能量受限（CMMBCR）。CMMBCR既考慮MTPR的總傳輸能量，又考慮MMBCR中的節點剩余電量。在路由發現的過程中，首先尋找幾條所有節點都有足夠的剩余電量（大于閾值γ）作為路由集合A，然后在此集合中挑選出一條總傳輸能量最小的路由。其中γ是電量閾值（0100），可看作保護此節點電量消耗的臨界值。如果γ=0，與MTPR相同；如果γ=100，CMMBCR與MMBCR相同。γ的選取可以很有效的保護最小能量節點。

2 性能比較與分析

基于能量有效的路由協議的宗旨在于最大化網絡生命周期。利用NS建立50個節點的網絡，它們隨機分布在500 m*500 m的區域內，節點移動速度10 m/s。網絡性能仿真結果如下表所示。

MTPR沒有考慮單個節點的生存時間，網絡能量消耗最小。但是中繼節點剩余能量會小于其他普通節點，致使網絡嚴重失衡，因此生命周期最短。MBCR忽略了單個節點的壽命換來較小的總傳輸能量，網絡生命周期小于MMBCR。CMMBCR主要性能影響因子為閾值γ。當γ=0，CMMBCR的性能與MTPR相同。隨著閾值γ的增大，CMMBCR為了保護剩余電量較少的節點，會選擇較長路徑路由，犧牲了網絡總體性能。所以，各個基于能量優化的路由協議在考慮單個節點壽命、整個網絡生命周期兩個目標時很難達到均衡，路由協議的選擇應該視具體情況而定。

3 結論

本文介紹了3類基于能量有效的Ad hoc無線網絡路由協議的性能特點。為了延長網絡生命周期，MTPR一類是從全局出發，減少總體能耗，增加整個網絡的生命周期，卻犧牲了個別節點；MBCR與MMBCR類盡量避免路由剩余電量較少的關鍵節點，均衡整個網絡，卻降低了網絡性能。CMMBCR結合了前兩類策略，但是從性能上來說也未達到最優，今后可以在此做出更多的研究工作。

參考文獻

[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.