典型单路径路由协议

第一篇：典型单路径路由协议

典型单路径路由协议

无线传感器网络和Adhoc网络一样，是无线自组织网络的一种，因此，它的路由协议也可以从无线Adhoc网络得到一些启发。本节首先对无线Adhoc网络的路由协议AODV进行研究，详细介绍其路由实现原理。然后详细介绍北京交通大学下一代互联网互联设备国家工程实验室代写计算机职称论文自行研制和开发的路由协议MSRP，MSRP借鉴了AODV的思想，但是又做了很大的简化。本论文所设计的多径路由机制是在MS即的基础上做了创新和改进。本节评价了它的优点和缺点，指出了需要改进的地方。

1.AODV路由协议AODVI’jj(AdhoeOndemandDistanceVectorRouting)是一种按需驱动的路由协议，它能够在移动节点之间建立动态多跳路由并维护一个Adhoc网络。AODV能让节点快速建立到新目的节点的路由，而且不需要节点维护处于非活动状态路径的路由。在链路损坏或者网络拓扑发生变化时，网络中多个移动节点能够及时做出反应，网络能够快速自愈。当网络链路出现断裂时，AODV能够通知所有受影响的节点，让它们及时删除使用该链路的路由。AODV一个很重要的创新点是对每一条路由使用了一个目的序列号，任何一个路由表项必须包含到目的节点的最新的序代写计算机硕士论文列号信息。目的节点序列号由目的节点产生。每一个目的节点在它发送给请求节点的任何路由信息中都会包含这个序列号，使用目的序列号可以保证路由无环路，也利于编程实现。当出现两条路由到达目标节点时，请求节点会选择序列号比较大的路由。节点收到任何有关报文，只要其中有关于目的序列号的信息，该目的节点的序列号就会更新。网络中的节点各自保存和维护自己的序列号。一个目的节点在下列两种情况下产生自己的序列号:

1、在建立一个路由发现之前，它产代写计算机毕业论文生自己的序列号，避免与以前建立的到无线传感器网络路由协议的研究该源节点的反向路由冲突;

2、在产生一个RREP回复双EQ之前，将自己节的序列号更新为目前节点的序列号和路由请求中该节点序列号两者的最大值。下一跳链路丢失时，序列号不再更新。这时候，对于使用该下一跳的每一条路由，节点都将其目的序列号加一，并将该路由标计为失效。只有再次收到“足够新”路由信息时(序列号等于或大于该记录的序列号)，该节点才会将路由表中相应信息更新。AoDv定义了三种报文类型:路由请求(RREQs)、路由回复(RREPs)、路错误(计算机专业职称论文RERRs)。这些消息包装在uDP报文中，端口654，并使用通常的IP报头，请求节点使用自己的IP地址作为路由消息中的“源IP地址”字段。对于广播消息，使用IP广播地址255.255.255.255。这意味着这些消息不会被盲目的转发。但是，AODV确实需要某些报文(例如路由请求消息)能够大范围甚至在整个网络中洪，IP报文的TTL字段可以用来限定传播范围。只要通信的两个端有到对方的有效路由，那么AODV就不参与。当节点需一个到新目的节点的路由时，该节点会广播路由请求进行寻找。当该路由请求达目的节点，或者一个中间节点具有一个到目的节点的“足够新，的路由时，这条路由便可以确定下来。每一个收到路由请求的节点都会缓存一个到源节点的反路由，这样，“路由回复”便会从最终目的节点或者满足请求条件的中间节点顺利递到源节点。节点会监测有效路由下一条链路的状态。当监测到有链路发生断裂时，节会发送路由错误消息来通知其他节点:链路已经丢失，需要重新寻找路由。“路错误”消息用来表明一些节点通过该断裂的链路己经不可达。为了采用这种错误告的机制，所有节点保存一个“前驱列表”，前驱列表包含一些邻居的IP地址，些邻居节点可能使用本节点作为到达目的地的下一跳。前驱列表的信息可以很易的在路由回复的时候获取，因为从定义上来说，“路由回复”就是要发送给前歹J表中的节点的。AODv是个路由协议，因此它有自己的路由表管理机制。即使是暂时的路信息(例如到路由请求源节点的暂时的反向路由)，也需要在路由表中保存。AOD的路由表有以下几个组成部分:目的IP地址、目的序列号、有效目的序列号标以及其他的标志(如有效、无效、可修复、正在修复中)、网络接口、跳数、下跳、前驱列表、生命期(路由表的失效或删除时间)。

1AODV路由建立过程当一个节点发现自己需要路由却不存在路由信息的时候，它发起路由请RREQ，RREQ中的目的节点序列号是从路由表中的目的节点序列号域中拷贝过来的，是最新的。如果序列号未知，那么路由请求报文中U位(未知序列号，表明发送路由请求的节点对目的序列号一无所知)置1。路由请求报文中，源节点序列号是节点自身的序列号，在插入到该路由请求报文中之前会进行加一操作。路由请求ID也是在最新的ID号上面进行加一操作，每一个节点仅仅维护一个路由请求ID。广播路由请求之前，源节点将缓存该路由请求ID和源节点IP地址，这样，当该节点再次收到相同的路由请求时，会忽略该请求，从而避免广播包风暴。类类型型JJJRRRGGGDDDUUU保留留跳数数路路由请求IDDD目目的IP地址址目目的序列号号源源IP地址址源源序列号号路由请求报文格式FigZ一3RREQmessageformat节点收到RREQ之后，首先会创建或者更新到上一跳的路由，然后检查是否在PATHDISCOVERYTIME时间内收到过相同的路由请求。如果收到源IP和请求ID相同的路由请求，那么节点会直接丢弃路由请求。如果收到不同的路由请求，节点增加路由请求报文中的跳数字段，然后节点查询到源节点的反向路由，如果没有，会创建一条路由，如果找到，可能会更新路由表中的序列号。当节点接收到一个传给源节点的路由回复时，报文将沿着反向路由发送到源节点。同时，收到RREQ的中间节点，查看自己的路由表中是否有到目的节点的有效的路由，即路由表中的目的节点的序列号不小于RREQ中携带的序列号;若没有，中间节点更新路由表并向其邻居转发RREQ;若存在到目的节点的路由或该中间节点就是目的节点，将发送RREP报文给源节点，RREP中包含新的目的序列号和路由，转发RREP的节点更新路由表。源节点收到后，就获得了到目的节点的路由。节点在以下两种情况下产生路由回复，节点本身是目的节点;2)节点是中间节点，有到目的节点的路由，该路由有效，并且序列号等于或者大于路由请求报文中的目的序列号。无线传感器网络路由协议的研究类类型型RRRAAA保留留前缀缀跳数数目目的IP地址址目目的序列号号源源IP地址址生生命期期路由回复报文FigZ一4RREpmessageformat如果目的节点产生路由回复，并且路由请求中的序列号等于节点序列号，么节点将增加自己的序列号。目的节点将自己的序列号放入路由回复报文中，将其中的跳数字段设置为O。如果中间节点产生路由回复，那么该节点将把自己知道的目的节点的序列号拷贝到路由回复报文中。同时，中间节点把路由表中该节点到目的节点的跳数拷贝到路由回复的跳数字段中。在路由回复向源节点递的过程中，每经过一个节点，跳数字段加一。源节点与目的节点之间可能需要建立双向通信链路，此时仅仅建立一条从节点到目的节点的路由是不够的，目的节点也需要建立一条反向路由。为此，节点将RREQ中的G位(免费路由回复标志;表明是否需要发送免费路由回复到标IP地址)设为1，这样中间节点就得知源节点需要和目的节点建立双向通信。一般来说，一个节点收到路由请求并且向源节点发送路由回复之后，会直将路由请求报文丢弃。如果路由请求报文中’G’字段被置1，那么中间节点还需向路由请求的目的节点发送“免费路由回复”。免费路由回复从中间节点逐跳传到目的节点，就好像目的节点发起过到源节点的路由请求，中间节点发起了路回复。中间节点接收到路由回复之后，首先会在路由表中查找到上一跳的路由，果没有找到，会创建一条没有有效序列号的路由表项。然后，节点给路由回复跳数字段值加一。如果到目的地址的路由表不存在，节点会建立一条到目的地的路由表项。如果到目的节点的路由表存在，那么中间节点会比较路由表中目序列号和路由回复报文中的序列号，比较之后，更新路由表中的序列号。这样，当前节点就可以用这条路由来转发到目的节点的数据包。如果当前点不是路由请求的源节点，那么节点转发该路由回复到去往路由请求源节点的一跳。节点发送路由回复时，到目的地的前驱列表也被更新，即把路由回复的一跳节点放入到前驱列表中。AODV路由维护过程节点通过广播本地HELLO消息来提供链路的链接信息。每次经过HELLOINTERVAL时间间隔，节点检查自己在这段时间内有没有发过广播包，如果没有发过，则发送一个TTL值为1的HELLO报文。节点可以通过监听从邻居发来的HELLO数据包来确定链路连接性。如果规定的时间内，节点收到邻居的HELLO报文，经历一段时间后再也没有收到该邻居发来的任何信息，那么节点会认为该邻居节点已经失效。每次节点收到来自邻居的HELLO报文，节点应该确保自己有一条到邻居的路由。如果没有的话要创建路由，如果有的话需要更新生命期。当节点检测到路由回复失败后，会将这样的节点放入到黑名单中。检测的方式可以采用链路层或者网络层的ACK。节点在经过规定的时间后会从黑名单列表中清除。一般来说，路由错误和链路断裂的处理需要一下几个步骤:l)将已有的路由表项设为无效2)列出所有受影响的路由3)决定哪一个邻居节点可能受到影响4)将合适的路由错误消息发送给相应的邻居节点路由错误消息可以多种方式传播。前驱节点个数很多情况下，一般采用广播的形式，如果前驱节点只有一个，可采用单播，如果不适合采用广播，可以依次单播到每一个前驱节点。类类型型NNN保留留不可达目的节点序列号号不不可达目的节点IP地址址不不可达目的节点序列号号其其他不可达目的节点IP地址址其其他不可达目的节点序列号路由错误报文FigZ一5RERRmessageformat节点在以下情况下会发送路由错误消息:l)在利用有效路由发送数据时检测到下一跳失效，此时，节点在自己的路由表中搜寻所有利用下一跳的路由表项;无线传感器网络路由协议的研究2)收到一个数据包，但路由表中没有相应的路由;3)收到邻居的路由错误消息。对于第一种情况，节点会搜索路由表，列出所有因为邻居失效而不可达的终目的节点。对于第二种情况，只有一个最终目的节点不可达，即数据包的最地址。对于情况三，节点也会搜索路由表，当找到邻居节点为下一跳路由时也将其加入列表。列表中的一些不可达地址可能会被邻居节点使用，因此必要时向邻居发送路由错误消息。当一条链路断裂时，如果到目的节点的跳数不超过上限，断裂的上游节点以采取本地修复的策略。节点先缓存数据包，然后把该不可达目的序列号加一，发起到该目的节点的路由请求，节点会一直等待路由回复。如果本地修复没有功，那么节点将发送路由错误消息。本地修复可能引起到目的节点的路径比较长而且可能会增加传送到目的节点的数据包的数量，因为当发送路由错误消息时，数据包是不会被丢弃的。本地修复之后再发起路由错误消息可能会让源节点找更好的路径。

2.MSRP路由协议MSRp(MieroSensorRoutingprotoeol)是北京交通大学下一代互联网互联备国家工程实验室自主开发的微型传感路由器路由协议，能够结合传感器网络特点，实现动态、自组织地寻路和数据转发。由于MS砂是一种单路由策略，某些扩展应用过程中需要解决减少路由失效带来的数据延迟和基于按需选路导的能量消耗不均匀的问题。因此，本文需要在MSRP的基础上提出一种多路径由机制，在此给出MSRP工作过程的简要描述。MSRP路由建立过程MSRP路由协议为了减少存储表项以及发送和接收报文的大小，MSRP使IEEE802定义的64比特接口标识符，而不是IPv6地址进行路由过程，IP地址根据地址映射规则，由唯一的IEEE802.15.4定义的64比特接口标识符进行定。因此IPv6微型协议栈可以根据MSRP建立的路由进行数据传输。MSRP是一个简单的单路径路山协议，路由发现时，MSRP用广播，为了广RREQ分组，通过设置目的地址为广播短地址(oxFFFF)来获得广播包。Ms不支持中间节点回复RREP分组，只允许目的节点回复RREP分组。同时，它持中间节点选择性地广播路由请求(RREQ)，当发现自己有到目的节点的路由就不再广播RREQ分组，而是选择单播双EQ分组到路由表中到目的节点的下一跳节点。当节点要发送数据包却没有到目的节点的路由信息时，节点缓存数据包，发起路由查询过程，广播路由请求报文。路由请求报文(RREQ)包括目的地址、源地址、路由请求ID、跳数等。路由请求ID和源地址用于唯一标识一个RREQ。每个节点维护一个入口表用于一记录其它节点来的RREQ，入口表包括源地址和路由请求ID。当中间节点收到RREQ时，先查找入口表，如果是第一次收到该RREQ分组，则插入入口表，如果已经有相关的入口表项，则丢弃RREQ。如果第一次收到该RREQ，则查找路由表，如果有到目的节点的路由信息，则单播RREQ到路由表中下一跳节点，如果没有路由信息，就继续广播RREQ，直到目的节点。在RREQ传送到目的节点的过程中，节点建立到源节点的反向路由，这样RREP可以沿着反向路由到达源节点。当目的节点收到RREQ时，首先节点缓存RREQ分组消息，由于广播RREQ寻路过程，节点接收到多条路由发送的分组消息，所以需要等待合理时间T，进行判断多路由的优劣，这里构造了一个最优路由判断函数f(X，Y):f(X，Y)=Am+Bh+Cn…(公式l)其中m为源节点到目的节点经过的电量不足节点的个数，h为源节点到目的节点的跳数，n为从源节点到目的节点弱链路的条数。A、B、C为不同网络环境下的待定参数，均为2的非负整数次方，并满足A>>C>B。在开阔地带室外网络环境下，取A=256，B=l，C=20目的节点为每个到达的RREQ以及当前节点到达RREQ源节点的路由(如果路由表中存在的话)计算其f值，跳数X值越小并且链路质量值越大，则f值越高，选择f值最大的路由进行回复。路由回复报文(RREP)包括源节点、目的节点以及跳数。建立到目的节点的路由，然后查找到节点反向路由，转发RREP。若发送RREQ的源节点收到RREP，则发送数据。这样由建立过程就完成了。MSRP也进行简单的路由修复。当链路出现故障时，发送路由错误报文(RER给链路的上一跳节点。同时执行以下步骤:l)将直接相关的路由设为无效路由;2)统计所有受影响的路由目的节点;3)统计所有受影响的邻居节点;4)向受影响的邻居发送RERR消息。建建立到目的节节点点的路由由发发送数据据据查找到源节点的的路路路路由，转发RREPPP节点收到RREP流程图FigZ一7FlowehartofnodesreeeivingRREP2.2.3AODV和MSRP的评价AoDv*”+是一种基于距离矢量的按需路由协议。协议采用了三种报文格式RREQ、RREP、RERR，它们的结构比较复杂。还使用了序列号避免环路和HELLo消息来检测链路的连接性。AODV支持中间节点应答，能使源节点快速获得路

第二篇：无线传感器网络典型路由协议分类比较

无线传感器网络典型路由协议分类比较

常清

摘 要：无线传感器网络是继因特网之后对人类生活产生重大影响的技术，它在逻辑上将虚

幻的信息和真实的物理世界联系起来。无线传感器网络是由大量无处不在的、具有通信与计 算能力的微小传感器节点密集地布设在无人值守的监控区域而构成的能够根据环境自主完 成指定任务的智能自治测控网络系统。它能为人类生活带来不可估量的好处，所以，传感器 网络的路由协议的设计也是对人类的一项挑战，需要利用节点有限的能量更好的为人类服 务。目前已有多种路由协议，但其分类方式不是很清晰，本文以节点的传播方式为出发点，对几种典型的路由协议给予重新分类，并对其进行分析，最后选出相对好的类别。

1.引言

随着微电子技术、计算技术和无线通信技术的进步，多功能传感器快速发展，进而使无 线传感器网络（wireless sensor network, WSN）成为目前研究热点。WSN 是由部署在检测区域内的大量廉价微型传感器节点组成，形成一个多跳的自组织网络系统，使其在小体积内集成信息采集、数据处理和无线通信等功能，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并提供给终端用户。WSN 能够广泛应用于军事、环境检测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理、以及机场、大型工业园区的安全检测和其他商业等领域，且将逐渐深入到人类生活的各个领域。本文首先简要说明衡量路由协议的四个标准，然后就WSN 中路由协议的几种路由协议提出新的分类方法并利用标准加以比较。

2.路由协议的衡量标准

无线传感器网络的路由协议不同于传统网络的协议，它具有能量优先、基于局部的拓扑 信息、以数据为中心和应用相关四个特点，因而，根据具体的应用设计路由机制时，从四个 方面衡量路由协议的优劣【1】：（1）能量高效

传统路由协议在选择最优路径时，很少考虑节点的能量问题。由于无线传感器网络 中节点的能量有限，传感器网络路由协议不仅要选择能量消耗小的消息传输路径，更要 能量均衡消耗，实现简单而且高效的传输，尽可能地延长整个网络的生存期。（2）可扩展性

无线传感器网络的应用决定了它的网络规模不是一成不变的，而且很容易造成拓扑 结构动态发生变化，因而要求路由协议有可扩展性，能够适应结构的变化。具体体现在 传感器的数量、网络覆盖区域、网络生命周期、网络时间延迟和网络感知精度等方面。（3）鲁棒性

无线传感器网络中，由于环境和节点的能量耗尽造成传感器的失效、通信质量的降 低使网络变得不可靠，所以在路由协议的设计过程中必须考虑软硬件的高容错性，保障 网络的健壮性。

4）快速收敛性

由于网络拓扑结构的动态变化，要求路由协议能够快速收敛，以适应拓扑的动态变 化，提高带宽和节点能量等有限资源的利用率和消息传输效率。

3.路由协议的分类

针对不同传感器网络的应用，研究人员提出了不同的路由协议，目前已有的分类方式主 要有两种：按网络结构可以分为平面路由协议、分级网络路由协议和基于位置路由协议；按 协议的应用特征可以分为基于多径路由协议、基于可靠路由协议、基于协商路由协议、基于 查询路由协议、基于位置路由协议和基于QoS 路由协议。但这种分类方式太过分散，没有 整体概念，本文就各个协议的不同侧重点提出一种新的分类方法，把现有的代表性路由协议 按节点的传播方式划分为广播式路由协议、坐标式路由协议和分簇式路由协议。下面进行详 细的介绍和分析。

4.广播式路由协议

4.1 扩散法（Flooding）

扩散法是一种传统的网络通信路由协议。它实现简单，不需要为保持网络拓扑信息和实 现复杂的路由算法消耗计算资源，适用于健壮性要求高的场合。但是，扩散发存在信息爆炸 问题，即能出现一个节点可能得到数据多个副本的情况，而且也会出现部分重叠的现象，此 外，扩散法没有考虑各节点的能量，无法作出相应的自适应路由选择，当一个节点能量耗尽，网络就死去。

具体实现：节点 A 希望发送数据给节点B，节点A 首先通过网络将数据的副本传给其 每一个邻居节点，每一个邻居节点又将其传给除A 外的其他的邻居节点，直到将数据传到B 为止或者为该数据设定的生命期限变为零为止或者所有节点拥有此副本为止。

4.2 定向路由扩散DD（Directed Diffusion）

C.Intanagonwiwat【2】等人为传感器网络提出一种新的数据采集模型，即定向路由扩散。它通过泛洪方式广播兴趣消息给所有的传感器节点，随着兴趣消息在整个网络中传播，协议 逐跳地在每个传感器节点上建立反向的从数据源节点到基站或者汇聚节点的传输梯度。该协 议通过将来自不同源节点的数据聚集再重新路由达到消除冗余和最大程度降低数据传输量 的目的，因而可以节约网络能量、延长系统生存期。然而，路径建立时的兴趣消息扩散要执 行一个泛洪广播操作，时间和能量开销大。

具体实现：首先是兴趣消息扩散，每个节点都在本地保存一个兴趣列表，其中专门存在 一个表项用来记录发送该兴趣消息的邻居节点、数据发送速率和时间戳等相关信息，之后建 立传输梯度。数据沿着建立好的梯度路径传输。

4.3 谣传路由（Rumor Routing）

D.Braginsky【3】等人提出的适用于数据传输量较小的无线传感器网络高效路由协议。其 基本思想是时间监测区域的感应节点产生代理消息，代理消息沿着随机路径向邻居节点扩散 传播。同时，基站或汇聚节点发送的查询消息也沿着随机路径在网络中传播。当查询消息和 代理消息的传播路径交叉在一起时就会形成一条基站或汇聚节点到时间监测区域的完整路 径。

具体实现：每个传感器节点维护一个邻居列表和一个事件列表，当传感器节点监测到一 个事件发生时，在事件列表中增加一个表项并根据概率产生一个代理消息，代理消息是一个 包含事件相关信息的分组，将事件传给经过的节点，收到代理消息的节点检查表项进行更新 和增加表项的操作。节点根据事件列表到达事件区域的路径，或者节点随机选择邻居转发查 询消息。

4.4 SPIN（Sensor Protocols for Information via Negotiation）

W.Heinzelman【4】等人提出的一种自适应的SPIN 路由协议。该协议假定网络中所有节 点都是Sink 节点，每一个节点都有用户需要的信息，而且相邻的节点拥有类似的数据，所 以只要发送其他节点没有的数据。SPIN 协议通过协商完成资源自适应算法，即在发送真正 数据之前，通过协商压缩重复的信息，避免了冗余数据的发送；此外，SPIN 协议有权访问

每个节点的当前能量水平，根据节点剩余能量水平调整协议，所以可以在一定程度上延长网 络的生存期。

具体实现：SPIN 采用了3 种数据包来通信：ADV 用于新数据的广播，当节点有数据 要发送时，利用该数据包向外广播；REQ 用于请求发送数据，当节点希望接收数据时，发 送该报文；DATA 包含带有Meta-data 头部数据的数据报文；

当一个传感器节点在发送一个 DATA 数据包之前，首先向其邻居节点广播式地发送ADV 数据包，如果一个邻居希望接收该DATA 数据包，则像该节点发送REQ 数据包，接着节点向其邻居节点发送DATA 数据包。

4.5 GEAR（Geographical and Energy Aware Routing）

Y.Yu 等人提出了GEAR 路由协议，即根据时间区域的地址位置，建立基站或者汇聚节 点到时间区域的优化路径。把GEAR 划分为广播式路由协议有点牵强，但是由于它是在利 用地理信息的基础上将数据发送到合适区域，而且又是基于DD 提出，这里仍然作为广播式 的一种。具体实现：首先向目标区域传递数据包，当节点收到数据包时，先检查是否有邻居比它更接近目标区域。如有就选择离目标区域最近的节点作数据传递的下一跳节点。如果数据包已经到达目标区域，利用递归的地理传递方式【3】和受限的扩散方式发布该数据。

5.坐标式路由协议

5.1 GEM（Graph Embedding）

J.Newsome 和D.Song 提出了建立一个虚拟极坐标系统（VPCS, Virtual Polar 的

Coordinate System）GEM 路由协议，用来代表实际的网络拓扑结构。整个网络节点形成一 个以基站或汇聚节点为根的带环树（Ringed Tree）。每个节点用距离树根的跳数距离和角度 范围两个参数表示。

具体实现：首先建立虚拟极坐标系统，主要有三个阶段：由跳数建立路由并扩展到整个 网络形成生成树型结构，再从叶节点开始反馈子树的大小，即树中包含的节点数目，最后确 定每个子节点的虚拟角度范围。建立好系统之后，利用虚拟极坐标算法发送消息，即节点收 到消息检查是否在自己的角度范围内，不在就向父节点传递，直到消息到达包含目的位置角 度的节点。另外，当实际网络拓扑结构发生变化时，需要及时更新，比如节点加入和节点失效

5.2 GRWLI（Geographic Routing Without Location Information）

A.Rao【3】等人提出了建立全局坐标系的路由协议，其前提是需要少数节点精确位置信 息。首先确定节点在坐标系中的位置，根据位置进行数据路由。关键是利用某些知道自己位 置信息的信标节点确定全局坐标系及其他节点在坐标系中的位置。

具体实现：A.Rao 等人提出了3 中策略确定信标节点。一是确定边界节点都为信标节 点，则非边界节点通过边界节点确定自己的位置信息。在平面情况下，节点通过邻居节点位 置的平均值计算。二是使用两个信标节点，则边界节点只知道自己处于网络边界不知道自己 的精确位置消息。引入两个信标节点，并通过边界节点交换信息建立全局坐标系。三是使用 一个信标节点，到信标节点最大的节点标记自己为边界节点。

6.分簇式路由协议

6.1 LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）

MIT 的Chandrakasan【5】等人为无线传感器设计的一种分簇路由算法，其基本思想是以 循环的方式随机选择簇首节点，平均分配整个网络的能量到每个传感器节点，从而可以降低 网络能源消耗，延长网络生存时间。簇首的产生是簇形成的基础，簇首的选取一般基于节点 的剩余能量、簇首到基站或汇聚节点的距离、簇首的位置和簇内的通信代价。簇首的产生算

法可以被分为分布式和集中式两种【6】，这里不予介绍。

具体实现：LEACH 不断地循环执行簇的重构过程，可以分为两个阶段：一是簇的建立，即包括簇首节点的选择、簇首节点的广播、簇首节点的建立和调度机制的生成。二是传输数 据的稳定阶段。每个节点随机选一个值，小于某阈值的节点就成为簇首节点，之后广播告知 整个网络，完成簇的建立。在稳定阶段中，节点将采集的数据送到簇首节点，簇首节点将信 息融合后送给汇聚点。一段时间后，重新建立簇，不断循环。

6.2 GAF（Geographic Adaptive Fidelity）

Y.Xu【3】等人提出的一种利用分簇进行通信的路由算法。它最初是为移动Ad Hoc 网络 应用设计的，也可以适用于无线传感器网络。其基本思想是网络区被分成固定区域，形成虚 拟网格，每个网格里选出一个簇首节点在某段时间内保持清醒，其他节点都进入睡眠状态，但是簇首节点并不做任何数据汇聚或融合工作。GAF 算法即关掉网络中不必要的节点节省 能量，同样可以达到延长网络生存期的目的。

具体实现：当划分好固定的虚拟网格之后，网络中每个节点利用 GPS 接受卡指示的位 置信息将节点本身与虚拟网格中某个点关联映射起来。网格上同一个点关联的节点对分组路 由的代价是等价的，因而可以使某个特定网格区域的一些节点睡眠，且随着网络节点数目的 增加可以极大地提高网络的寿命，在可扩展性上有很好的表现。

7.比较与分析

经过上面的简单介绍，每个协议在其设计的时候都有各自的侧重点和最优的方面，按照 衡量标准可以把以上协议做简略的比较并找出相对较好的一类协议。其中，如何提供有效的 节能，即能量有效性是无线传感器网络路由协议最首要注重的方面，可扩展性和鲁棒性是路 由协议应该满足的基本要求，而快速收敛性和网络存在的时间有紧密的联系。依据上述四个 标准，对本文所列举的路由协议的比较见表1。

由上表可见，广播式总是存在一种矛盾，当具有好的扩展性时势必以差的鲁棒性和能量 高效为代价，即以牺牲鲁棒性换取扩展性和高能量，这同时也严重影响了节点的快速收敛性。而坐标式弥补了广播式的不足，可以同时达到四个衡量标准。分簇式相对于前两种方式来说，具备了较好的性能，可以满足人们对传感器网络的一般要求。所以，以能量高效、可扩展性、鲁棒性和快速收敛性四个基本标准来衡量路由协议，分簇式是最佳的选择。

8.总结

本文首先确定了四个衡量路由协议的标准，并按一种新的方法把现有一些协议分成三 类，之后进行比较，最后得出分簇式是相对来讲最优的路由协议类。但是，分簇式只是相对 较好的协议类别，由于分簇式总是依附簇首节点的能量，即使簇首在不断的更替选出，仍有 最后某个簇首节点能量耗尽的情况，因此势必影响整体网络的生存时间。再者，由于衡量标 准的局限性，本文未能考虑安全性等方面的要求，因此得出的结论仅仅是一定的范围内比较 结果。由此，一种尽可能考虑多方面要求的路由协议仍是被期望的。参考文献

[1] 孙利民，李建中，陈渝，朱红松著.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2006.[2] 周东清，葛午未，朱娜.基于QoS 的无线传感器网络路由[J].计算机工程与应用.2007，43（23）：157-160.[3] 宋文，王兵，周应宾等著.无线传感器网络技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2007.[4] 范武，李力.无线传感器网络SPIN 路由协议改进的方法[J].计算机与现代化.2007，139：93-96.[5] 于海斌，曾鹏等著.智能无线传感器网络系统[M].北京：科学出版社，2006.[6] 沈波，张世永，钟亦平.无线传感器网络分簇路由协议[D].上海：复旦大学，2006.

第三篇：实验指导书-单臂路由

路由与交换技术

单臂路由（结合DHCP）

本章内容

主要讲解单臂路由技术实施方案 本章目录：

讲师信息.....................................................................................................1 理论准备.....................................................................................................1 VLAN......................................................................................................1 单臂路由.................................................................................................1 DHCP.....................................................................................................1 配置过程.....................................................................................................2 实验拓扑与需求分析....................................................................................2 配置思路.................................................................................................2 具体配置过程............................................................................................3 一交换机划分VLAN.....................................................................................3 二路由器的子接口封装dot1q..........................................................................1 三路由器做针对各个vlan的DHCP地址池...........................................................2 四网络测试...............................................................................................2 配置验收.....................................................................................................2

路由与交换技术实验指导书

单臂路由（结合DHCP）

讲师信息

讲师

赵元成 黄中友

电子邮件

zhao.yuancheng@neusoft.com huangzhongyou@neu.gd.cn

办公室

计算机科学与技术系网络教研室 计算机科学与技术系网络教研室

理论准备

VLAN VLAN（虚拟局域网）是对连接到交换机端口的网络用户的逻辑分段，不受网络用户的物理位置限制而根据用户需求进行网络分段。一个VLAN可以在一个交换机或者跨交换机实现。VLAN可以根据网络用户的位置、作用、部门或者根据网络用户所使用的应用程序和协议来进行分组。基于交换机的虚拟局域网能够为局域网解决冲突域、广播域、带宽问题。

Dot1q : 现在使用最广泛的VLAN协议标准是 IEEE 802.1Q,二层功能的交换机接口自动封装了该协议，三层功能的交换机接口由于具备路由功能，必须手工封装encapsulation dot1q，否则接口不能设置trunk模式，也不能VLAN

对于三层交换机VLAN间的通信，必须使用路由功能，VLAN之间不泛洪（flood）

单臂路由

单臂路由（router-on-a-stick）是指在路由器的一个接口上通过配置子接口（或“逻辑接口”，并不存在真正物理接口）的方式，实现原来相互隔离的不同VLAN（虚拟局域网）之间的互联互通。

单臂路由配置中，与路由器相连的交换机接口与路由器接口的子接口必须封装dot1q协议。

DHCP DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议，网络层协议，使用UDP协议工作，给内部网络设备提供IP地址，工作过程：DORA。配置dhcp服务主要配置：地址池，提供的地址范围，租约期，保留地址，默网关，及DNS等其他网络信息

CS3059路由与交换术实验指导书1 / 7

路由与交换技术实验指导书

单臂路由（结合DHCP）

配置过程

实验拓扑与需求分析

使用线缆连接设备完成企业网络，至少含有1台路由器，1台二层或者三层交换机，如下拓扑：

 为实现抑制泛洪，二层交换机划分vlan，使用路由器在f0/0内网接口做单臂路由，并未vlan10和20启用dhcp服务

配置思路

1、首先设计VLAN和规划IP地址

2、在交换机配置VLAN，并access接口到VLAN，配置trunk接口

3、路由器子接口封装dot1q协议，并设置IP地址

5、如不想设置太多IP地址，可在路由器针对各个VLAN配置DHCP地址池

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路由与交换技术实验指导书

单臂路由（结合DHCP）

6、设置||获得IP地址，完成网络通信测试（应用simulation模式观看交换机下面不同 vlan中的设备通信是否经路由器）

具体配置过程 一交换机划分VLAN

首先在交换机划分vlan，命名，然后将接口access到各个VLAN;设置与路由连线的接口为trunk，必要时封装dot1q Switch>en Switch#conf t Switch(config)#host S_susu S_susu(config)#vlan 10 S_susu(config-vlan)#name finance S_susu(config-vlan)#vlan 20 S_susu(config-vlan)#name product S_susu(config-vlan)#vlan 30 S_susu(config-vlan)#name net-man S_susu(config-vlan)#ex S_susu(config)# S_susu(config)#int range f0/1-10 S_susu(config-if-range)#switchport mode access S_susu(config-if-range)#swaccvlan 10 S_susu(config-if-range)#int range f0/1124 S_susu(config-if-range)#swmoacc S_susu(config-if-range)#swaccvlan 30 S_susu(config-if-range)#end S_susu(config)#int g0/1 S_susu(config-if)#switchport mode trunk 切记要随时show检测

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单臂路由（结合DHCP）

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单臂路由（结合DHCP）

二路由器的子接口封装dot1q

分别在S_server和S_C1交换机的port-channel或者 range g0/1 – 2 封装802.1q协议,并设置trunk模式

Router>en Router#conf t Router(config)#host R_susu R_susu(config)#int f0/0 R_susu(config-if)#no sh R_susu(config-if)#int f0/0.1 R_susu(config-subif)#encapsulation dot1q 10 R_susu(config-subif)#ip add 10.10.10.1 255.255.255.0 R_susu(config-subif)#int f0/0.2 R_susu(config-subif)#encapsulation dot1q 20 R_susu(config-subif)#ip add 10.10.20.1 255.255.255.0 R_susu(config-subif)#int f0/0.3 R_susu(config-subif)#encapsulation dot1q 30 R_susu(config-subif)#ip add 10.10.30.1 255.255.255.0 使用showipint brief 和 showiproute随工检测

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单臂路由（结合DHCP）

三路由器做针对各个vlan的DHCP地址池

为了更好的管理IP地址，我们可以为Vlan10和Vlan20提供dhcp服务

R_susu(config)#ipdhcp pool v10 R_susu(dhcp-config)#network 10.10.10.0 255.255.255.0 R_susu(dhcp-config)#default-router 10.10.10.1 R_susu(config)#ipdhcp pool v20 R_susu(dhcp-config)#network 10.10.20.0 255.255.255.0 R_susu(dhcp-config)#default-router 10.10.20.1

客户机使用dhcp获得地址，进行检测

四网络测试

大家可以使用ping进行网络测试，也可以为路由器设置外网地址，联通internet做http访问的测试

配置验收

项目

交换机vlan 路由器 DHCP PC机 综合 检验标准

Showvlan与show interface trunk Showipint brief 与 showip route Showipdhcp binding Ping 或者 tracer route

1、各个VLAN通信通过路由器

2、注意网管的设置

分工责任人

评分

验收类别

随工验收 随工验收 随工验收 随工验收 整体验收

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第四篇：单臂路由实验报告

实 验 报 告

实验名称 课程名称

一.实验目的

1、进一步理解路由器配置的基本原理；

2、熟练掌握PacketTracer软件的安装和配置方法；

3、掌握vlan间路由单臂路由的配置。

4、掌握路由器子接口的基本命令配置。

单臂路由实验

计算机网络实训

二.实验环境（软件、硬件及条件）1、1台2811路由器； 2、2台工作站；

4、网络连接线路若干（双绞线）。

5、网络拓朴结构如下：

6、软件：windows xp 操作系统、PacketTracer软件。

三、实验规划

说明f0/0.1为f0/0的子接口，f0/0.２为f0/0的另一个子接口

1、启动PacketTracer软件，选择路由器、PC构成以上拓扑结构，画出拓扑图，然后用PacketTracer软件对此网络进行配置。

2、配置各个局域网；

1）配置PC1、PC2的IP和网关，子网掩码

PC1配置：选择PacketTracer软件中的Desktop，配置如图

同理根据规划表和拓扑图配置好PC2机的IP地址、子网掩码和网关。

2）配置路由器的Ethernet port的以太网的IP地址、子网掩码:

Router2811的配置命令如下：

交换机Switch的配置命令如下：

4、验证。

在PC1上执行两次ping命令对PC2进行连通性检测验证，结果如下：

以上结果说明PC1和PC2能正常通信，说明路由器R1与交换机Switch配置正确。

五、实验分析：

1、对路由器的接口状态和路由表进行分析，在Router2811上进行察看结果如下：

路由表收敛到192.168.1.0、192.168.2.0

2、对交换机的接口状态和路由表进行分析，进行察看结果如下：

说明按照规划配置好了。

Pc1 ping pc2 通。说明配置成功。

六、实验心得

1、进一步对网络配置的基本原理有了一定的理解；

2、能够较熟练地利用PacketTracer软件进行简单网络的基本配置；

3、进一步了解vlan之间的路由配置。

4、vlan之间要进行通信必须要经过三层设备，带有路由功能的设备。

第五篇：路由协议的常见分类

路由协议的常见分类

网关-网关协议（GGP）

核心网关为了正确和高效地路由报文需要知道Internet其他部分发生的情况，包括路由信息和子网特性。

当一个网关处理重负载而使速度特别慢，并且这个网关是访问子网的惟一途径时，通常使用这种类型的信息，网络中的其他网关能剪裁交通流量以减轻网关的负载。

GGP主要用于交换路由信息，不要混淆路由信息（包括地址、拓扑和路由延迟细节）和作出路由决定的算法。路由算法在网关内通常是固定的且不被GGP改变。核心网关之间通过发送GGP信息，并等待应答来通信，之后如果收到含特定信息的应答就更新路由表。注意GGP的最新改进SPREAD已经用于Internet,但它还不如GGP普及。GGP被称为向量-距离协议。要想有效工作，网关必须含有互联网络上有关所有网关的完整信息。否则，计算到一个目的地的有效路由将是不可能的。因为这个原因，所有的核心网关维护一张Internet上所有核心网关的列表。这是一个相当小的表，网关能容易地对其进行处理。外部网关协议（EGP）

外部网关协议用于在非核心的相邻网关之间传输信息。非核心网关包含互联网络上所有与其直接相邻的网关的路由信息及其所连机器信息，但是它们不包含Internet上其他网关的信息。对绝大多数EGP而言，只限制维护其服务的局域网或广域网信息。这样可以防止过多的路由信息在局域网或广域网之间传输。EGP强制在非核心网关之间交流路由信息。由于核心网关使用GGP,非核心网关使用EGP,而二者都应用在Internet上，所以必须有某些方法使二者彼此之间能够通信。Internet使任何自治（非核心）网关给其他系统发送“可达”信息，这些信息至少要送到一个核心网关。如果有一个更大的自治网络，常常认为有一个网关来处理这些可达信息。

和GGP一样，EGP使用一个查询过程来让网关清楚它的相邻网关并不断地与其相邻者交换路由和状态信息。EGP是状态驱动的协议，意思是说它依赖于一个反映网关情况的状态表和一组当状态表项变化时必须执行的一组操作。

内部网关协议（IGP）

有几种内部网关协议可用，最流行的是RIP和HELLO,另一个协议称为开放式最短路径优先协议（OSPF），这些协议没有一个是占主导地位的，但是RIP可能是最常见的IGP协议。选择特定的IGP以网络体系结构为基础。

RIP和HELLO协议都是计算到目的地的距离，它们的消息包括机器标识和到机器的距离。一般来讲，由于它们的路由表包含很多项，因此消息比较长。RIP和HELLO一直维护相邻网关之间的连接性以确保机器是活跃的。

路由信息协议使用广播技术。意思是说网关每隔一定时间要把路由表广播给其他网关。这也是RIP的一个问题，因为这会增加网络流量，降低网络性能。

HELLO协议与RIP的不同之处在于HELLO使用时间而不是距离作为路由因素。这要求网关对每条路由有合理的准确时间信息。由于这个原因，所以HELLO协议依赖于时钟同步消息。

开放式最短路径优先协议是由Internet工程任务组开发的协议，希望它能成为居于主导地位的IGP.用“最短路径”来描述协议的路由过程不准确。更好一些的名字是“最优路径”,这其中要考虑许多因素来决定到达目的地的最佳路由。

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