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第五讲 水声网络路由
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Seaweb 2005 UUV Experiments Monterey Bay, May 9-11, July 20-22
Iridium satellite constellation GPS satellite constellation
Racom buoy gateway node
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主动路由协议 Vs. 被动路由协议
性能 所需维 持的路 由 路由发 现策略 主动路由协议 网络中每一个结点要持续 地维持到全网所有其它结 点的路由 所有的路由在一开始就确 定下来，各结点通过周期 性地交换路由信息来维持 所有的路由信息 正比于网络规模和拓扑变 化程度 差 适用于网络规模较小，结 点移动性不强的情形 被动路由协议 仅需维持到所需目的结点的路 由和维护处于active状态的 链路 只有在源结点需要发送分组到 某一目的结点且本地没有到该 目的结点的路由的情况下，才 触发路由发现操作 正比于网络连接数 良好 在用户不很密集、负荷中等、 移动性一般的大型网络中表现 出色
第五讲 水声网络路由
1. 水声网络路由概述 2. 路由协议的分类
按路由结构分类：按路由发现策略分ຫໍສະໝຸດ ：平面路由协议 分级的路由协议
主动路由协议 被动路由协议 混合路由协议
源路由 按路由信息的存放方式分类 ：逐跳路由
按是否依赖定位分类：
基于网络拓扑的路由协议 基于位置的路由协议
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第五讲 水声网络路由
基于位置的路由协议
– 利用结点的物理位置进行分组转发 – 让路由请求分组往目的结点所在方向传输，限制路由 请求过程中被影响的结点数目 – 对于位置的依赖性限制了应用范围 – LAR(Location Aided Routing)、DREAM(Distance Routing Effect Algorithm for Mobility)
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开销 扩展性 应用场 景
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第五讲 水声网络路由
2 路由协议的分类 ——混合路由协议(hybrid)
• 综合主动和被动两种路由策略 • 在网络结构上采用平面或分层结构 • 如ZRP（Zone Routing Protocol）协议就是一 类混合使用主动路由和被动路由策略的协议，在 一定的网络区域内采用主动路由策略，区域间则 采用被动路由的策略
网络仅对active route进行维护，对其他路由不闻 不问 RERR（route error)
维持路由表信息的正确性和实效性
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逐跳路由
• 中间结点收到数据分组时依据目的地址，查询路 由表得到下一结点地址 • 将数据分组转发到相应的链路上去 • 数据分组就是这样一跳一跳地向目的结点转发的 • 优点：
– 能适应MANET动态变化的环境，每个结点在收到最新 的拓扑信息时便会更新本地路由表，从而能保证将到 达的数据分组转发到更新更好的路径上去 – 每个中间结点都要实时维护一定的路由信息，都要通 过周期性的信标（beacon message）维持邻结点之 间的连通性
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1.水声网络路由概述
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第五讲 水声网络路由
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1.水声网络路由概述
水下通信网络是指将水下和水面结点如各种水下传感 器、水下航行器、水面浮标、水面船只舰艇等互联起 来的网络。通过该网络，其中的任意两个结点之间可 以随时进行信息交互。网络中结点可以移动，随时加 入或离开网络，网络不需要任何固定基础设置支持， 结点之间独立组网，这种网络又称为水下Ad Hoc网络， 或水下自组织网络。 可以通过无线声链路构成任意拓扑 这种网络建立快捷、灵活 可广泛应用于水下军事防御、海洋环境监测和保护、 海洋地质灾害预报、矿产资源勘探等场合
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第五讲 水声网络路由
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2 路由协议的分类 ——分级路由协议
• 网络由多个簇组成 • 结点分为两种类型：普通结点和簇头结点。 • 处于同一簇的簇头结点和普通结点共同维护所在 簇内部的路由信息，簇头结点负责所管辖簇的拓 扑信息的压缩和摘要处理，并与其它簇头结点交 换处理后的拓扑信息
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1.水声网络路由概述
路由问题 • 解决网络中结点如何将分组从源结点正确的发送 到目的结点的问题 • 即结点如何对分组进行转发的问题 路由协议 • 路由算法：在获知网络拓扑和链路状态的条件下， 选择源结点到达目的结点的路径的法则。如最小 代价路由选择算法（代价可以为时延、距离、能 耗等） • 路由策略：解决路由的选择如何适应网络拓扑和 状态变化的问题
– 优点：适合大规模的自组织环境，可扩展性较好； – 缺点：簇头结点的可靠性和稳定性对全网性能影响较 大，支持结点在不同簇之间漫游产生一定的开销
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• 已提出的自组织网路由协议大多是基于平面路由 思想 • 自组织网目前主要以一种末端网络形式存在，应 用规模都较小，使用簇思想的作用不明显 • 在一定程度上抑制了簇思想在自组织网中的研究
• 迄今为止，已提出的主动路由协议主要有OLSR、 WRP、DSDV等。
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2 路由协议的分类 ——被动路由协议
• 仅在源结点有分组要发送且本地没有去往目的结点的路由 时，才“按需”进行路由发现并建立所需路由 • 网络每个结点不需要维持去往其它所有结点的路由 • 拓扑结构和路由表内容是按需建立的，它可能仅仅是整个 拓扑结构信息的一部分 • 按需路由协议通常由路由发现和维护两个过程组成 • 通过向网络中广播一个“路由请求”分组就可进行路由发 现 • 迄今为止，已提出的被动(on demand)路由协议主要有 DSR、 AODV、 TORA、ABR等
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第五讲 水声网络路由
3. 三种典型的路由协议
DSR (Dynamic Source Routing) AODV (Ad Hoc On-demand Distance Vector Routing) OLSR (Optimized Link State Routing)
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第五讲 水声网络路由
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1.水声网络路由概述 ——Ad Hoc网络路由
网络拓扑动态变化的特性使得传统的有线网路由 协议产生大量的控制信息。不仅会消耗掉原本非 常有限的带宽资源，而且还会增加信道竞争，大 量消耗便携终端的能量。 网络结构与现有蜂窝网和无线局域网的显著区别， 使得这些无线网络的路由协议也无法应用于Ad Hoc网络中 因此，现有的有线和无线路由协议都不适合在 Ad Hoc网络中运行，要针对Ad Hoc网络的特性对 其路由协议设计。
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2 路由协议的分类
• 按路由结构分类：平面(flat)路由协议 分级(cluster-based)的路由协议 • 按路由发现策略分类： 主动路由协议（global/proactive routing protocol） 被动路由协议(on-demand/reactive routing protocol) 混合路由协议(hybrid routing protocol) • 按路由信息的存放方式分类 ：源路由（source routing） 逐跳路由(hop-by-hop) • 按是否依赖定位分类：基于网络拓扑的路由协议 基于位置的路由协议
– 随着每条路径的中间结点数的增加，该路径发生故障 的概率就越大、每个数据分组的开销就越大
• DSR(Dynamic Source Routing)协议就是采用 源路由方式的路由协议。
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2 路由协议的分类 ——按是否依赖定位分类
基于网络拓扑的路由协议
– 利用链路信息进行路由的建立和分组转发
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2 路由协议的分类 ——主动路由协议
• 修改有线网络的路由协议以适应自组织网环境而 得来的 • 路由发现策略类似于传统有线网中路由协议
– 所有的路由在一开始就确定下来 – 各结点通过周期性的广播路由信息分组，交换路由信 息，来维持和更新路由 – 结点必须维护去往全网所有结点的路由
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3. 三种典型的路由协议 ——DSR路由协议
DSR路由协议由两个过程组成： 路由发现（route discovery) （按需进行）
RREQ（route request) RREP（route reply)
路由维护 (route maintenance)（按需进行）
Shipboard command center
ARIES UUV
NPS
SLOCUM UUV constellation of 6 Seaweb repeater nodes fixed on seabed 2016/3/14 第五讲 水声网络路由 6
1.水声网络路由概述 ——水下通信网络的特点
独立组网：Ad Hoc特性 无中心：组网无需任何预先架设的网络设施或中 心结点 动态拓扑：结点移动，结点加入与离开 多跳路由：源与目的之间由多段声链路组成，结 点同时具有终端和转发的功能 高延时：与无线电信号相比声信号传播时延很大 带宽有限：声信道环境恶劣 能耗受限：结点一般都是一次性能源供给
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2 路由协议的分类
• 按路由发现的策略划分，MANET路由协议可分为 三类：
– 主动路由协议（global/proactive routing protocol） – 被动路由协议(on-demand/reactive routing protocol) – 混合路由协议(hybrid routing protocol)