第一篇：典型單路徑路由協議

典型單路徑路由協議

無線傳感器網絡和Adhoc網絡一樣，是無線自組織網絡的一種，因此，它的路由協議也可以從無線Adhoc網絡得到一些啟發。本節首先對無線Adhoc網絡的路由協議AODV進行研究，詳細介紹其路由實現原理。然后詳細介紹北京交通大學下一代互聯網互聯設備國家工程實驗室代寫計算機職稱論文自行研制和開發的路由協議MSRP，MSRP借鑒了AODV的思想，但是又做了很大的簡化。本論文所設計的多徑路由機制是在MS即的基礎上做了創新和改進。本節評價了它的優點和缺點，指出了需要改進的地方。

1.AODV路由協議AODVI’jj(AdhoeOndemandDistanceVectorRouting)是一種按需驅動的路由協議，它能夠在移動節點之間建立動態多跳路由并維護一個Adhoc網絡。AODV能讓節點快速建立到新目的節點的路由，而且不需要節點維護處于非活動狀態路徑的路由。在鏈路損壞或者網絡拓撲發生變化時，網絡中多個移動節點能夠及時做出反應，網絡能夠快速自愈。當網絡鏈路出現斷裂時，AODV能夠通知所有受影響的節點，讓它們及時刪除使用該鏈路的路由。AODV一個很重要的創新點是對每一條路由使用了一個目的序列號，任何一個路由表項必須包含到目的節點的最新的序代寫計算機碩士論文列號信息。目的節點序列號由目的節點產生。每一個目的節點在它發送給請求節點的任何路由信息中都會包含這個序列號，使用目的序列號可以保證路由無環路，也利于編程實現。當出現兩條路由到達目標節點時，請求節點會選擇序列號比較大的路由。節點收到任何有關報文，只要其中有關于目的序列號的信息，該目的節點的序列號就會更新。網絡中的節點各自保存和維護自己的序列號。一個目的節點在下列兩種情況下產生自己的序列號:

1、在建立一個路由發現之前，它產代寫計算機畢業論文生自己的序列號，避免與以前建立的到無線傳感器網絡路由協議的研究該源節點的反向路由沖突;

2、在產生一個RREP回復雙EQ之前，將自己節的序列號更新為目前節點的序列號和路由請求中該節點序列號兩者的最大值。下一跳鏈路丟失時，序列號不再更新。這時候，對于使用該下一跳的每一條路由，節點都將其目的序列號加一，并將該路由標計為失效。只有再次收到“足夠新”路由信息時(序列號等于或大于該記錄的序列號)，該節點才會將路由表中相應信息更新。AoDv定義了三種報文類型:路由請求(RREQs)、路由回復(RREPs)、路錯誤(計算機專業職稱論文RERRs)。這些消息包裝在uDP報文中，端口654，并使用通常的IP報頭，請求節點使用自己的IP地址作為路由消息中的“源IP地址”字段。對于廣播消息，使用IP廣播地址255.255.255.255。這意味著這些消息不會被盲目的轉發。但是，AODV確實需要某些報文(例如路由請求消息)能夠大范圍甚至在整個網絡中洪，IP報文的TTL字段可以用來限定傳播范圍。只要通信的兩個端有到對方的有效路由，那么AODV就不參與。當節點需一個到新目的節點的路由時，該節點會廣播路由請求進行尋找。當該路由請求達目的節點，或者一個中間節點具有一個到目的節點的“足夠新，的路由時，這條路由便可以確定下來。每一個收到路由請求的節點都會緩存一個到源節點的反路由，這樣，“路由回復”便會從最終目的節點或者滿足請求條件的中間節點順利遞到源節點。節點會監測有效路由下一條鏈路的狀態。當監測到有鏈路發生斷裂時，節會發送路由錯誤消息來通知其他節點:鏈路已經丟失，需要重新尋找路由?！奥峰e誤”消息用來表明一些節點通過該斷裂的鏈路己經不可達。為了采用這種錯誤告的機制，所有節點保存一個“前驅列表”，前驅列表包含一些鄰居的IP地址，些鄰居節點可能使用本節點作為到達目的地的下一跳。前驅列表的信息可以很易的在路由回復的時候獲取，因為從定義上來說，“路由回復”就是要發送給前歹J表中的節點的。AODv是個路由協議，因此它有自己的路由表管理機制。即使是暫時的路信息(例如到路由請求源節點的暫時的反向路由)，也需要在路由表中保存。AOD的路由表有以下幾個組成部分:目的IP地址、目的序列號、有效目的序列號標以及其他的標志(如有效、無效、可修復、正在修復中)、網絡接口、跳數、下跳、前驅列表、生命期(路由表的失效或刪除時間)。

1AODV路由建立過程當一個節點發現自己需要路由卻不存在路由信息的時候，它發起路由請RREQ，RREQ中的目的節點序列號是從路由表中的目的節點序列號域中拷貝過來的，是最新的。如果序列號未知，那么路由請求報文中U位(未知序列號，表明發送路由請求的節點對目的序列號一無所知)置1。路由請求報文中，源節點序列號是節點自身的序列號，在插入到該路由請求報文中之前會進行加一操作。路由請求ID也是在最新的ID號上面進行加一操作，每一個節點僅僅維護一個路由請求ID。廣播路由請求之前，源節點將緩存該路由請求ID和源節點IP地址，這樣，當該節點再次收到相同的路由請求時，會忽略該請求，從而避免廣播包風暴。類類型型JJJRRRGGGDDDUUU保留留跳數數路路由請求IDDD目目的IP地址址目目的序列號號源源IP地址址源源序列號號路由請求報文格式FigZ一3RREQmessageformat節點收到RREQ之后，首先會創建或者更新到上一跳的路由，然后檢查是否在PATHDISCOVERYTIME時間內收到過相同的路由請求。如果收到源IP和請求ID相同的路由請求，那么節點會直接丟棄路由請求。如果收到不同的路由請求，節點增加路由請求報文中的跳數字段，然后節點查詢到源節點的反向路由，如果沒有，會創建一條路由，如果找到，可能會更新路由表中的序列號。當節點接收到一個傳給源節點的路由回復時，報文將沿著反向路由發送到源節點。同時，收到RREQ的中間節點，查看自己的路由表中是否有到目的節點的有效的路由，即路由表中的目的節點的序列號不小于RREQ中攜帶的序列號;若沒有，中間節點更新路由表并向其鄰居轉發RREQ;若存在到目的節點的路由或該中間節點就是目的節點，將發送RREP報文給源節點，RREP中包含新的目的序列號和路由，轉發RREP的節點更新路由表。源節點收到后，就獲得了到目的節點的路由。節點在以下兩種情況下產生路由回復，節點本身是目的節點;2)節點是中間節點，有到目的節點的路由，該路由有效，并且序列號等于或者大于路由請求報文中的目的序列號。無線傳感器網絡路由協議的研究類類型型RRRAAA保留留前綴綴跳數數目目的IP地址址目目的序列號號源源IP地址址生生命期期路由回復報文FigZ一4RREpmessageformat如果目的節點產生路由回復，并且路由請求中的序列號等于節點序列號，么節點將增加自己的序列號。目的節點將自己的序列號放入路由回復報文中，將其中的跳數字段設置為O。如果中間節點產生路由回復，那么該節點將把自己知道的目的節點的序列號拷貝到路由回復報文中。同時，中間節點把路由表中該節點到目的節點的跳數拷貝到路由回復的跳數字段中。在路由回復向源節點遞的過程中，每經過一個節點，跳數字段加一。源節點與目的節點之間可能需要建立雙向通信鏈路，此時僅僅建立一條從節點到目的節點的路由是不夠的，目的節點也需要建立一條反向路由。為此，節點將RREQ中的G位(免費路由回復標志;表明是否需要發送免費路由回復到標IP地址)設為1，這樣中間節點就得知源節點需要和目的節點建立雙向通信。一般來說，一個節點收到路由請求并且向源節點發送路由回復之后，會直將路由請求報文丟棄。如果路由請求報文中’G’字段被置1，那么中間節點還需向路由請求的目的節點發送“免費路由回復”。免費路由回復從中間節點逐跳傳到目的節點，就好像目的節點發起過到源節點的路由請求，中間節點發起了路回復。中間節點接收到路由回復之后，首先會在路由表中查找到上一跳的路由，果沒有找到，會創建一條沒有有效序列號的路由表項。然后，節點給路由回復跳數字段值加一。如果到目的地址的路由表不存在，節點會建立一條到目的地的路由表項。如果到目的節點的路由表存在，那么中間節點會比較路由表中目序列號和路由回復報文中的序列號，比較之后，更新路由表中的序列號。這樣，當前節點就可以用這條路由來轉發到目的節點的數據包。如果當前點不是路由請求的源節點，那么節點轉發該路由回復到去往路由請求源節點的一跳。節點發送路由回復時，到目的地的前驅列表也被更新，即把路由回復的一跳節點放入到前驅列表中。AODV路由維護過程節點通過廣播本地HELLO消息來提供鏈路的鏈接信息。每次經過HELLOINTERVAL時間間隔，節點檢查自己在這段時間內有沒有發過廣播包，如果沒有發過，則發送一個TTL值為1的HELLO報文。節點可以通過監聽從鄰居發來的HELLO數據包來確定鏈路連接性。如果規定的時間內，節點收到鄰居的HELLO報文，經歷一段時間后再也沒有收到該鄰居發來的任何信息，那么節點會認為該鄰居節點已經失效。每次節點收到來自鄰居的HELLO報文，節點應該確保自己有一條到鄰居的路由。如果沒有的話要創建路由，如果有的話需要更新生命期。當節點檢測到路由回復失敗后，會將這樣的節點放入到黑名單中。檢測的方式可以采用鏈路層或者網絡層的ACK。節點在經過規定的時間后會從黑名單列表中清除。一般來說，路由錯誤和鏈路斷裂的處理需要一下幾個步驟:l)將已有的路由表項設為無效2)列出所有受影響的路由3)決定哪一個鄰居節點可能受到影響4)將合適的路由錯誤消息發送給相應的鄰居節點路由錯誤消息可以多種方式傳播。前驅節點個數很多情況下，一般采用廣播的形式，如果前驅節點只有一個，可采用單播，如果不適合采用廣播，可以依次單播到每一個前驅節點。類類型型NNN保留留不可達目的節點序列號號不不可達目的節點IP地址址不不可達目的節點序列號號其其他不可達目的節點IP地址址其其他不可達目的節點序列號路由錯誤報文FigZ一5RERRmessageformat節點在以下情況下會發送路由錯誤消息:l)在利用有效路由發送數據時檢測到下一跳失效，此時，節點在自己的路由表中搜尋所有利用下一跳的路由表項;無線傳感器網絡路由協議的研究2)收到一個數據包，但路由表中沒有相應的路由;3)收到鄰居的路由錯誤消息。對于第一種情況，節點會搜索路由表，列出所有因為鄰居失效而不可達的終目的節點。對于第二種情況，只有一個最終目的節點不可達，即數據包的最地址。對于情況三，節點也會搜索路由表，當找到鄰居節點為下一跳路由時也將其加入列表。列表中的一些不可達地址可能會被鄰居節點使用，因此必要時向鄰居發送路由錯誤消息。當一條鏈路斷裂時，如果到目的節點的跳數不超過上限，斷裂的上游節點以采取本地修復的策略。節點先緩存數據包，然后把該不可達目的序列號加一，發起到該目的節點的路由請求，節點會一直等待路由回復。如果本地修復沒有功，那么節點將發送路由錯誤消息。本地修復可能引起到目的節點的路徑比較長而且可能會增加傳送到目的節點的數據包的數量，因為當發送路由錯誤消息時，數據包是不會被丟棄的。本地修復之后再發起路由錯誤消息可能會讓源節點找更好的路徑。

2.MSRP路由協議MSRp(MieroSensorRoutingprotoeol)是北京交通大學下一代互聯網互聯備國家工程實驗室自主開發的微型傳感路由器路由協議，能夠結合傳感器網絡特點，實現動態、自組織地尋路和數據轉發。由于MS砂是一種單路由策略，某些擴展應用過程中需要解決減少路由失效帶來的數據延遲和基于按需選路導的能量消耗不均勻的問題。因此，本文需要在MSRP的基礎上提出一種多路徑由機制，在此給出MSRP工作過程的簡要描述。MSRP路由建立過程MSRP路由協議為了減少存儲表項以及發送和接收報文的大小，MSRP使IEEE802定義的64比特接口標識符，而不是IPv6地址進行路由過程，IP地址根據地址映射規則，由唯一的IEEE802.15.4定義的64比特接口標識符進行定。因此IPv6微型協議?？梢愿鶕﨧SRP建立的路由進行數據傳輸。MSRP是一個簡單的單路徑路山協議，路由發現時，MSRP用廣播，為了廣RREQ分組，通過設置目的地址為廣播短地址(oxFFFF)來獲得廣播包。Ms不支持中間節點回復RREP分組，只允許目的節點回復RREP分組。同時，它持中間節點選擇性地廣播路由請求(RREQ)，當發現自己有到目的節點的路由就不再廣播RREQ分組，而是選擇單播雙EQ分組到路由表中到目的節點的下一跳節點。當節點要發送數據包卻沒有到目的節點的路由信息時，節點緩存數據包，發起路由查詢過程，廣播路由請求報文。路由請求報文(RREQ)包括目的地址、源地址、路由請求ID、跳數等。路由請求ID和源地址用于唯一標識一個RREQ。每個節點維護一個入口表用于一記錄其它節點來的RREQ，入口表包括源地址和路由請求ID。當中間節點收到RREQ時，先查找入口表，如果是第一次收到該RREQ分組，則插入入口表，如果已經有相關的入口表項，則丟棄RREQ。如果第一次收到該RREQ，則查找路由表，如果有到目的節點的路由信息，則單播RREQ到路由表中下一跳節點，如果沒有路由信息，就繼續廣播RREQ，直到目的節點。在RREQ傳送到目的節點的過程中，節點建立到源節點的反向路由，這樣RREP可以沿著反向路由到達源節點。當目的節點收到RREQ時，首先節點緩存RREQ分組消息，由于廣播RREQ尋路過程，節點接收到多條路由發送的分組消息，所以需要等待合理時間T，進行判斷多路由的優劣，這里構造了一個最優路由判斷函數f(X，Y):f(X，Y)=Am+Bh+Cn…(公式l)其中m為源節點到目的節點經過的電量不足節點的個數，h為源節點到目的節點的跳數，n為從源節點到目的節點弱鏈路的條數。A、B、C為不同網絡環境下的待定參數，均為2的非負整數次方，并滿足A>>C>B。在開闊地帶室外網絡環境下，取A=256，B=l，C=20目的節點為每個到達的RREQ以及當前節點到達RREQ源節點的路由(如果路由表中存在的話)計算其f值，跳數X值越小并且鏈路質量值越大，則f值越高，選擇f值最大的路由進行回復。路由回復報文(RREP)包括源節點、目的節點以及跳數。建立到目的節點的路由，然后查找到節點反向路由，轉發RREP。若發送RREQ的源節點收到RREP，則發送數據。這樣由建立過程就完成了。MSRP也進行簡單的路由修復。當鏈路出現故障時，發送路由錯誤報文(RER給鏈路的上一跳節點。同時執行以下步驟:l)將直接相關的路由設為無效路由;2)統計所有受影響的路由目的節點;3)統計所有受影響的鄰居節點;4)向受影響的鄰居發送RERR消息。建建立到目的節節點點的路由由發發送數據據據查找到源節點的的路路路路由，轉發RREPPP節點收到RREP流程圖FigZ一7FlowehartofnodesreeeivingRREP2.2.3AODV和MSRP的評價AoDv*”+是一種基于距離矢量的按需路由協議。協議采用了三種報文格式RREQ、RREP、RERR，它們的結構比較復雜。還使用了序列號避免環路和HELLo消息來檢測鏈路的連接性。AODV支持中間節點應答，能使源節點快速獲得路

第二篇：無線傳感器網絡典型路由協議分類比較

無線傳感器網絡典型路由協議分類比較

常清

摘 要：無線傳感器網絡是繼因特網之后對人類生活產生重大影響的技術，它在邏輯上將虛

幻的信息和真實的物理世界聯系起來。無線傳感器網絡是由大量無處不在的、具有通信與計 算能力的微小傳感器節點密集地布設在無人值守的監控區域而構成的能夠根據環境自主完 成指定任務的智能自治測控網絡系統。它能為人類生活帶來不可估量的好處，所以，傳感器 網絡的路由協議的設計也是對人類的一項挑戰，需要利用節點有限的能量更好的為人類服 務。目前已有多種路由協議，但其分類方式不是很清晰，本文以節點的傳播方式為出發點，對幾種典型的路由協議給予重新分類，并對其進行分析，最后選出相對好的類別。

1.引言

隨著微電子技術、計算技術和無線通信技術的進步，多功能傳感器快速發展，進而使無 線傳感器網絡（wireless sensor network, WSN）成為目前研究熱點。WSN 是由部署在檢測區域內的大量廉價微型傳感器節點組成，形成一個多跳的自組織網絡系統，使其在小體積內集成信息采集、數據處理和無線通信等功能，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，并提供給終端用戶。WSN 能夠廣泛應用于軍事、環境檢測和預報、健康護理、智能家居、建筑物狀態監控、復雜機械監控、城市交通、空間探索、大型車間和倉庫管理、以及機場、大型工業園區的安全檢測和其他商業等領域，且將逐漸深入到人類生活的各個領域。本文首先簡要說明衡量路由協議的四個標準，然后就WSN 中路由協議的幾種路由協議提出新的分類方法并利用標準加以比較。

2.路由協議的衡量標準

無線傳感器網絡的路由協議不同于傳統網絡的協議，它具有能量優先、基于局部的拓撲 信息、以數據為中心和應用相關四個特點，因而，根據具體的應用設計路由機制時，從四個 方面衡量路由協議的優劣【1】：（1）能量高效

傳統路由協議在選擇最優路徑時，很少考慮節點的能量問題。由于無線傳感器網絡 中節點的能量有限，傳感器網絡路由協議不僅要選擇能量消耗小的消息傳輸路徑，更要 能量均衡消耗，實現簡單而且高效的傳輸，盡可能地延長整個網絡的生存期。（2）可擴展性

無線傳感器網絡的應用決定了它的網絡規模不是一成不變的，而且很容易造成拓撲 結構動態發生變化，因而要求路由協議有可擴展性，能夠適應結構的變化。具體體現在 傳感器的數量、網絡覆蓋區域、網絡生命周期、網絡時間延遲和網絡感知精度等方面。（3）魯棒性

無線傳感器網絡中，由于環境和節點的能量耗盡造成傳感器的失效、通信質量的降 低使網絡變得不可靠，所以在路由協議的設計過程中必須考慮軟硬件的高容錯性，保障 網絡的健壯性。

4）快速收斂性

由于網絡拓撲結構的動態變化，要求路由協議能夠快速收斂，以適應拓撲的動態變 化，提高帶寬和節點能量等有限資源的利用率和消息傳輸效率。

3.路由協議的分類

針對不同傳感器網絡的應用，研究人員提出了不同的路由協議，目前已有的分類方式主 要有兩種：按網絡結構可以分為平面路由協議、分級網絡路由協議和基于位置路由協議；按 協議的應用特征可以分為基于多徑路由協議、基于可靠路由協議、基于協商路由協議、基于 查詢路由協議、基于位置路由協議和基于QoS 路由協議。但這種分類方式太過分散，沒有 整體概念，本文就各個協議的不同側重點提出一種新的分類方法，把現有的代表性路由協議 按節點的傳播方式劃分為廣播式路由協議、坐標式路由協議和分簇式路由協議。下面進行詳 細的介紹和分析。

4.廣播式路由協議

4.1 擴散法（Flooding）

擴散法是一種傳統的網絡通信路由協議。它實現簡單，不需要為保持網絡拓撲信息和實 現復雜的路由算法消耗計算資源，適用于健壯性要求高的場合。但是，擴散發存在信息爆炸 問題，即能出現一個節點可能得到數據多個副本的情況，而且也會出現部分重疊的現象，此 外，擴散法沒有考慮各節點的能量，無法作出相應的自適應路由選擇，當一個節點能量耗盡，網絡就死去。

具體實現：節點 A 希望發送數據給節點B，節點A 首先通過網絡將數據的副本傳給其 每一個鄰居節點，每一個鄰居節點又將其傳給除A 外的其他的鄰居節點，直到將數據傳到B 為止或者為該數據設定的生命期限變為零為止或者所有節點擁有此副本為止。

4.2 定向路由擴散DD（Directed Diffusion）

C.Intanagonwiwat【2】等人為傳感器網絡提出一種新的數據采集模型，即定向路由擴散。它通過泛洪方式廣播興趣消息給所有的傳感器節點，隨著興趣消息在整個網絡中傳播，協議 逐跳地在每個傳感器節點上建立反向的從數據源節點到基站或者匯聚節點的傳輸梯度。該協 議通過將來自不同源節點的數據聚集再重新路由達到消除冗余和最大程度降低數據傳輸量 的目的，因而可以節約網絡能量、延長系統生存期。然而，路徑建立時的興趣消息擴散要執 行一個泛洪廣播操作，時間和能量開銷大。

具體實現：首先是興趣消息擴散，每個節點都在本地保存一個興趣列表，其中專門存在 一個表項用來記錄發送該興趣消息的鄰居節點、數據發送速率和時間戳等相關信息，之后建 立傳輸梯度。數據沿著建立好的梯度路徑傳輸。

4.3 謠傳路由（Rumor Routing）

D.Braginsky【3】等人提出的適用于數據傳輸量較小的無線傳感器網絡高效路由協議。其 基本思想是時間監測區域的感應節點產生代理消息，代理消息沿著隨機路徑向鄰居節點擴散 傳播。同時，基站或匯聚節點發送的查詢消息也沿著隨機路徑在網絡中傳播。當查詢消息和 代理消息的傳播路徑交叉在一起時就會形成一條基站或匯聚節點到時間監測區域的完整路 徑。

具體實現：每個傳感器節點維護一個鄰居列表和一個事件列表，當傳感器節點監測到一 個事件發生時，在事件列表中增加一個表項并根據概率產生一個代理消息，代理消息是一個 包含事件相關信息的分組，將事件傳給經過的節點，收到代理消息的節點檢查表項進行更新 和增加表項的操作。節點根據事件列表到達事件區域的路徑，或者節點隨機選擇鄰居轉發查 詢消息。

4.4 SPIN（Sensor Protocols for Information via Negotiation）

W.Heinzelman【4】等人提出的一種自適應的SPIN 路由協議。該協議假定網絡中所有節 點都是Sink 節點，每一個節點都有用戶需要的信息，而且相鄰的節點擁有類似的數據，所 以只要發送其他節點沒有的數據。SPIN 協議通過協商完成資源自適應算法，即在發送真正 數據之前，通過協商壓縮重復的信息，避免了冗余數據的發送；此外，SPIN 協議有權訪問

每個節點的當前能量水平，根據節點剩余能量水平調整協議，所以可以在一定程度上延長網 絡的生存期。

具體實現：SPIN 采用了3 種數據包來通信：ADV 用于新數據的廣播，當節點有數據 要發送時，利用該數據包向外廣播；REQ 用于請求發送數據，當節點希望接收數據時，發 送該報文；DATA 包含帶有Meta-data 頭部數據的數據報文；

當一個傳感器節點在發送一個 DATA 數據包之前，首先向其鄰居節點廣播式地發送ADV 數據包，如果一個鄰居希望接收該DATA 數據包，則像該節點發送REQ 數據包，接著節點向其鄰居節點發送DATA 數據包。

4.5 GEAR（Geographical and Energy Aware Routing）

Y.Yu 等人提出了GEAR 路由協議，即根據時間區域的地址位置，建立基站或者匯聚節 點到時間區域的優化路徑。把GEAR 劃分為廣播式路由協議有點牽強，但是由于它是在利 用地理信息的基礎上將數據發送到合適區域，而且又是基于DD 提出，這里仍然作為廣播式 的一種。具體實現：首先向目標區域傳遞數據包，當節點收到數據包時，先檢查是否有鄰居比它更接近目標區域。如有就選擇離目標區域最近的節點作數據傳遞的下一跳節點。如果數據包已經到達目標區域，利用遞歸的地理傳遞方式【3】和受限的擴散方式發布該數據。

5.坐標式路由協議

5.1 GEM（Graph Embedding）

J.Newsome 和D.Song 提出了建立一個虛擬極坐標系統（VPCS, Virtual Polar 的

Coordinate System）GEM 路由協議，用來代表實際的網絡拓撲結構。整個網絡節點形成一 個以基站或匯聚節點為根的帶環樹（Ringed Tree）。每個節點用距離樹根的跳數距離和角度 范圍兩個參數表示。

具體實現：首先建立虛擬極坐標系統，主要有三個階段：由跳數建立路由并擴展到整個 網絡形成生成樹型結構，再從葉節點開始反饋子樹的大小，即樹中包含的節點數目，最后確 定每個子節點的虛擬角度范圍。建立好系統之后，利用虛擬極坐標算法發送消息，即節點收 到消息檢查是否在自己的角度范圍內，不在就向父節點傳遞，直到消息到達包含目的位置角 度的節點。另外，當實際網絡拓撲結構發生變化時，需要及時更新，比如節點加入和節點失效

5.2 GRWLI（Geographic Routing Without Location Information）

A.Rao【3】等人提出了建立全局坐標系的路由協議，其前提是需要少數節點精確位置信 息。首先確定節點在坐標系中的位置，根據位置進行數據路由。關鍵是利用某些知道自己位 置信息的信標節點確定全局坐標系及其他節點在坐標系中的位置。

具體實現：A.Rao 等人提出了3 中策略確定信標節點。一是確定邊界節點都為信標節 點，則非邊界節點通過邊界節點確定自己的位置信息。在平面情況下，節點通過鄰居節點位 置的平均值計算。二是使用兩個信標節點，則邊界節點只知道自己處于網絡邊界不知道自己 的精確位置消息。引入兩個信標節點，并通過邊界節點交換信息建立全局坐標系。三是使用 一個信標節點，到信標節點最大的節點標記自己為邊界節點。

6.分簇式路由協議

6.1 LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）

MIT 的Chandrakasan【5】等人為無線傳感器設計的一種分簇路由算法，其基本思想是以 循環的方式隨機選擇簇首節點，平均分配整個網絡的能量到每個傳感器節點，從而可以降低 網絡能源消耗，延長網絡生存時間。簇首的產生是簇形成的基礎，簇首的選取一般基于節點 的剩余能量、簇首到基站或匯聚節點的距離、簇首的位置和簇內的通信代價。簇首的產生算

法可以被分為分布式和集中式兩種【6】，這里不予介紹。

具體實現：LEACH 不斷地循環執行簇的重構過程，可以分為兩個階段：一是簇的建立，即包括簇首節點的選擇、簇首節點的廣播、簇首節點的建立和調度機制的生成。二是傳輸數 據的穩定階段。每個節點隨機選一個值，小于某閾值的節點就成為簇首節點，之后廣播告知 整個網絡，完成簇的建立。在穩定階段中，節點將采集的數據送到簇首節點，簇首節點將信 息融合后送給匯聚點。一段時間后，重新建立簇，不斷循環。

6.2 GAF（Geographic Adaptive Fidelity）

Y.Xu【3】等人提出的一種利用分簇進行通信的路由算法。它最初是為移動Ad Hoc 網絡 應用設計的，也可以適用于無線傳感器網絡。其基本思想是網絡區被分成固定區域，形成虛 擬網格，每個網格里選出一個簇首節點在某段時間內保持清醒，其他節點都進入睡眠狀態，但是簇首節點并不做任何數據匯聚或融合工作。GAF 算法即關掉網絡中不必要的節點節省 能量，同樣可以達到延長網絡生存期的目的。

具體實現：當劃分好固定的虛擬網格之后，網絡中每個節點利用 GPS 接受卡指示的位 置信息將節點本身與虛擬網格中某個點關聯映射起來。網格上同一個點關聯的節點對分組路 由的代價是等價的，因而可以使某個特定網格區域的一些節點睡眠，且隨著網絡節點數目的 增加可以極大地提高網絡的壽命，在可擴展性上有很好的表現。

7.比較與分析

經過上面的簡單介紹，每個協議在其設計的時候都有各自的側重點和最優的方面，按照 衡量標準可以把以上協議做簡略的比較并找出相對較好的一類協議。其中，如何提供有效的 節能，即能量有效性是無線傳感器網絡路由協議最首要注重的方面，可擴展性和魯棒性是路 由協議應該滿足的基本要求，而快速收斂性和網絡存在的時間有緊密的聯系。依據上述四個 標準，對本文所列舉的路由協議的比較見表1。

由上表可見，廣播式總是存在一種矛盾，當具有好的擴展性時勢必以差的魯棒性和能量 高效為代價，即以犧牲魯棒性換取擴展性和高能量，這同時也嚴重影響了節點的快速收斂性。而坐標式彌補了廣播式的不足，可以同時達到四個衡量標準。分簇式相對于前兩種方式來說，具備了較好的性能，可以滿足人們對傳感器網絡的一般要求。所以，以能量高效、可擴展性、魯棒性和快速收斂性四個基本標準來衡量路由協議，分簇式是最佳的選擇。

8.總結

本文首先確定了四個衡量路由協議的標準，并按一種新的方法把現有一些協議分成三 類，之后進行比較，最后得出分簇式是相對來講最優的路由協議類。但是，分簇式只是相對 較好的協議類別，由于分簇式總是依附簇首節點的能量，即使簇首在不斷的更替選出，仍有 最后某個簇首節點能量耗盡的情況，因此勢必影響整體網絡的生存時間。再者，由于衡量標 準的局限性，本文未能考慮安全性等方面的要求，因此得出的結論僅僅是一定的范圍內比較 結果。由此，一種盡可能考慮多方面要求的路由協議仍是被期望的。參考文獻

[1] 孫利民，李建中，陳渝，朱紅松著.無線傳感器網絡[M].北京：清華大學出版社，2006.[2] 周東清，葛午未，朱娜.基于QoS 的無線傳感器網絡路由[J].計算機工程與應用.2007，43（23）：157-160.[3] 宋文，王兵，周應賓等著.無線傳感器網絡技術與應用[M].北京：電子工業出版社，2007.[4] 范武，李力.無線傳感器網絡SPIN 路由協議改進的方法[J].計算機與現代化.2007，139：93-96.[5] 于海斌，曾鵬等著.智能無線傳感器網絡系統[M].北京：科學出版社，2006.[6] 沈波，張世永，鐘亦平.無線傳感器網絡分簇路由協議[D].上海：復旦大學，2006.

第三篇：實驗指導書-單臂路由

路由與交換技術

單臂路由（結合DHCP）

本章內容

主要講解單臂路由技術實施方案 本章目錄：

講師信息.....................................................................................................1 理論準備.....................................................................................................1 VLAN......................................................................................................1 單臂路由.................................................................................................1 DHCP.....................................................................................................1 配置過程.....................................................................................................2 實驗拓撲與需求分析....................................................................................2 配置思路.................................................................................................2 具體配置過程............................................................................................3 一交換機劃分VLAN.....................................................................................3 二路由器的子接口封裝dot1q..........................................................................1 三路由器做針對各個vlan的DHCP地址池...........................................................2 四網絡測試...............................................................................................2 配置驗收.....................................................................................................2

路由與交換技術實驗指導書

單臂路由（結合DHCP）

講師信息

講師

趙元成 黃中友

電子郵件

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

辦公室

計算機科學與技術系網絡教研室 計算機科學與技術系網絡教研室

理論準備

VLAN VLAN（虛擬局域網）是對連接到交換機端口的網絡用戶的邏輯分段，不受網絡用戶的物理位置限制而根據用戶需求進行網絡分段。一個VLAN可以在一個交換機或者跨交換機實現。VLAN可以根據網絡用戶的位置、作用、部門或者根據網絡用戶所使用的應用程序和協議來進行分組?；诮粨Q機的虛擬局域網能夠為局域網解決沖突域、廣播域、帶寬問題。

Dot1q : 現在使用最廣泛的VLAN協議標準是 IEEE 802.1Q,二層功能的交換機接口自動封裝了該協議，三層功能的交換機接口由于具備路由功能，必須手工封裝encapsulation dot1q，否則接口不能設置trunk模式，也不能VLAN

對于三層交換機VLAN間的通信，必須使用路由功能，VLAN之間不泛洪（flood）

單臂路由

單臂路由（router-on-a-stick）是指在路由器的一個接口上通過配置子接口（或“邏輯接口”，并不存在真正物理接口）的方式，實現原來相互隔離的不同VLAN（虛擬局域網）之間的互聯互通。

單臂路由配置中，與路由器相連的交換機接口與路由器接口的子接口必須封裝dot1q協議。

DHCP DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動態主機配置協議，網絡層協議，使用UDP協議工作，給內部網絡設備提供IP地址，工作過程：DORA。配置dhcp服務主要配置：地址池，提供的地址范圍，租約期，保留地址，默網關，及DNS等其他網絡信息

CS3059路由與交換術實驗指導書1 / 7

路由與交換技術實驗指導書

單臂路由（結合DHCP）

配置過程

實驗拓撲與需求分析

使用線纜連接設備完成企業網絡，至少含有1臺路由器，1臺二層或者三層交換機，如下拓撲：

? 為實現抑制泛洪，二層交換機劃分vlan，使用路由器在f0/0內網接口做單臂路由，并未vlan10和20啟用dhcp服務

配置思路

1、首先設計VLAN和規劃IP地址

2、在交換機配置VLAN，并access接口到VLAN，配置trunk接口

3、路由器子接口封裝dot1q協議，并設置IP地址

5、如不想設置太多IP地址，可在路由器針對各個VLAN配置DHCP地址池

CS3059路由與交換術實驗指導書2 / 7

路由與交換技術實驗指導書

單臂路由（結合DHCP）

6、設置||獲得IP地址，完成網絡通信測試（應用simulation模式觀看交換機下面不同 vlan中的設備通信是否經路由器）

具體配置過程 一交換機劃分VLAN

首先在交換機劃分vlan，命名，然后將接口access到各個VLAN;設置與路由連線的接口為trunk，必要時封裝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 切記要隨時show檢測

CS3059路由與交換術實驗指導書3 / 7

路由與交換技術實驗指導書

單臂路由（結合DHCP）

CS3059路由與交換術實驗指導書4 / 7

路由與交換技術實驗指導書

單臂路由（結合DHCP）

二路由器的子接口封裝dot1q

分別在S_server和S_C1交換機的port-channel或者 range g0/1 – 2 封裝802.1q協議,并設置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隨工檢測

CS3059路由與交換術實驗指導書1 / 7

路由與交換技術實驗指導書

單臂路由（結合DHCP）

三路由器做針對各個vlan的DHCP地址池

為了更好的管理IP地址，我們可以為Vlan10和Vlan20提供dhcp服務

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

客戶機使用dhcp獲得地址，進行檢測

四網絡測試

大家可以使用ping進行網絡測試，也可以為路由器設置外網地址，聯通internet做http訪問的測試

配置驗收

項目

交換機vlan 路由器 DHCP PC機 綜合 檢驗標準

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

1、各個VLAN通信通過路由器

2、注意網管的設置

分工責任人

評分

驗收類別

隨工驗收 隨工驗收 隨工驗收 隨工驗收 整體驗收

CS3059路由與交換術實驗指導書2 / 7

第四篇：單臂路由實驗報告

實 驗 報 告

實驗名稱 課程名稱

一.實驗目的

1、進一步理解路由器配置的基本原理；

2、熟練掌握PacketTracer軟件的安裝和配置方法；

3、掌握vlan間路由單臂路由的配置。

4、掌握路由器子接口的基本命令配置。

單臂路由實驗

計算機網絡實訓

二.實驗環境（軟件、硬件及條件）1、1臺2811路由器； 2、2臺工作站；

4、網絡連接線路若干（雙絞線）。

5、網絡拓樸結構如下：

6、軟件：windows xp 操作系統、PacketTracer軟件。

三、實驗規劃

說明f0/0.1為f0/0的子接口，f0/0.２為f0/0的另一個子接口

1、啟動PacketTracer軟件，選擇路由器、PC構成以上拓撲結構，畫出拓撲圖，然后用PacketTracer軟件對此網絡進行配置。

2、配置各個局域網；

1）配置PC1、PC2的IP和網關，子網掩碼

PC1配置：選擇PacketTracer軟件中的Desktop，配置如圖

同理根據規劃表和拓撲圖配置好PC2機的IP地址、子網掩碼和網關。

2）配置路由器的Ethernet port的以太網的IP地址、子網掩碼:

Router2811的配置命令如下：

交換機Switch的配置命令如下：

4、驗證。

在PC1上執行兩次ping命令對PC2進行連通性檢測驗證，結果如下：

以上結果說明PC1和PC2能正常通信，說明路由器R1與交換機Switch配置正確。

五、實驗分析：

1、對路由器的接口狀態和路由表進行分析，在Router2811上進行察看結果如下：

路由表收斂到192.168.1.0、192.168.2.0

2、對交換機的接口狀態和路由表進行分析，進行察看結果如下：

說明按照規劃配置好了。

Pc1 ping pc2 通。說明配置成功。

六、實驗心得

1、進一步對網絡配置的基本原理有了一定的理解；

2、能夠較熟練地利用PacketTracer軟件進行簡單網絡的基本配置；

3、進一步了解vlan之間的路由配置。

4、vlan之間要進行通信必須要經過三層設備，帶有路由功能的設備。

第五篇：路由協議的常見分類

路由協議的常見分類

網關-網關協議（GGP）

核心網關為了正確和高效地路由報文需要知道Internet其他部分發生的情況，包括路由信息和子網特性。

當一個網關處理重負載而使速度特別慢，并且這個網關是訪問子網的惟一途徑時，通常使用這種類型的信息，網絡中的其他網關能剪裁交通流量以減輕網關的負載。

GGP主要用于交換路由信息，不要混淆路由信息（包括地址、拓撲和路由延遲細節）和作出路由決定的算法。路由算法在網關內通常是固定的且不被GGP改變。核心網關之間通過發送GGP信息，并等待應答來通信，之后如果收到含特定信息的應答就更新路由表。注意GGP的最新改進SPREAD已經用于Internet,但它還不如GGP普及。GGP被稱為向量-距離協議。要想有效工作，網關必須含有互聯網絡上有關所有網關的完整信息。否則，計算到一個目的地的有效路由將是不可能的。因為這個原因，所有的核心網關維護一張Internet上所有核心網關的列表。這是一個相當小的表，網關能容易地對其進行處理。外部網關協議（EGP）

外部網關協議用于在非核心的相鄰網關之間傳輸信息。非核心網關包含互聯網絡上所有與其直接相鄰的網關的路由信息及其所連機器信息，但是它們不包含Internet上其他網關的信息。對絕大多數EGP而言，只限制維護其服務的局域網或廣域網信息。這樣可以防止過多的路由信息在局域網或廣域網之間傳輸。EGP強制在非核心網關之間交流路由信息。由于核心網關使用GGP,非核心網關使用EGP,而二者都應用在Internet上，所以必須有某些方法使二者彼此之間能夠通信。Internet使任何自治（非核心）網關給其他系統發送“可達”信息，這些信息至少要送到一個核心網關。如果有一個更大的自治網絡，常常認為有一個網關來處理這些可達信息。

和GGP一樣，EGP使用一個查詢過程來讓網關清楚它的相鄰網關并不斷地與其相鄰者交換路由和狀態信息。EGP是狀態驅動的協議，意思是說它依賴于一個反映網關情況的狀態表和一組當狀態表項變化時必須執行的一組操作。

內部網關協議（IGP）

有幾種內部網關協議可用，最流行的是RIP和HELLO,另一個協議稱為開放式最短路徑優先協議（OSPF），這些協議沒有一個是占主導地位的，但是RIP可能是最常見的IGP協議。選擇特定的IGP以網絡體系結構為基礎。

RIP和HELLO協議都是計算到目的地的距離，它們的消息包括機器標識和到機器的距離。一般來講，由于它們的路由表包含很多項，因此消息比較長。RIP和HELLO一直維護相鄰網關之間的連接性以確保機器是活躍的。

路由信息協議使用廣播技術。意思是說網關每隔一定時間要把路由表廣播給其他網關。這也是RIP的一個問題，因為這會增加網絡流量，降低網絡性能。

HELLO協議與RIP的不同之處在于HELLO使用時間而不是距離作為路由因素。這要求網關對每條路由有合理的準確時間信息。由于這個原因，所以HELLO協議依賴于時鐘同步消息。

開放式最短路徑優先協議是由Internet工程任務組開發的協議，希望它能成為居于主導地位的IGP.用“最短路徑”來描述協議的路由過程不準確。更好一些的名字是“最優路徑”,這其中要考慮許多因素來決定到達目的地的最佳路由。

xp系統下載