現(xiàn)代通信技術課程10

1、4、 網(wǎng)絡路由協(xié)議原理 4.1 有線路由協(xié)議 4.2 無線路由協(xié)議 4.3 機會路由協(xié)議現(xiàn)代通信技術課程現(xiàn)代通信技術課程主講：宋梁，主講：宋梁，LSONGIEEE.ORGLSONGIEEE.ORGQQQQ群：群：3149458742012015 5-201-2016 6章節(jié)概覽4.3.1 機會路由簡介4.3.2 機會路由的協(xié)作機制4.3.3 候選節(jié)點的選擇4.3.4 已有的機會路由協(xié)議4.3.5 機會路由所面臨的挑戰(zhàn)4.3.6 總結2無線傳感網(wǎng)的應用戶外監(jiān)測3無線傳感網(wǎng)的應用室內監(jiān)測4機會路由簡介近年來，無線網(wǎng)絡在生活中的應用場景越來越豐富，并且不斷有新的應用被挖掘出來，但是無線網(wǎng)絡的潛能并沒

2、有被充分的挖掘出來。大多數(shù)網(wǎng)絡路由協(xié)議都是基于傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡改進而來，從而忽略了無線網(wǎng)絡的廣播特性，錯失了許多無線網(wǎng)絡可能帶來的許多優(yōu)點。5機會路由的提出 對于傳統(tǒng)的路由協(xié)議而言，由于發(fā)展自有線網(wǎng)絡，所以在數(shù)據(jù)發(fā)送之前，數(shù)據(jù)的傳輸路徑就已經確定。由于無線鏈路的不穩(wěn)定性，這種方式對于無線網(wǎng)絡來說這無疑是不可靠的。2005年，MIT的CSAIL實驗室提出了機會路由的概念。6機會路由的基本思想充分利用了無線網(wǎng)絡的廣播特性 7機會路由的基本思想RTS 8機會路由的基本思想 CTS9機會路由的基本思想確定候選節(jié)點集以及避免重復傳輸 10機會路由的基本思想 從源節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)到目的節(jié)點，對于傳統(tǒng)的路由協(xié)議，可

3、能會將路徑設置為 src-B-D-dst，但是由于無線傳輸?shù)膹V播特性和鏈路的不確定性，B節(jié)點并沒有收到源節(jié)點發(fā)來的信息，C節(jié)點卻收到了。那么這次傳輸對于傳統(tǒng)路由來說就失敗了。11機會路由的基本思想 但是，機會路由則將其視為一次幸運的傳輸，C明顯比B距離目的節(jié)點要近一些。在機會路由中，C節(jié)點將會承擔下一步的傳輸任務，接著將數(shù)據(jù)傳輸下去。也就是說機會路由的下一條地址在數(shù)據(jù)傳輸之前是不確定的，數(shù)據(jù)傳輸后，所有收到數(shù)據(jù)的優(yōu)先級最高的節(jié)點才會成為路徑的下一跳。12章節(jié)概覽4.3.1 機會路由簡介4.3.2 機會路由的合作策略4.3.3 候選節(jié)點的選擇4.3.4 已有的機會路由協(xié)議4.3.5 機會路由所面

4、臨的挑戰(zhàn)4.3.6 總結13機會路由的兩個基本組成要素合作策略和候選節(jié)點集的選擇是設計機會路由的兩個必要組成部分。14機會路由的合作策略從發(fā)送者的角度來說，合作策略用于挑選出最佳的候選節(jié)點。對于候選節(jié)點來說，合作策略用來決定節(jié)點的當前狀態(tài)和是否傳輸收聽到的數(shù)據(jù)包以及何時傳輸數(shù)據(jù)包。15機會路由的合作策略已有的合作策略根據(jù)運行機制的不同可以分為三類：定時器（Timer），令牌（Token），網(wǎng)絡編碼（Network coding）16基于定時器的路由策略發(fā)送數(shù)據(jù)包前，源節(jié)點會根據(jù)一個測量方法確定一個候選節(jié)點集，并且給候選節(jié)點集中的節(jié)點做一個優(yōu)先級排序。節(jié)點在收到數(shù)據(jù)包后，會根據(jù)自己的優(yōu)先級排序設

5、置定時器以等待比自己優(yōu)先級高的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。待定時器設定的時間到達，則開始發(fā)送數(shù)據(jù)。即，第i個節(jié)點會在第i個時間間隙發(fā)送數(shù)據(jù)包。17基于定時器的路由策略 基于定時器策略的路由協(xié)議實施起來較為簡單，也是第一次提出機會路由概念是所用的策略。最大缺點是重復傳輸，因為傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點不能保證所有的候選節(jié)點收到他的確認信息，從而造成低優(yōu)先級的節(jié)點重復傳輸數(shù)據(jù)。 代表路由：ExOR（Extremely Opportunistic Routing）18基于令牌的路由策略在基于令牌策略的路由中，只有拿到令牌的節(jié)點才能傳輸數(shù)據(jù)，從而完全避免了數(shù)據(jù)的重復傳輸，但是這樣又增加了控制包的開銷。代表算法：Economy1

6、9基于網(wǎng)絡編碼的路由策略在這種策略中，原始數(shù)據(jù)被分割成數(shù)據(jù)段，然后進行線性編碼。當目的節(jié)點收到足夠多的數(shù)據(jù)段后即可解碼出原始數(shù)據(jù)。代表路由：MORE20基于網(wǎng)絡編碼的路由策略網(wǎng)絡編碼示意圖P1，P2為源節(jié)點進行線性編碼后的數(shù)據(jù)包，P3為R1收到其中一個數(shù)據(jù)包后再一次線性編碼的數(shù)據(jù)包，P4為R2將收到的兩個數(shù)據(jù)包進行在編碼后的包。目的節(jié)點在收到P3，P4后可解碼出原始數(shù)據(jù)21章節(jié)概覽4.3.1 機會路由簡介4.3.2 機會路由的合作策略4.3.3 候選節(jié)點的選擇4.3.4 已有的機會路由協(xié)議4.3.5 機會路由所面臨的挑戰(zhàn)4.3.6 總結22候選節(jié)點集的選擇候選節(jié)點集的確定可以進一步劃分為候選節(jié)

7、點集的篩選和候選節(jié)點的排序23候選節(jié)點的篩選候選節(jié)點越多，鏈路的傳輸性能會越好，但是同時也會增加通信成本，并且產生重復傳輸，所以候選節(jié)點的數(shù)量應該控制在合適的范圍內。24候選節(jié)點集的篩選如圖，假設每條鏈路的PDR值為80%，隨著候選節(jié)點的增加，虛擬鏈路的PDR也隨之增加，但是增加的幅度越來越小，再增加節(jié)點反而會降低網(wǎng)絡的性能，因為節(jié)點間的協(xié)商通信花銷會增加很多。25候選節(jié)點的優(yōu)先級排序 候選節(jié)點的排序用于確定到達目的節(jié)點的最佳路徑 節(jié)點優(yōu)先級的排序有多種測量方法，如傳統(tǒng)路由中的距離向量法，或是簡單的跳數(shù)都可以作為選定優(yōu)先級的測量方法。26候選節(jié)點的優(yōu)先級排序 另外，最新提出的更加適用于機會路由

8、的度量方法有 ETX（expected number of transmissions）和 ETT(expected transmission time)27利用ETX進行節(jié)點的優(yōu)先級排序 ETX為期望傳輸次數(shù)，即一個節(jié)點要成功把一個報文發(fā)送到一個目標節(jié)點所期望的轉發(fā)次數(shù)。ETX越小，說明該節(jié)點把報文傳輸給目標節(jié)點所需要轉發(fā)的次數(shù)少，消耗小，成功概率高。28利用ETX進行節(jié)點的優(yōu)先級排序ETX值與路徑的選擇有關。如圖所示，選擇路徑A-B-C-D，則A到D的ETX值為1/0.9+1/0.9+1/0.9=3.3次；而若選擇路徑A-C-D，則A到D的ETX值為1/0.4+1/0.9=3.6次。29利

9、用ETX進行節(jié)點的優(yōu)先級排序上圖中，節(jié)點A到節(jié)點D最短路徑的ETX值為3.3，而節(jié)點B到節(jié)點D的最短路徑ETX值為2.2，所以節(jié)點B屬于節(jié)點A到節(jié)點D的候選節(jié)點集。途中節(jié)點的優(yōu)先級從高到低依次排序為：DCBA.即當這些節(jié)點都收到數(shù)據(jù)包時，節(jié)點D的優(yōu)先級最高。30章節(jié)概覽4.3.1 機會路由簡介4.3.2 機會路由的協(xié)作機制4.3.3 候選節(jié)點的選擇4.3.4 已有的機會路由協(xié)議4.3.5 機會路由所面臨的挑戰(zhàn)4.3.6 總結31已有的機會路由概覽2005年，ExOR作為首個機會路由被提出，在機會路由領域具有奠基者的作用，接著另一個基于定時器的OR協(xié)議SOAR被提出，SOAR的最大特點是它的候選

10、節(jié)點是由源節(jié)點和中繼節(jié)點共同決定的。32已有的機會路由概覽2007年，MORE作為第一個基于網(wǎng)絡編碼的機會路由被提出。MORE在PC終端上已經被證明是可行的。雖然MORE不再需要額外的協(xié)商信息，但是在數(shù)據(jù)串長度上還有限制，并且仍然存在冗余數(shù)據(jù)包。接著，CodeOR,SlideOR等在數(shù)據(jù)串長度沒有限制的協(xié)議相繼被提出。33已有的機會路由概覽Economy是唯一應用令牌機制的機會路由協(xié)議。它的主要優(yōu)點在于完全避免了重復數(shù)據(jù)包的傳輸。34章節(jié)概覽4.3.1 機會路由簡介4.3.2 機會路由的協(xié)作機制4.3.3 候選節(jié)點的選擇4.3.4 已有的機會路由協(xié)議4.3.5 機會路由所面臨的挑戰(zhàn)4.3.6 總結35機會路由所面臨問題與挑戰(zhàn)基于令牌的機會路由增加了網(wǎng)絡中的控制信息，基于網(wǎng)絡編碼的機會路由冗余信息過多。通過比較，我們可以從中看出每種路由的潛力，并做進一步的研究和改進。36機會路由所面臨問題與挑戰(zhàn)對于大多數(shù)無線網(wǎng)絡來說，能耗問題是一個至關重要的問題，在設計路