無線網(wǎng)絡技術5.2.ppt

1、,無線網(wǎng)絡技術,計算機與通信工程學院 李娜娜 ,第5章 ZigBee 網(wǎng)絡層原理,5.1 網(wǎng)絡層 5.2 設備類型 5.3 網(wǎng)絡拓撲結構 5.4 地址及其分配方法 5.5 路由協(xié)議 5.6 功能描述網(wǎng)絡和設備維護 5.7 網(wǎng)絡層常量與參數(shù),5.5 路由協(xié)議,路由算法設計目標,路由算法設計目標,1)簡單、高效、控制開銷??； 2)無環(huán)路、快速收斂； 3)健壯、穩(wěn)定、靈活；,設計目標1簡單、高效、控制開銷小,設計目標2無環(huán)路、快速收斂,設計目標3健壯、穩(wěn)定、靈活,ZigBee路由協(xié)議,5.5.1 ZigBee路由方式,ZigBee網(wǎng)絡中，路由方式有以下三種：,網(wǎng)絡拓撲與路由方式關系,每種網(wǎng)絡拓撲結構

2、的路由方式都不相同。 星型和樹型網(wǎng)絡拓撲結構通常采用靜態(tài)路由協(xié)議，如樹型網(wǎng)絡拓撲結構采用Cluster-Tree協(xié)議。 對于網(wǎng)狀拓撲結構，多采用動態(tài)路由協(xié)議，如ZigBee Ad-Hoc On-demand Distance Vector Routing(ZAODV),ZAODV與自組網(wǎng)中的經(jīng)典AODV協(xié)議不完全一樣，準備的說是一種簡化版本的AODV junior(AODVjr)。,5.5.2 Cluster-Tree路由算法 P137,ZigBee網(wǎng)絡的樹型拓撲結構中，每一個新入網(wǎng)的節(jié)點，都會與一個父節(jié)點相互對應，每一個父節(jié)點可以同時有多個子節(jié)點，但是一個子節(jié)點卻只能有一個父節(jié)點，按照這種方

3、式形成了一顆樹，在路由的時候就按照樹的父子節(jié)點來查找，這種方式稱之為C luster-Tree算法。,5.5.2 Cluster-Tree算法流程,在Cluster-Tree過程中，節(jié)點不需要通過路由發(fā)現(xiàn)過程來進行路由，節(jié)點直接通過數(shù)據(jù)包中的目的節(jié)點地址來計算下一跳的地址。 通常的做法是將其簡化為上行路由或者下行路由。,5.5.2 Cluster-Tree算法流程,1. 如果某一個FFD節(jié)點的當前地址是A，目的節(jié)點的地址是D，節(jié)點A要向目的節(jié)點D傳輸數(shù)據(jù)，A路由器節(jié)點的深度分別為d，則 2.否則如果節(jié)點A為RFD,要向目的節(jié)點D傳輸數(shù)據(jù)，則只需交由父節(jié)點處理。,5.5.2 Cluster-Tr

4、ee算法流程,1）.如果節(jié)點收到的數(shù)據(jù)是要傳遞給自己的(即目的節(jié)點的地址為本身地址)，那么節(jié)點就不用再轉發(fā)數(shù)據(jù)，而是直接上傳到上層處理，否則轉2； 2）如果節(jié)點收到的數(shù)據(jù)的目的地址是鄰居節(jié)點，那么可以將數(shù)據(jù)信息直接發(fā)送到鄰居節(jié)點，否則轉3； 3）接收到的數(shù)據(jù)包轉發(fā)給子節(jié)點或者父節(jié)點。該路由器節(jié)點會依據(jù)下述表達式判斷目的節(jié)點是否是其后裔節(jié)點：,5.5.2 Cluster-Tree算法流程,如果滿足當前條件:ADA+ Cskip(d-1)，則說明目的節(jié)點D是節(jié)點A的子節(jié)點，那么節(jié)點A就可以直接將數(shù)據(jù)發(fā)送給D，下一跳地址A根據(jù)下式計算,否則，若不滿足上述條件，則A將信息上交自己的上一級。,Clust

5、er-Tree路由,Cluster-Tree路由算法維護過程,5.5.2 Cluster-Tree算法優(yōu)缺點,Cluster-Tree算法在一些方面存在著優(yōu)點，比如網(wǎng)絡結構覆蓋范圍大，節(jié)點不需要維護路由表，也不需要進行路由發(fā)現(xiàn)，減少了網(wǎng)絡中路由和數(shù)據(jù)處理的開銷，并且算法簡單查找節(jié)點速度較快，可以方便采用數(shù)據(jù)融合技術減少信息冗余度。 但是同時它也存在著很多的缺點。Cluster-Tree算法這種樹狀結構的網(wǎng)絡選擇路徑的時候是依靠父子節(jié)點關系來判斷的，當節(jié)點收到了一個數(shù)據(jù)包的分組，如果節(jié)點查找目的地址發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包不是發(fā)送給自己的，那么就只能交給子節(jié)點或者父節(jié)點來處理了，不進行路由發(fā)現(xiàn)的過程。由于Cl

6、uster-Tree算法這種直接由子節(jié)點或者父節(jié)點來發(fā)送，因此節(jié)點不能夠走最優(yōu)的路徑，相對來說，所走的路徑都會比較偏長，也會給分組的傳輸帶來很高的延時，而且深度較低的節(jié)點對于數(shù)據(jù)量的轉發(fā)會比較大，給節(jié)點帶來很大的負載，很容易造成節(jié)點的流量分配不均衡。,5.5.3 動態(tài)路由協(xié)議AODVjr,5.5.3 動態(tài)路由協(xié)議AODVjr,ZigBee路由器，包括協(xié)調器均可以執(zhí)行AODVjr路由算法，進行路由發(fā)現(xiàn)和選擇、路由維護等操作。,動態(tài)路由協(xié)議AODVjr,1. AODV 2.AODVjr與AODV比較 3.AODVjr算法流程,5.5.3 動態(tài)路由協(xié)議AODVjr,什么是AODV?,1.AODV,無

7、線自組網(wǎng)按需平面距離矢量路由協(xié)議（Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing，AODV），是應用于無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡（也稱作無線mesh網(wǎng)絡）中進行路由選擇的路由協(xié)議，它能夠實現(xiàn)單播和多播路由。 該協(xié)議是Ad Hoc網(wǎng)絡中按需生成路由方式的典型協(xié)議。,AODV與因特網(wǎng)路由協(xié)議本質區(qū)別,它是反應式路由協(xié)議，也就是說當向目的節(jié)點發(fā)送包時，源節(jié)點才在網(wǎng)絡中發(fā)起路由查找過程，找到相應的路由。 相反的，因特網(wǎng)路由協(xié)議是先驗式的，也就是說它們查找路由是不依賴于路徑上的節(jié)點是否要發(fā)包，而是每個節(jié)點維護一張包含到達其它節(jié)點的路由信息的路由表。節(jié)點間通過周期性的交換路由信息來不斷

8、更新自身的路由表，以便能夠及時的反映網(wǎng)絡拓撲結構和變化，以維護一致的、及時的、準確的路由信息。,AODV算法RREQ的處理和反向路徑建立,AODV算法RREP的處理和正向（前向）路徑建立,AODV算法是基于最少跳數(shù)的最短路徑算法,AODV算法路由維護過程,2.AODVjr與AODV比較,AODVjr與AODV比較1路由選擇的標準不同,路由成本為路由發(fā)現(xiàn)和維護管理提供了一種度量的方法，是用來比較路由好壞的基礎。 AODV算法采用基于最少跳數(shù)的最短路徑算法作為路由選擇的依據(jù)（傳統(tǒng)的距離矢量路由機制），而ZigBee網(wǎng)絡則采用基于信道質量的最優(yōu)路徑算法作為路由選擇的依據(jù)。,ZigBee路由成本 P1

9、33,ZigBee路由成本,Round(A):對A進行四舍五入取整數(shù)。,AODVjr與AODV比較2路由發(fā)現(xiàn)過程簡化,路由發(fā)現(xiàn)過程的簡化,AODVjr路徑發(fā)現(xiàn)的基本思想： 通過傳播路由包請求包RREQ(Route Request Message)與路由回復包RREP(Route Reply Message)實現(xiàn)路由查找和記錄。 當RREQ和RREP包在兩點之間傳遞時，這兩點之間的損耗最小的路徑會被記錄下來并保存在路由表中。 節(jié)點收到數(shù)據(jù)包后查詢路由表，如果有到目的節(jié)點的最小損耗路由，則按照該路由傳送數(shù)據(jù)，如沒有則啟動AODVjr查找路由，發(fā)送RREQ包查找路由。若收到了目的節(jié)點的RREP包，則

10、證明有最優(yōu)路由存在，則可以按照此路由傳數(shù)據(jù)包。,AODVjr與AODV比較3路由維護過程簡化,AODVjr相對于AODV，采用了終端對終端機制，目標節(jié)點需要定時發(fā)送給源節(jié)點KEEP-ALIVE包（以維護路由表），如果在數(shù)據(jù)傳輸過程中發(fā)生鏈路中斷，那么源節(jié)點將不能接收到從目的節(jié)點發(fā)來的信息。當節(jié)點離開路徑一段時間后，源節(jié)點將偵聽到路徑鏈路中斷，如果還需要路由的話，將進行路由修復（具有網(wǎng)絡自愈功能）。 相比較于AODV算法而言，AODVjr 則不需要HELLO、RERR包的發(fā)送，大大節(jié)省了控制開銷。,AODVjr與AODV路由維護比較,AODVjr與AODV路由維護比較,路由表 P134,AODV

11、jr與AODV比較4路由表的簡化,路由表的簡化,AODVjr與AODV比較5路由環(huán)路的避免,AODVjr中則不使用節(jié)點序列號，僅規(guī)定目的節(jié)點回復RREP，并且采用了終端對終端機制，目標節(jié)點需要定時發(fā)送給源節(jié)點KEEP-ALIVE包（以維護路由表），這樣同樣能避免路由環(huán)路，同時可以進一步減少開銷。,什么是路由環(huán)路？,在維護路由表信息的時候，如果在拓撲發(fā)生改變后，網(wǎng)絡收斂緩慢產(chǎn)生了不協(xié)調或者矛盾的路由選擇條目，就會發(fā)生路由環(huán)路的問題，這種條件下，路由器對無法到達的網(wǎng)絡路由不予理睬，導致用戶的數(shù)據(jù)包不停在網(wǎng)絡上循環(huán)發(fā)送，最終造成網(wǎng)絡資源的嚴重浪費。為此，解決路由環(huán)路的問題的方法就出現(xiàn)了。,3.AODVjr算法流程,5.5.4 ZBR路由算法,ZBR算法設計思想,5.6 功能描述網(wǎng)絡和設備維護 P125,例如： 建立一個新網(wǎng)