数据路由（精选10篇）
数据路由 篇1
0 引言
目前Internet主要用于获得数据和服务,它们的名称解析通过DNS来完成。DNS把URL中的主机名部分解析成对应的IP地址,用户路由到这个IP地址的主机再结合URL的路径名部分可获得数据。这个机制在Internet的初期应用的很好,但是随着网络应用和规模的发展,它在以下两个方面已不能很好的适应。
移动性:终端节点和IP地址绑定,不能自由移动,数据和服务标识符也被URL的主机名/路径名的形式固定。
安全性:DNS的层次结构很容易受DOS的攻击,而且数据和服务的标识符没有自我验证的功能,也容易受到网络欺骗。
考虑到这些不足,面向数据的路由架构提出在网络层用平面名称来标示节点、数据和服务,替代IP地址来进行路由。
1 设计原则
首先应在概念上区分名称和地址,在目前的Internet中,节点的名称和地址都是由IP地址来标示的。如果一台服务器改变地址,就得和新的IP地址绑定,同时DNS也得做相应的更新,否则用户通过旧的IP地址是无法获得所需的数据和服务的。已经有文献[1,2,3]提出应该把名称和地址分离,IP地址只能表示节点的地址,而要表示节点必须得用固定的、唯一的名称。对于数据和服务,固定唯一的名称可以支持它们在同一节点或不同节点间复制和移动。用Hash函数产生的平面空间名称可以为节点、数据和服务提供固定唯一的标识符,这种平面名称不包含关于地址信息的语义,而且可以提供名称自我验证的功能,有效防止网络欺骗。但是必须有机制把平面名称这种不友好的标示符映射成类似URL这种可读的标识符。目前已提出应该有三层名称解析[1]:从用户层的描述符UID(user-level descriptor)到服务和数据的标识符SID(service and data identifier),从服务和数据的标识符到终端节点标识符EID(endpoint identifier),从终端节点标识符到IP地址(IP address)。但由于用户只关心获得数据和服务,而不关心它们是从哪里来的,因此可以把数据和服务看作是和终端节点同等重要的网络对象,同时把终端节点看作是数据和服务的集合。基于这个关系和在平面名称上路由的想法[2],进一步简化了解析机制, 如图1所示,只用了一层名称解析:从UID到SID或EID。如果用户想获得数据和服务,就直接查找相应的SID,如果想登录终端节点,则查找相应EID,所以数据和服务与终端节点是处于同等地位的,可以直接在它们的名称上路由。这层解析可以由市场上的第三方来完成。本文的目的是探讨因特网的优化完善而暂不关注其可实施性。因此,重点是设计通过简单的路由机制在EID和SID上路由的架构模型,以下讨论都假设用户已经能获得解析后的SID或EID。
2 面向数据的路由架构
2.1 SID和EID
要获得平面空间名称的方法很多,这里用Hash函数产生。每个数据或服务和终端节点都有一对公钥/密钥对,SID是数据或服务的公钥Hash结果,而EID是终端节点公钥的Hash结果。拥有某数据和服务的终端节点就拥有了该数据或服务的公钥,而终端节点要想提供该数据或服务,则还必须拥有它的密钥,这在更新相应路由表时会被要求提供,从而能防止网络欺骗。用户请求的UID先被第三方解析成相应的SID或EID,然后由本地路由器把请求转发出去,当目标服务器响应该请求时,会把用户需要的SID或EID的公钥连同数据一起发给用户。用户获得公钥后就可以通过对公钥进行Hash来验证结果是否和他们请求的SID或EID相同,从而实现名称的自我验证。
2.2 模型框架
本模型使用了三层网络架构,并引进了在MPLS VPN架构中使用的P(provider), PE(provider edge), CE(customer edge)路由器的概念。在一个自制域(AS)内,P路由器构成核心层,CE路由器构成接入层,PE路由器构成分布层起着连接P和CE的作用。图2给出了一个AS内的例子,P1-P4和PE1-PE4构成核心区,PE1-PE4和CE1-CE3构成接入区,注意核心区和接入区都包含了PE。CE和PE的关系是多对一,而PE和P的关系是一对多。想要提供数据和服务的终端节点先在连接的本地CE路由器上注册相应SID和他们自己的EID,CE路由器通过这些SID和EID形成路由表。表1显示了CE1的路由表。EID1是PC1的名称,SID1,SID3,SID4和SID5是PC1提供的数据或服务的名称,PC2和PC3同理。转发请求的过程如下所示。
第一步:在本地CE路由器中查找。如果用户请求的目标在本地CE路由表中,如SID1,那么CE就直接把请求转发给PC1。对于多源数据,如SID5同时由PC1,PC2和PC3提供,这由具体应用来决定。如果是Web浏览器,则CE把请求转发到路由表中第一个找到的下一条节点,如果是文件下载这样的应用,CE复制请求并向PC1,PC2和PC3各发一份,下载工作就可以由三个源共同分担完成。
第二步:在与本地路由器相连的PE中查找。如果用户请求目标不在本地CE路由表中,CE就把请求转发到它所连接的PE。表2给出了PE1的路由表,其中SID8,SID9,SID10,EID4,EID5属于CE2,SID2x和EID2x代表属于PE2的所有SID和EID,SID3x,EID3x,SID4x,EID4x意义同理。CE向它连接的PE注册路由表项,PE之间再交换这些表项信息直到每个PE都包含本AS内所有SID和EID的路径。
PE路由表都是相似的,由两部分组成:本身负责的SID和EID的路由表项及由其它PE负责的SID和EID的路由表项。PE间是对等的,相互构成peers。这里在PE的路由表中增加了一个叫做Belong的字段,用于记录SID和EID是属于哪个PE的,增加这个字段可以大大减小P路由表的大小。当请求到达PE时,PE查找自己的路由表,并把Destination对应的Belong字段的内容填入请求数据包包头的Belong字段中(注意在数据包的包头中添加了Belong字段)。当请求转发到P路由器的话,P把包头中的Belong字段当作Destination来查找转发。由于Belong字段记录的是SID和EID属于的PE,因此,P路由表只需包含到达每个PE的路由表项。
第三步:转发到AS边界路由器。当SID或EID不在该AS中时,PE路由表找不到相应表项只能通过缺省值将请求转发到AS边界路由器(AS Border Router),再由ASBR在另一个AS中查找。
2.3 路由机制
模型中不同的节点被赋予了不同的工作:CE负责处理它领域内用户的请求,PE负责本AS内所有SID和EID的路由表项,P负责维持任意两PE间的路由。本模型建立和更新路由表的机制与OSPF类似。
建立路由表:在接入区,路由表的建立通过终端服务器和CE的主动注册。终端服务器向本地CE注册它的EID及它提供的SID,CE用这些信息来形成自己的路由表,然后再进一步用同样的方式向它所连接的PE注册,这样PE就有了它负责领域内的SID和EID的路由表项。在核心区的路由表建立后,PE间通过泛洪交换彼此的路由表信息,这样PE就能够包含整个AS中的SID和EID的路由信息。
在核心区,P通过和邻居P交换路由信息可获得所有PE的路由表项。首先PE向所连接的P注册它的信息,然后P之间交换路由信息并用SPF决定最优路径。
更新路由表:主要有两种情况需要更新路由表。
每个路由器时隔1秒向邻居路由器发送一条hello消息以维持路由表。当路由器位置发生变化或者链路状态改变时,周期性的hello消息就能自动检测到这个物理变化从而再次调用建立路由表算法来更新路由表。
当终端服务器改变位置或者改变它提供的SID时,即当EID或SID变化时,则需要更新本地CE和所有PE路由表中的相应路由表项。终端服务器先向本地CE主动重新注册,同时提供EID或SID的密钥以证明自己拥有更新的权限。然后CE再向所连接的PE重新注册改变后的EID或SID,最后该PE向其它PE广播此信息以使所有相关的路由表项都得到更新。
3 评估和可行性分析
要在真实因特网上进行仿真是相当困难的,以下主要在三个关键方面对本架构进行评估和分析:
维护开销和收敛时间:本路由机制用hello消息检测网络拓扑变化,因此维护开销和OSPF相当。而仅核心区的路由器需要像OSPF一样建立路由表,而且P路由器仅需PE的路由表项,相比OSPF本架构只需在较小范围内完成较少路由表项,因此收敛时间大大减少。同时接入区的路由表通过主动注册建立,几乎不需要收敛时间。
传输延时:使用NS2的Ping协议来测试由于包头长度增加而带来的传输延时,网络拓扑根据图1建立。使用普通IP数据包,假设长度为60字节,pc6收到来自pc1的ping答复的往返时间RTT是146.7ms。本文定义的网络层数据包相应长度设为120字节(由于使用SHA-1作为hash函数,source ID, destination ID和Belong字段的长度都是20字节),测试的RRT为153.4ms。可见增加60字节仅多用了6.7ms。
路由表大小:在平面路由中路由表的大小随着节点数量n的增加以n递增,而层级路由中每个节点只知道和它同级的节点的信息,因此路由表以log n增加。本架构使用层级路由结合平面名称,因此路由表的大小应按路由器分类讨论。可见P路由表和层级路由接近,PE路由表介于层次路由和平面路由之间,而CE路由表不随路由器节点数量的变化而改变。
4 结束语
提出的面向数据的路由架构可以很好地支持数据的复制和迁移以及节点的移动,同时平面名称的使用可以有效防止网络欺骗,三层网络的设计及三类路由器的分工使路由机制简单同时网络易于拓展。但本架构也存在挑战,如网络的部署需要路由器的改变,因此将会很困难。接下来的工作将是通过改进路由算法进一步优化网络性能。
参考文献
[1]Balakrishnan H,Lakshminarayanan K,Ratnasamy S,et al.A LayeredNaming Architecture for the Internet[C].Portland,OR,USA:ACMSIGCOMM’04:343-352.
[2]Caesar M,Condie T,Kannan J,et al.Routing on Flat Labels[C].Pisa,Italy:ACM SIGCOMM’06:363-374.
[3]Caesar M,Castro M,Nightingale E,et al.Virtual ring routing:networkrouting inspired by DHTs[C].Pisa,Italy:ACM SIGCOMM’06:351-362.
数据路由 篇2
一、链路的传输速度取决于创建链路的硬件条件，所以一个路由器的好坏，直接决定了链路的质量，不过我们可以使用并配置多个区域可减小链路状态数据库，划分多个区域还可限制在路由域内泛洪的链路状态信息的数量，发送给所需的路由器。
二、与距离矢量路由协议相比，链路状态路由协议通常需要占用更多的内存、CPU 运算量和带宽，与距离矢量路由协议相比，链路状态路由协议可能还需要占用更多的CPU 运算量，与等距离矢量算法相比，SPF 算法需要更多的CPU 时间，因为链路状态路由协议会创建完整的拓扑图。
三、链路状态数据包泛洪会对网络的可用带宽产生负面影响。这只应该出现在路由器初始启动过程中，但在不稳定的网络中也可能导致问题，每台路由器将其链路状态信息泛洪到路由区域内的其它所有链路状态路由器，一旦接收到来自相邻路由器的LSP，立即将该LSP 从除接收该LSP 的接口以外的所有接口发出。
四、每次拓扑发生更改时，包括链路接通或断开，或是相邻关系建立或破裂，除链路状态信息外，LSP 中还包含其它信息，以帮助管理泛洪过程，
每台路由器都采用这些信息来确定是否已从另一台路由器接收过该LSP 以及LSP 是否带有链路信息数据库中没有的更新信息。此过程使路由器可在其链路状态数据库中仅保留最新的信息。
五、每台路由器使用链路状态泛洪过程将自身的LSP 传播出去后，每台路由器都将拥有来自整个路由区域内所有路由器的LSP，这些LSP 存储在链路状态数据库中，路由区域内的每台路由器都可以使用SPF 算法来构建您之前了解过的SPF 树，有了完整的链路状态数据库后，现在即可使用该数据库和SPF算法来计算通向每个网络的首选路径。
六、链路状态路由协议会创建网络结构的拓扑图，链路状态路由协议会交换链路状态信息，所以SPF 算法可以构建网络的SPF 树，每台路由器使可独立确定通向每个网络的最短路径，收到一个链路状态数据包后，链路状态路由协议便立即将该LSP 从除接收该LSP 的接口以外的所有接口泛洪出去。
数据路由 篇3
【关键词】路由器；iP数据包；流量数据采集方法
Methods router IP packets for traffic analysis， monitoring and statistics based on
Wang Xiao-wei
（Handan City， the fourth Construction and Installation Co. Handan Hebei 056000）
【Abstract】This paper packets through the router IP traffic statistics data collection methods and characteristics discussed in detail description， to be able to network research and network management and traffic data collection play a role.
【Key words】Router；iP packets；Traffic data collection method
伴随着计算机科学技术在当今社会的飞跃式发展，网络的发展前景不可预期，网络上传输的数据量也随着时代和技术的发展而越来越大，同时近几年来有关部门采用流量来计费的方式越来越普遍，如何统计网络流量已经日益成为人们普遍关注的一个问题。为此。迫切需要一种对网络性能进行分析、监控和诊断的工具，也需要一种对网络数据流量进行统计分析地、有效地工具。在此种情况下，各种对网络数据流量进行分析、监测和统计的方法应运而生。
1. 数据流量的统计方法
通常情况下，流量统计的方法主要有数据采集和数据分析两个方面，其中以数据采集最为重要。就目前来说，统计网络数据流量的方法有很多，最主要的是通过两个途径完成网络流量的数据采集：使用代理服务器对网络流量进行采集和直接使用路由器实现数据的流量统计。
1.1 使用代理服务器实现网络流量的统计。
代理服务器是一种介于客户端和Web服务器之间的服务器，有了它之后，浏览器不是直接到Web服务器去取回自己想要的网页，而是向代理服务器发出信息、网页请求，信号会被先送到代理服务器，然后由代理服务器来从web浏览器上取回所需要的信息并传送给你的浏览器。代理服务器有很多功能，如缓冲功能、安全功能、日志功能等等，另外，代理服务器还具有日志功能，能够实现对网络流量的数据统计就是因为其本身具有记录流量的日志功能。这样就可以直接读取代理服务器上的日志文件实现网络流量数据的采集工作。利用代理服务器取得流量数据的方法比较方便，但是有时候也会出现一些偏差，因为代理服务器会出现丢失数据包的现象，从而不能准确的记录网络的数据流量。
1.2 使用路由器实现网络流量的统计。
除了代理服务器外，路由器是实现网络流量数据采集的最重要、最便捷的方式。路由器一般利用其内部所具有的流量记载功能，如ShowIpAccouting命令、SNMP协议和Telnet程序来实现流量数据的分析和采集。使用路由器对网络流量的数据进行采集避免了使用代理服务器出现的数据包丢失问题，因此，网络流量的数据采集比较精确。下面将重点介绍基于路由器IP数据包统计的流量数据采集方法。
2. 基于路由器IP数据包统计的流量数据采集方法
众所周知，路由器是一种连接多个网络和网段的设备，它能将不同网络和网段的信息进行解码、然后重新编码，使其网络间能够互相连挠，路由器可以根据数据包的目的地址选择最有效、最简捷的路径与其他网络实现连接，然后形成一个更大的网络，这样就能够最大程度的实现网络问的资源共享。它是流量数据出入的咽喉，局域网中所有到因特网的网络流量都必须经过路由器。因此，路由器充当了数据采集的角色。通过路由器对网络流量的数据进行采集的方法也有很多种，如show IP account命令、SNMP协议和Telnet程序等。因为路由器的主要功能是帮助IP数据包选择正确的路由，时期更快捷的到达目的地址，因此，我们通常不使用其本身自带的记录功能获取网络流量的数据统计，否则就会大大降低路由器的选择功能。从路由器上获取数据包的流量统计我们一般使用SNMP协议和Telnet程序的方法。
图1
2.1 通过SNMP协议获取数据流量。
（1）SNMP协议是互联网的标准网络管理协议，在SNMP协议中定义了具有支持操作寓意的管理信息变量，这些变量被称为MIB变量，MIB变量是与计费有关的一种变量。因为路由器是网络间互联的关键设备，因此只要对边界路由器作适当的配置，当一个数据包进人路由器后，路由器奖会寻找记录内是否有与之相匹配的源IP地址和目标IP地址，如果找到一直相匹配的记录，程序就会自动将其累加到记录上，这样一来就会获得网络的数据流量。例如：在Cisco公司为其路由器产品定义的SNMP的MIB变量的IP组中，提供了一个IPCheck pointAccountingTable变量表，通过读取表中的值和重新设置数据过期标志，可以连续获取流经该路由器的网络情况。Cisco为流量统计功能提供了相应的SNMP访问和控制方法，利用cisco路由器提供的“show IP account”命令查看当前的网络数据流量的统计情况。
（2）基于路由器IP数据包统计的数据处理流程如图1所示。
（3）采用SNMP对数据流量进行采集的应用最广泛的就是使用网络流量负荷的监测工具即MRTG。这是一个有Perl script和一个C程序组成的监测工具。前者在其中的作用是可以使用SNMP获得路由器上的数据流量，后者的功能是记录数据流量并生成一些可以表示网络数据流量的图标，使其更形象、生动。MRTG最大的优点就是它保存的数据时间较长并可以随时查看。它能够保留过去两年之内的从路由器上获取的所有数据，可以产生一个周、一个月甚至是一年的流量的可视化图表。
（4）目前国内大多数的ISP都采用SNMP进行数据的采集，它能够保护路由器的操作13令，可以提高数据采集的速度，但同时也增加了系统的复杂性，有利有弊。
2.2 使用Telnet程序实现网络数据的流量采集。
使用Telnet程序登陆到路由器上获取网络的流量数据的方法比SNMP的方法简单。它主要通过编码模仿，把Telnet在终端设备上输出的数据重新定向到另一个临时文件中，然后对这个临时文件进行分析，这样就可以得到一个关于数据流量的清单。这种通过编码模仿得到数据流量的方法类似于前面所说的利用代理服务器上的日志文件获取数据流量的方式。使用Telnet程序获取网络数据流量的速度很快，但它的局限性在于通用性不是很好。
3. 路由器IP数据包流量统计方法的特点
通过对网络的数据流量进行统计的方法还有很多，每种方法都有其利弊之处，通过路由器实现网络数据流量的统计方法具有以下特点：
3.1 数据流量的统计精确。
因为路由器是流量数据出入的咽喉，是实现网络间相互连接的重要的设备，网络间的通信都必须通过路由器的转换来完成。路由器的任务就是根据数据包的目的地址选择相应的路由，然后与其他的网络连接。因此，路由器可以准确的反映除了出入的网络数据流量。
3.2 使计费服务器不受地点限制。
我们知道，对网络的数据流量进行统计和监测的最终目的就是对其进行收费，由于各种统计方式本身的局限性使得计费的服务器必须要放在计费网段之内。结果就导致了有多少个计费网段就需要多少个计费服务器，大大增加了工作量。而如果使用路由器就会大道事半功倍的效果，我们只要计费服务器能够通过网络访问到网段所在的路由器就可以实现通过一个计费服务器完成所有网络流量的数据采集丁作，至于计费服务器位于哪个计费网段并不重要。而且，这种计费所使用的路由器并不需要太复杂，也不需要增加其他硬件，实现起来比其他的计费方式简单。
3.3 与其他网络管理功能的一致性。
因特网采用的是标准的网络管理协议SNMP，而路由器也主要通过SNMP协议的L些命令对网络数据流量进行统计和监测。这样就保证了在数据采集手段上与其他网络管理功能的一致性。
3.4 利用路由器统计网络数据流量的缺点。
利用路由器实现网络数据流量的统计采集方法虽然有很多的有点，大大提高了网络流量计费的速度，但是，对待任何事物都要用一分为二的观点，用路由器计算网络数据的流量也是有利有弊的，它必然存在一些不足、需要改进的地方。一方面，路由器的主要功能是实现数据的路由选择，帮助数据包选择最快捷的路径，使其尽快把数据出送到目标地址。然而，使用路由器对网络数据流量进行统计就会额外的占用路由器的内存和CPU开销，特别是对于通信流量比较大的网络，其矛盾会更加突出。严重的会导致计费缓冲区出现溢出的情况，导致出入的流量数据的丢失，最终也会影响网络的速度。另一方面，路由器是针对IP地址进行流量计费的，因此它不支持对用户的流量计费，也不能防止有心人士对IP地址的盗用，所以也会影响对网络数据流量的统计与监测。
4. 结束语
伴随现代科学技术的迅猛发展，网络计费已经成为网络管理中的重要组成部分，如何最有效的完成网络计费的工作也成为网络管理部门的一大难题。而网络计费的前提是如何统计网络的数据流量，本文就对网络流量的数据采集方法进行了简要的论述分析，基于路由器IP数据包统计流量的数据采集方法在目前的网络管理中已经应用的十分广泛了。因此本文重点讲述了基于路由器IP数据包的数据采集方法及其各种方法的利弊之处，随着网络设备的不断更新、发展，网络流量的数据采集方法会越来越多，基于路由器IP数据包统计的流量数据采集方法也会越来越成熟。
参考文献
[1] 杨晓朋，李雄，董栋，等.TRUNK技术在IP数据网络中的应用[A]//2009通信理论与技术新发展——第十四届全国青年通信学术会议论文集，2009.
[2] 王晓东.动态分组传输技术（DPT）在天津教育科研宽带城域网中的成功应用[A]//第十八届中国（天津）'2004IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集，2004.
[3] 张军伟，罗红，乔向东.基于路由器的访问控制列表保护内部网络安全[J].计算机与信息技术，2008（9）.
[4] 刘宴兵，李秉智，尚明生，等.基于IP信源模型的数据包丢失分析的研究[J].重庆邮电学院学报：自然科学版，2001（4）.
无线传感器网络数据路由协议研究 篇4
无线传感器网络 (Wireless Sensor Network, WSN) 是二十世纪九十年代中期兴起的新的网络研究方向, 经过十多年的发展已经在网络研究领域, 尤其是在无线路由算法领域已经占据了很重要的地位。它是一种特殊的无线自组网, 是由大量密集部署在监控区域的智能传感器节点构成的网络应用系统。其快速方便的部署特性和完备的监控能力使其被广泛应用于军事、工业过程控制、卫生保健和环境监测等领域。在无线传感器网络中一般有一个或多个节点充当数据汇聚点 (sink) , 网络中传感器节点收集的数据, 通过多跳的方式传送到sink点, sink点将融合后的数据通过有线或无线的方式快速有效地传送给观察者。针对无线传感器网络这样的优势, 本文以循序渐进的方式对其路由协议进行了深入的阐述, 重点是从无线传感器网络协议概述入手分析以数据为中心的路由协议。
1 系统结构及设计目的
微电子机械系统 (MEMS) 和低能量高综合性数字电子学的发展, 促使微传感器得到发展。这些传感器一般都具有数据的处理和传输能力。它们采集所在环境的信息 (包括目标的位置信息以及事件的产生信息) , 并且把这些信息变成电信号。传感器会通过无线传输的方式, 将这些信息直接传送到控制中心 (sink) , 或者通过一些具有汇聚功能的节点 (gateway) 传向汇聚中心。随着技术的发展, 传感器尺寸和成本的大幅减小, 可以将其大量的应用于免维护环境中。这些条件激发了在数据采集、数据处理、数据融合、节点活动管理以及数据传送等方面进行无线传感器寻址方式的广泛研究。
免维护的传感器网络可以广泛的应用于军事和民用领域, 诸如:战场监控、安全监控和自然灾害监控等。这些系统把从传感器节点收集来的信息进行聚合, 从而得到有用的信息。但是, 有限的能量和带宽限制了无线传感器的应用, 从而对大量节点组成的无线传感器网络提出了许多在设计和管理方面的挑战。传感器大多用在物理层和链路层。其中, 在网络层的主要目标是实现能量有效性路由的制定, 并把可靠数据从节点传送到汇节点, 从而达到网络生命周期最大化。
无线传感器网络路由具有较好的发展前景。这是由于其区别于正常通讯和Ad Hoc网络的几个特性造成的。第一个特点, 由于传感器网络中节点众多, 无法为每一个节点建立一个能在网络中惟一区别的身份, 所以典型的基于IP的协议无法应用于无线传感器网络。第二个特点, 与典型的通讯网络不同的是, 无线传感器网络需要从多个源节点向一个汇节点传送数据。第三个特征, 在传输过程中, 会有很多节点发送的数据是相似的, 所以需要过滤掉这些冗余信息, 从而保证能量和带宽的有效利用。第四个特点, 传感器节点的传输能力、能量、处理能力和内存都非常有限, 所以需要很好的对网络资源进行管理。
根据这些特性, 产生了很多新的无线传感器网络算法。这些算法都针对于网络的应用与构成进行研究。其中, 以数据为中心的协议采用询问和标示兴趣数据的方式, 帮助去掉冗余信息。
2 以数据为中心的协议
在传感器应用中, 为每一个节点建立一个惟一的标识符 (ID) 是无法实现的。由于传感器节点是在没有惟一标识的情况下随机配置的, 使得网络必须选择一些节点去满足其需要。所以, 采集到的数据往往具有很多的冗余信息。这样的协议在能量有效利用方面是非常低效的, 路由协议应该能够选用那些可以进行数据融合的节点进行数据传输。从而提出了以数据为中心的路由算法。这样的路由协议是无线传感器网络路由协议中的研究重点, 它涵盖了体系结构中的全部内容, 应作为重点进行研究。
以数据为中心的路由中, sink向被选中的区域发送请求信息, 然后等待选中区域内节点的反馈数据。由于数据是通过询问而被请求的, 所以询问属性中必须具有数据的属性信息。SPIN算法是第一个以数据为中心的路由协议, 它主要是通过两节点进行商议或沟通实现去除冗余信息, 保存能量的目的。之后, 定向扩散算法 (Directed Diffusion) 被提出, 成为数据为中心的路由算法的突破。继而, 又有很多相似的算法被提出。在这一部分, 我们将对主要协议进行详细的描述。
SPIN (Sensor Protocols for Information via Negotiation) :该协议是较早的以数据为中心的协议的典型例子。协议中使用一个对数据进行描述的描述符或叫做元数据。在传输前, 使用元数据代替真实数据进行广播, 这是SPIN算法的主要特点。每一个节点在收到数据后, 会向它的邻居节点和感兴趣的节点广播该数据, 如图1中那些没有数据的节点会通过接收请求信息而获得数据。SPIN的元数据方法解决了洪泛算法的主要问题, 例如多余信息的处理, 重叠的数据传输和资源的盲目使用。因此SPIN算法对资源的利用更有效。
SPIN算法中, 每个节点只知道其单跳邻居节点, 从而可以使网络的拓扑改变局部化。SPIN算法在能量耗损和数据冗余方面要比洪泛算法低35%。但是, 其数据广播方式无法保证数据的有效传输。例如, 如果希望得到的数据目的节点与拥有数据的源节点距离较远, 而二者之间的节点对该数据的期望较小, 那么, 该数据将无法到达目的节点。所以, SPIN算法不适用于诸如气象信息搜集等, 需要周期性传输可靠数据包的应用。另一方面, 由于该协议中每一个节点只向其单跳节点发送信息, 所以SPIN算法适用于大型无线网络的路由建立。
Flooding和Gossiping (洪泛算法和闲聊算法) :洪泛算法和闲聊算法是在无线传感器网络中的两个经典算法, 它们不需要其他路由算法和拓扑维护。洪泛算法中, 每一个接收到数据包的节点都会把这个数据包广播给它全部的邻居节点, 直到数据包到达目的节点或到达最大跳数。闲聊算法是在洪泛算法的基础上进行改进的算法, 在该算法中, 接收到数据包的节点会随机的选择一个没有发送数据的邻居节点, 把数据包传送过去, 持续这个过程从而达到传播数据的目的。
虽然洪泛算法很容易执行, 但是它有几个缺点:首先是信息爆炸, 即一个信息会出现多个副本;其次是会出现信息交迭现象, 即两个相邻节点搜集的信息会有相似部分;最后是资源的盲目利用, 无计划的盲目利用网络中有限的资源, 会大大的降低网络生命周期。闲聊算法通过随机选取节点进行有目的的传播, 从而避免了信息爆炸的问题, 但是这种方法延长了信息传播的时间。
Directed Diffusion (定向扩散) :定向扩散算法是以数据为中心的路由算法的里程碑式的协议。其主要思想是, 通过为每一个节点命名从而达到传输数据的目的, 以一个名册来控制那些不需要工作的节点, 从而节省能量。定向扩散算法中, 设置数据的属性对用于询问传感器节点。建立一个属性, 需要一系列的属性值, 如目标名称、间隔距离、时间、地理位置等。汇节点通过其邻居广播兴趣信息, 每一个节点接收到信息后会将其保存在缓存中, 这些节点同样具有整合信息的功能, 从而把路由问题转化为最小生成树问题。缓存中的兴趣数据, 用来判断接收到的数据的兴趣值。兴趣条目包括几个梯度域, 梯度是相邻的两个互相传输兴趣数据的节点描术, 梯度的引入使数据具有层次特征, 数据的层次、持续时间和终止时间源于兴趣区域。所以, 利用兴趣和梯度, 可以指定源节点和目的节点间隔中, 汇节点可能还会选择该路径进行数据传输。在定向扩散算法中实现了路径的修正, 当一条路径出现错误的时候, 新的路径或候选路应该开始使用。定向扩散算法在这方面的考虑, 使得数据传输始终可以通过较少的层次实现。建立多条路径, 可以节省搜索新路径的时候耗费的能量。
另一方面, 由于定向扩散算法是询问驱动的路由算法, 所以不能适用于所有的传感器网络应用。例如周期性或连续性询问的网络应用。所以, 定向扩散算法不适合于对环境进行综合性评价的传感器网络。另外, 定向扩散中的命名表, 应在实际应用时决定, 每一次都应有一个预定的内容。而且, 数据与询问的匹配也需要对传感器进行利用。
3 结论
无线传感器网络作为一种新的信息获取和处理技术, 具有传统网络不可比拟的优势。本文采用循序渐进的方式, 深入地阐述无线传感器网络及其路由协议的发展过程, 对数据路由协议进行了全面的分析。
对于无线传感器网络而言, 由于节点多, 部署环境复杂, 节点功率控制和路由问题都是较难解决的问题, 只能寻找近似解法。现在的算法对节点的功能、拓扑结构信息的要求太高, 对部署环境和节点状态的假设又过于理想化, 所以应用到实际环境中会出现许多问题, 节能效果也并不明显。因此应着重加强这方面的研究工作。但是, 大多数路由协议都没有考虑数据传输的安全方面的需求, 使得这些路由协议都易遭到攻击, 从而使整个无线传感器网络崩溃。路由技术作为网络构成的关键技术, 其安全性需要重点考虑, 如何建立有效的安全路由协议是无线传感器网络研究的重点。
总之, 在扩展无线传感器应用的同时, 除了考虑无限传感器网络的结构性问题外, 能量节约和安全性是不容忽视的。对于当前来讲, 要进行无线传感器网络的综合应用和研究工作具有更加实用的价值。
摘要：融合了传感器、微机电系统和网络通信等技术而形成的无线传感器网络 (WSN) 是一种全新的信息获取和处理技术, 对其路由协议的研究是当前富有挑战性的课题。本文分析了WSN的特点及其对路由协议的要求, 从WSN及其协议概述入手, 分析以数据为中心的路由协议。并根据不同的网络拓扑结构, 对各种以数据为中心的路由协议工作原理进行了研究, 同时提出了将来的研究方向和发展趋势。
关键词：无线传感器网络,能量有效利用,生命周期最大化,路由协议
参考文献
[1]任丰原, 黄海宁, 林闯.无线传感器网络[A].软件学报.2003.
[2]李建中, 李金宝, 石胜飞.传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展[A].软件学报.2003.
[3]I.F.Akyildiz, W.Su*, Y.Sankarasubramaniam, E.Cayirci.Wire-less sensor networks:a survey.Computer Networks.2002.
[4]Akkaya K, Younis M.A Survey on Routing Protocols for Wire-less Sensor Networks.Ad hoc network.2005.
数据路由 篇5
优先级与服务类型(8位)：首部长度：IP包头首部长度最短20字节;总长度(16)：标示符、标识、段偏移量：用来对数据包进行标示，是数据到达目的的端重组的时候，不会乱序;协议号：UDP是17,TCP是6;首部校验和：TTL:数据的生命周期字段，作用：防止一个数据包在网络中无线的循环转发，原理：每经过一个路由器TTL值减一，为0时，数据包丢弃。
子网掩码用于区IP的网络为及主机位，网络位用于连续的1表示，主机位用连续的0表示。
0、1、10、100、、、10000000=0、1、2、4、8、16、32、64、128
1、11、111、、、11111111=1、3、7、15、31、63、127、
11111111、11111110、11111100、、、10000000=255、254、252、248、240、224、192、128
0、1、10、11、100、101、110、111、1000、1001、1010、1011、1101、1110、1111、10000.
网络ID:网络为IP地址不变，主机位用连续的0表示，
广播地址：网络为的IP不变，主机位用连续的1表示。IP地址的广播地址：为IP地址网段的最后一个地址(即该网段的最大值)
2的主机位次方减2.为可用主机IP个数。
三、划分子网
1、计算想主机位借几位才能们组所要划分子网的个数：2的N次方大于等于划分子网的个数;N=要借的位数
2、计算划分子网后的子网掩码：计算划分子往后的子网掩码;计算划分子往后的子网ID;
四、协议
1、ARP协议：将一个已知的IP地址解析成MAC地址。windows系统中的ARP -a:查看ARP缓存表。
2、RARP协议：MAC地址解析为IP地址。
3、代理ARP,IP地址解析为网关接口的MAC地址。
4、ICMP协议(控制消息协议);连接成功则ping通，请求时间超市：request timed out 无法访问目标主机;destination host unreachable 目标主机不可达;unknownhostabc 未知主机名
五：路由器
1、路由：跨越从源主机到目标主机的一个互联网络来转发数据包的过程
2、路由表：路由器根据路由表做路径选择
3、路由表的获得：直连路中，配置IP地址，端口up状态，形成直连路由;非直连网段：需要静态路由或动态路由，将网段调价到路由表中，
4、路由器的工作原理
5、静态路由：小网络，拓扑固定。需要管理员手工配置，是单向的，需要在两个网络之间的边缘路由器上需要双方对指，否则就会造成流量无法返回，缺乏灵活性;
配置：全局模式：ip route 目标网络ID 子网掩码 吓一跳IP(下一个路由器接口的IP地址)
查看：特权模式：show ip route
浮动路由：配置浮动静态路由，需设置管理距离大于1,从而成为备份路由，实现连鲁冗余的作用，
实验报告：配置浮动路由，写192.168.1.0/24 划分四个子网。写出划分后的子网掩码，每个子网ID,每个子网中的可用主机IP,范围及广播ID.
不管去的多远，只要方向不变，对于路由器而言，下一跳始终都下一个路由器端口，非直连路由必须全部添加到路由表中
六、缺省路由(默认路由)
适用于只有一个出口的末节网络，优先级最低，可以作为其他路由的补充。全局：ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 下一跳代表任意网络ID,代表任意子网掩码
七、查看路由表：特权：show ip route C直连;S静态路由;S*默认路由
路由器配置IP
数据路由 篇6
(1) IP协议概述。
网际协议或互联网协议 (Internet Protocol, IP) 是用于报文交换网络的一种面向数据的协议, 是网络层通信的标准协议, 它负责提供基本的数据封包传送功能, 让每一块数据包都能够到达目的主机, 但不检查是否被正确接收。与IP协议配套使用的还有四个协议:地址解析协议ARP、逆地址解析协议RARP、网际控制报文协议ICMP、网际组管理协议IGMP。
(2) 虚拟互连网络中IP数据报的传输。
如一个互联网中的源主机要把一个IP数据报发送给目的主机。根据分组交换的存储转发的概念, 源主机先要查找自己的路由表, 看目的主机是否就在本网络上。如果是, 则不需要经过任何路由器而是直接交付, 任务就完成了。如果不是, 则必须把IP数据报发送给某个路由器A。A在查找了自己的路由表后, 知道应当把数据报转发给路由器B进行间接交付。这样一直转发下去, 最后由路由器C知道自己是和目的主机连接在同一个网络上, 不需要再使用别的路由器转发了, 于是就把数据报直接交付给目的主机。而各个网络之间可以是异构的。
(3) IP地址。
IP地址是为每个网络连接 (网卡) 分配一个在全世界范围内惟一的标识。报文头中的源IP地址、宿IP地址分别表示源主机、目的主机的IP逻辑地址。
IP地址长度为32比特, 由网络号、主机号组成, 常用的IP地址有A类、B类、C类地址, 路由器就根据IP地址进行寻址。
现在的国际互联网普遍的采用了IP协议。而现在正在网络中运行的IP协议是IPv4;IPv6 为IPv4的后续的一个版本。互联网现在正慢慢的耗尽IP地址, 而IPv6的出现解决了这个问题, 与IPv4的32位的地址相比较而言, IPv6拥有128位的地址空间可以提供比前者多很多的地址。
(4) IP层转发分组。
在TCP/IP系统中, 选路是指在网络中选择一条用于传送IP数据包路径的过程。路由器是承担选路任务的网络设备。用于决策选路的信息称为IP选路信息。路由器使用IP选路信息, 对所传输的IP数据包进行IP转发。
由于Internet是由许多不同的物理网络连接而成的, 加入Internet的计算机在与其他入网计算机通信时, 发送信息的源计算机可能与接收信息的目的计算机在同一个物理网络中;也可能不在同一个物理网络 (如以太网) 中。IP数据包在从源计算机发送到网络上后, 根据上述两种不同情况, 被传递到目的计算机时也有两种方式:直接交付和间接交付。
①直接交付:
IP数据包被直接交付时不需要经过路由器。因为在运行TCP/IP协议的以太网中, 入网的计算机TCP/IP协议族的ARP协议软件, 会帮助查询到本物理网络中其他计算机的MAC地址, 使IP数据包可以直接从源计算机传递到目的计算机。
②间接交付:
当送出IP数据包的源计算机与接收数据包的目的计算机不在同一个物理网络时, 就需要借助跨接不同物理网络的路由器实现间接交付。特别是当源计算机与目的计算机被多个物理网络隔开, 且它们之间可能有多条信息传输路径时, IP数据包的间接交付不但需要借助多台路由器, 还有一个选择最佳路径的问题。
2 路由选择协议
2.1 路由原理
当IP子网中的一台主机发送IP分组给同一IP子网的另一台主机时, 它将直接把IP分组送到网络上, 对方就能收到。而要送给不同IP于网上的主机时, 它要选择一个能到达目的子网上的路由器, 把IP分组送给该路由器, 由路由器负责把IP分组送到目的地。
路由动作包括两项基本内容:寻径和转发。寻径即判定到达目的地的最佳路径, 由路由选择算法来实现。路由选择算法将收集到的不同信息填入路由表中, 根据路由表可将目的网络与下一站 (nexthop) 的关系告诉路由器。路由器间互通信息进行路由更新, 更新维护路由表使之正确反映网络的拓扑变化, 并由路由器根据量度来决定最佳路径。这就是路由选择协议 (routing protocol) , 例如路由信息协议 (RIP) 、开放式最短路径优先协议 (OSPF) 和边界网关协议 (BGP) 等。
转发即沿寻径好的最佳路径传送信息分组。路由器首先在路由表中查找, 判明是否知道如何将分组发送到下一个站点, 如果路由器不知道如何发送分组, 通常将该分组丢弃;否则就根据路由表的相应表项将分组发送到下一个站点, 如果目的网络直接与路由器相连, 路由器就把分组直接送到相应的端口上。这就是路由转发协议 (routed protocol) 。
2.2 路由协议
典型的路由选择协议有静态路由选择策略与动态路由选择策略。静态路由选择的特点是简单和开销小, 但不能及时适应网络状态的变化。对于很简单的小网络, 完全可以采用静态路由选择, 用人工配置每一条路由。动态路由选择的特点是能较好地适应网络状态的变化, 但实现起来较为复杂, 开销也比较大, 因此, 动态路由选择适用于较复杂的大网络。
根据是否在一个自治域内部使用, 动态路由协议分为内部网关协议 (IGP) 和外部网关协议 (EGP) 。自治域内部采用的路由选择协议称为内部网关协议, 常用的有RIP、OSPF;外部网关协议主要用于多个自治域之间的路由选择, 常用的是BGP和BGP-4。
(1) RIP协议。
RIP协议最初是为Xerox网络系统的Xerox parc通用协议而设计的, 是Internet中常用的路由协议。RIP采用距离向量算法, 所以也称为距离向量协议。路由器收集所有可到达目的地的不同路径, 并且保存有关到达每个目的地的最少站点数的路径信息, 除到达目的地的最佳路径外, 任何其它信息均予以丢弃。同时路由器也把所收集的路由信息用RIP协议通知相邻的其它路由器。这样, 正确的路由信息逐渐扩散到了全网。
RIP使用非常广泛, 它简单、可靠, 便于配置。但是RIP只适用于小型的同构网络。而且RIP每隔30s一次的路由信息广播也是造成网络的广播风暴的重要原因之一。此外, 它还有慢收敛的问题, 即好消息传播快, 坏消息传播慢。
(2) OSPF协议。
20世纪80年代中期, RIP已不能适应大规模异构网络的互连, OSPF随之产生。它是网间工程任务组织 (1ETF) 的内部网关协议工作组为IP网络而开发的一种路由协议。
OSPF是一种基于链路状态的路由协议, 需要每个路由器向其同一管理域的所有其它路由器发送链路状态广播信息。在OSPF的链路状态广播中包括所有接口信息、所有的量度和其它一些变量。利用OSPF的路由器首先必须收集有关的链路状态信息, 并根据一定的算法计算出到每个节点的最短路径。
(3) BGP协议。
BGP是为TCP/IP互联网设计的外部网关协议, 用于多个自治域之间。它既不是基于纯粹的链路状态算法, 也不是基于纯粹的距离向量算法。它的主要功能是与其它自治域的BGP交换网络可达信息。各个自治域可以运行不同的内部网关协议。BGP更新信息包括网络号/自治域路径的成对信息。自治域路径包括到达某个特定网络须经过的自治域串, 这些更新信息通过TCP传送出去, 以保证传输的可靠性。
2.3 新一代路由器
由于多媒体等应用在网络中的发展, 以及ATM、快速以太网等新技术的不断采用, 网络的带宽与速率飞速提高, 传统的路由器已不能满足人们对路由器的性能要求。
新一代路由器使用转发缓存来简化分组的转发操作。在快速转发过程中, 只需对一组具有相同目的地址和源地址的分组的前几个分组进行传统的路由转发处理, 并把成功转发的分组的目的地址、源地址和下一网关地址放入转发缓存中。当其后的分组要进行转发时, 应先查看转发缓存, 如果该分组的目的地址和源地址与转发缓存中的匹配, 则直接根据转发缓存中的下一网关地址进行转发, 而无须经过传统的复杂操作, 大大减轻了路由器的负担, 达到了提高路由器吞吐量的目标。
参考文献
[1]谢希仁.计算机网络 (第5版) [M].北京:电子工业出版社, 2008.
如何利用路由器构建数据中心网络 篇7
1、打破数据中心建设孤岛
全球已经建成了大量的数据中心, 然而受限于时代的局限性以及当时的技术发展水平, 数据中心常常被建设成一个个孤岛, 对应政府和企业的各种不同应用。每种应用都拥有自己独享的服务器、存储、接入网络资源等资源。
随着数据中心业务的发展, IT硬件能力的提升带来虚拟化技术的应用, 人们对下一代数据中心的网络设计提出了要求, 包括:已经建好的数据中心如何提升业务能力和效率?如何支持虚拟机应用 (虚拟机感知、虚拟机迁移) ?在数据中心虚拟化和多数据中心之间资源调配的大背景下, 网络如何保证数据中心互联的可靠性?如何确保端到端的业务连续性, 满足用户的业务开展要求?
新型网络设计将数据中心网络分成核心平面和边缘节点两部分:核心平面由高性能路由器组成, 通过标准的VPLS协议组成一个独立的数据中心互联平面, 提供全国性互联网访问接入;边缘节点设计分两种, 分别部署本地业务和通用性业务——本地业务限定为同城业务, 流量不需要上骨干网, 通用性业务则部署需要互联网服务的业务。
通过这种网络设计, 首先改变了数据中心随意接入骨干网的局面, 并且将多个数据中心出口统一到互联平面作单一出口, 数据中心之间的交互变成了局部流量, 可以极大减少不必要的流量穿越骨干网。其次, 互联平面实现了数据中心的互联互通, 对用户呈现为一个虚拟的超级数据中心, 提升数据中心规模的同时也提升竞争力, 能更好满足用户业务扩张的要求。最后, 数据中心的互联为不同数据中心之间的资源调配提供了网络基础, 为传统数据中心向云数据中心演进提供了很好的过渡。
2、数据中心里的路由器
在数据中心内部, 网络原则上分为出口层、核心层、汇聚层和接入层四层结构。
2.1、出口层使用高端路由器
设计数据中心网络的出口层, 首要考虑, 由于需要接入广域网、城域网或者数据中心互联平面, 因此需要支持多种接口类型、灵活的接入方式, 针对不同用户提供带宽保障能力, 提供复杂的路由业务以及策略控制。这一点高端路由器具备天然优势。
其次要重点考虑业务保障能力——通过L4-L7链路负载均衡, 提供高可用性。链路负载均衡部署在数据中心的广域接入区和互联网接入区, 也就是出口层设备所在的位置, 通过静态表项配置结合动态链路检测的方式, 对多条链路状态进行实时探测和监控, 确保流量以最合理及快速的方式分发到不同链路上, 实现业务的高效传输。
最后考虑可扩展性。目前, 服务器已经可以支持10GE接口, 整个数据中心出口流量呈10-20倍增长, 这就要求出口路由器需要支持平滑扩容能力, 否则设备刚上网没过多久就面临扩容的尴尬境地, 对用户而言是无法接受的。通过使用路由器的集群能力, 不仅可以实现设备的平滑扩容, 还可以实现物理的、跨设备的负载分担, 并简化用户的运维。
2.2、核心层及以下使用交换机
核心层的设计目标是作为数据中心内部总线, 提供多个数据中心汇聚模块互联, 并连接园区网核心。核心层设备主要能力要求是高交换能力和突发流量适应能力、多汇聚模块扩展能力, 因此主要设备类型是大容量交换机。
汇聚层一般作为业务网关, 即业务和安全策略的控制点, 转发分区内服务器之间的东西向流量, 也转发服务器到数据中心外部的南北向流量。汇聚层设备需要提供server farm对外流量高带宽出口, 需要大密度GE/10GE端口提供接入层互联以及较多槽位数提供增值业务模块部署, 并支持数据中心互联技术如TRILL。因此, 主要设备类型是大容量交换机。
接入层需要提供计算服务器、应用服务器、存储等设备的接入, 需要重点考虑VLAN网络隔离、二层环路避免、安全等问题。但由于业务简单, 因此主要设备类型是接入交换机。
3、数据中心互联与虚拟化
云时代数据中心的主要特征是资源云化, 包括虚拟的数据中心和多租户的资源保障。虚拟的数据中心对网络基础设施提出了许多新的挑战, 它需要提供一个连接能连续跨越地理位置上分散的数据中心, 支持大量的服务器到服务器的通信。虚拟数据中心有以下这些主要应用需求:
(1) 集群应用 (Clustered applications) :一些应用集群经常使用本地的二层网络连接群集成员服务器, 实现邻居发现和心跳服务。应用集群的沟通, 既需要三层路由的IP流量, 同时也需要二层的直接通信。
(2) 虚拟化应用:通常虚拟化应用可以运行在虚拟机和需要虚拟机的在线资源调度、在线迁移等, 目前虚拟化在线资源调配需要二层环境下的IP直接通信。
(3) 数据中心搬迁和资源重分配的需求:通常数据中心的应用需要在两个数据中心间进行切换和做实体机或虚拟机在线资源调度等, 需要两个数据中心提供跨中心二层环境下的IP直接通信。
解决这些需求的两大基石就是数据中心的互联和虚拟化。其中, 虚拟化不仅仅是服务器的虚拟化, 同时也包括交换机和路由器的虚拟化。这一是源于多租户运营的要求, 需要通过虚拟化技术灵活调整网络边界;二是源于网络效率提升的要求, 传统的数据中心内部组网运行的STP协议会有端口阻塞的问题, 而虚拟化技术配合交换机堆叠技术可以使数据中心内部无环。
谈到云计算就不得不提SDN (Software Defined Network, 软件定义网络) 。SDN提供网络的控制面和转发面解耦, 将物理网络的抽象层直接提供给控制元件, 通过开放协议 (例如Open Flow) 对一个网络进行编程, 就好像这个网络是一台计算机一样。从某种程度来说, SDN就像是目前路由器分布式架构 (转发面和控制面分离) 的延伸, 但从整个网络的角度提供转发面和控制面分离。由此可见, 路由器拥抱SDN, 就像云计算拥抱Paa S/Saa S服务一样, 体现了从封闭走向开放的大势。
参考文献
[1]谢希仁编著, 计算机网络 (第6版) , 电子工业出版社, 2013;
[2]Software Defined Networking PDF Library, 2012;
[3]OpenFlow, OpenFlow Switch Specification (Version 1.1.0 Implemented) , 2013;
数据路由 篇8
智能电网结合信息技术可以重塑目前的电力系统,使其行之更为有效率,结合先进的控制、信息和管理技术,实现一系列从电力输送到终端用户之间的实时信息交互,故电网中的各个部分都需要进行数据的实时监测以保证电网运行效率。目前,传统的电力系统中通常采用有线通信技术来实现系统组件的监测和诊断。随着网络规模的扩大,有线通信技术(如PLC)会使得电力系统的监测网络部署和维护成本较高,难以满足实际工程成本控制的需要。因此,智能电网亟需部署大量低成本、高效率的无线监测设备以满足电网运行的稳定性和有效性,实现优化电力系统的目的。
在配电网络中,由于覆盖区域大,电网内部用于信息采集的节点数量众多,各节点间布置在楼宇之间,或近或远,如果采用传统的蜂窝网络,其覆盖有限,且会浪费大量资源。无线传感器多跳通信系统利用其良好的扩展性可以广泛应用于智能电网配电网络监控系统中。随着无线网络进一步深入至配电网络系统中,网络可以随时按需加入各种传感器节点终端,实时或周期性采集用电情况并将其反馈至配电网络中心。然而,大量终端监控节点的加入和退出,使得监控中心对于网络的管理更为复杂,如何建立有效的下行数据网络成为摆在智能电网配电监控网络建设面前的实际问题。采用简单固定路由构建的传统网络已经无法满足新兴监控网络应用在带宽和网络服务质量方面的要求,随之而来的是网络延时增加、数据丢失等等问题[1,2]。于是,多路径路由的通信方式被提出,旨在改善现有网络中存在的一些网络资源紧张问题,提高网络的服务质量Qo S。
1 相关工作
在传统的网络通信中,网络中的节点只能存储转发所收的数据包,当不同的数据采集节点到汇聚节点之间的最大流经过的路径可能在网络拓扑的某些链路上形成交叉共享链路,进而影响共享链路之间节点的数据传输率,因此采用传统的存储转发模式一般是不可能达到最大流最小割定理规定的组播信息容量上限的[3,4,5]。应用随机线性网络编码理论被证明在单个源节点向多个目的节点发送数据的情况下,一定能够达到网络组播容量的上限。采用网络编码技术可以有效地提高数据传输速率,实现最大容量通信。
考虑到网络编码在提高网络的吞吐量方面的优点,为了进一步改善配电网络下行监控网络的传输性能,引入了网络编码技术。但是网络编码不是万能的,不是所有的网络组播拓扑都能使用。配电监控网络要结合网络编码技术,在路由选择方面必须满足两个条件:(1)网络中存在冗余的路径;(2)具有相同目的节点的路径之间不能存在共用的路径。
2 基于网络编码的应用层组播路由算法
为了使配电网络下行监控网络的整体性能尽可能逼近网络容量上限,本节提出一种基于网络编码的无线数据传输路由算法,它是面向异构化接入不同类型大量监控终端的路由算法,并且充分考虑因网络编码的构造而采用多路径方法。
由图理论可知,在建立配电网络下行监控网络数据路由路径时,可以将无线下行网络抽象为有向图G(V,E),其中V是监控终端节点集合。监控网络中心控制节点向配电网络中各监控数据采集节点下发不同信息指令时,根据终端系统节点在网络中的功能不同,可以分成中心控制源节点S、中间转发节点N和目的节点T三类。E是节点之间的链路集合,对于每条链路(i,j)都有相应的权值:传输带宽bij和时延dij,其中i,j分别表示链路两端起始和结束节点序号。这里,源节点S完成对指令数据的生成和编码功能,中间节点N实现数据的编码和转发功能,目的节点T除了接收所需的数据分组外,也能够完成中间节点的数据转发功能。
假设整个配电网络下行监控网络中,只有一个中心控制源节点S负责提供数据。希望能借助网络编码的力量,使得建立的信息分发图能尽可能接近最大流传输,建立源节点和目的节点之间的多条通信路径。这里,为每条链路(i,j)定义参数state,当state=0时认为链路(i,j)未被占用,当state=1时认为链路(i,j)被占用,在某个目的节点加入网络的时候,网络中的链路状态均为0。
在建立无线下行监控网络的开始,网络中中心控制源节点S可以向与它邻接的其他网络节点通信,其他网络节点也可以和邻接节点保持通信更新链路状态信息。当一个新的数据采集节点v(v∈T)申请加入监控网络,它首先从与其邻接的节点获取相应的链路状态信息,得到v到各个邻接节点biv和div。节点v按照自己的接入需要,选择能提供自己服务的最大接入带宽的邻接节点作为其父节点(这里可以为节点v提供数据的邻接节点包括与节点v邻接的已经加入通信的目的节点)。节点v的父节点根据自己收到的邻接链路状态信息同样选择与其邻接的可以提供最大带宽的节点作为自己的父节点。如果选定的父节点为监控网络中的源节点S,则完成了建立节点v到源节点S之间数据传输路径,节点v加入了该监控网络。此时,路径p(s,v)上的带宽应该为p(s,v)上所有经过的链路(i,j)((i,j)∈p(s,v))提供的最大带宽的最小值;节点v到源节点的传输延时Dv为路径p(s,v)上各链路延时之和。修改网络状态信息,路径p(s,v)上所有经过的链路(i,j)的状态state全部赋值为1,链路被占用;路径p(s,v)上各链路的可用带宽也要进行更新,即减去p(s,v)所占用的带宽。
如果节点v只有一个与其邻接的网络节点,即节点v的入度为1。那么认为节点v完成了加入下行监控网络的全过程,否则,将在剩余的网络中(state=0的链路中)继续建立新的路径。在建立新的路径时,考虑网络的传输延迟问题,可以在进行链路选择的时候,选择传输时延最小的邻接节点做节点v新路径的父节点。按照前面一条路径建立的方法,同样建立一条新路径p(s,v),并修改网络中各链路的状态信息。如果节点v剩下的入度仍大于0,即还有可用的邻接节点和链路的存在,将继续为节点v建立新的路径,使得节点v可以以逼近最大流的速率接收来自源节点的数据。
通过对数据采集节点的路径延迟值进行衰减(非目的地节点的路径值不作衰减),这样数据采集节点可以吸引其他未加入到路由树的节点通过数据采集节点来加入到路由树,使更多的链路能得到共享,从而优化网络。按照下式对数据采集节点的路径进行衰减
其中,k是与节点v相邻且未加入网络的节点数,λ是调节衰减的参数,λ≥0。
在整个配电网络下行监控系统中,大量存在的监测数据采集节点不停加入退出整个网络,下行控制系统需要及时可靠将中心节点的指令信息传达下去。中心指令信息对于其传达的目的节点不同,数据传输路径可能存在链路的共用,这些共用的链路被定义为“瓶颈链路”。瓶颈链路的存在会影响整个网络吞吐量的大小。将网络编码技术应用在与瓶颈链路相连接的节点上,节点把收到的来自上级节点的数据分组进行有限域内的线性组合,就可以消除瓶颈链路对整个网络的影响,使得每个数据接收的目的节点可以相互共享这个网络资源,避免了不同数据分组之间的竞争碰撞。
以图1(a)所示拓扑为例来说明在具体网络拓扑给定下如何为每一个监控终端节点独立地建立两条与数据中心通信的数据传输链路。图1(a)表示的是控制中心发送指令信息的初始化过程,拓扑图中只有源节点,其他目的节点并未加入网络。如图1(b)所示的两条路径,其中10是申请加入网络。传感器终端节点除了作为数据接收者,同样可以作为中间节点完成对数据的存贮、处理和转发功能。因此,对于新申请加入的节点,它既可以通过共用网络中的其它节点,也可以通过接入与其邻接的中间节点来加入网络。图1(b)给出了节点9和10的两条路径,虚线表示的路径是到节点9,两条粗线表示的是到节点10。对于不同的节点,存在瓶颈链路(S,1)、(6,10),只需在节点S和节点6处进行网络编码即可解决数据碰撞的问题。
3 实验仿真和结果分析
采用Salama的随机链路发生器产生随机网络进行仿真来比较本文提出的算法和其他算法的性能。该网络模型能产生平均节点度为4的随机连通网络。网络节点随机分布在一个矩形区域中,任意2个节点u和v之间是否存在链路由概率函数
提出的路由算法是希望建立多条传输路径来使得网络的传输流量逼近图论中的网络最大流。然而在建立多条传输路径后,随之而来的网络延时问题将会被扩大,下面的仿真给出了尽可能多地建立到源节点的路径情况下形成的路由路径与只建立两条路传输路径(即冗余度为2)以及单路径之间的性能比较。
考虑到每一个节点的实际接受数据的处理能力,设置网络中目的节点入度最大值为5。下面分别比较有单路径树,2-冗余路径和多路径的性能,还主要是网络端到端吞吐量和网络延时:
图2和图3主要是通过改变网络的规模来比较路径数量不同对网络性能的影响。在不同的网络规模中,中心节点向各个终端节点进行数据传输,通过图2可以发现通过建立多条路径的方法,网络的端到端的流量大大提高,而网络的延时相比之下也有一定提高(如图4所示)。在传输大量数据的时候,每一个终端节点使用多路径算法找出能逼近最大流的多条路径同时进行传输,结合网络编码技术使得每一个终端节点可以独立享用整个网络资源,从而大大提高了网络的吞吐量。与此同时,对于每一个终端节点而言,其网络延时则是全部路经延时的最大值,而通过仿真可以看到,对于多条路径带来的延时增加相对与网络流量的成倍增加是较小的。
4 结束语
本文讨论了基于网络编码使用冗余链路来提高配电网络下行监控网络端对端吞吐量的算法,并且在Salama随机网络中对该算法进行了性能评价。仿真结果说明了建立多条链路的方法能以较小的网络延迟代价,显著地增强网络的吞吐量,提高网络链路的使用。
摘要：文中讨论了利用网络编码技术和使用冗余链路来提高配电网络下行监控网络端对端吞吐量的算法,并通过仿真结果说明了建立多条链路的方法能以较小的网络延迟代价,显著地增强监控网络下行链路的吞吐量,可以提高网络链路的使用。
关键词：多路径,网络编码,瓶颈链路
参考文献
[1]Banejee S,Bhattacharjee B.A comparative study of application layer Multicastprotocols[EB/OL]∥Submited,available at http://www.cs.wisc.edu/suman/pubs/compare.ps.gz.
[2]Cormen T H,Leiserson C E,Rivest R L,et al.Introduction to Algorithms[M].2nd ed.MIT Press,2001.
[3]Winter P.Steiner problem in networks:a survey[J].Networks,1987,17(1):129-167.
[4]Zhu Y,Li B,Guo J.Multicast with network coding in applicationlayer overlay networks[J].IEEE J.Select.Areas Commun.,Jan.2004,22(1):1-13.
数据路由 篇9
关键词：HNMISN,MPLS,路由,BGP,网络安全
1 网络结构
HNMISN采用分层网络结构, 由3层组成, 即核心层、骨干层和接入层。为保证网络的可靠性, 在网络的拓扑设计中, 遵循N-1的电路可靠性和N-1的节点可靠性设计原则, 即任何一条单一传输电路或单一节点设备故障不会影响整个HNMISN的运行。
河南省电力公司、洛阳电力局、新乡电力局、漯河电力局4个节点各部署2台核心路由器, 4个节点的2台核心路由器背靠背连接, 核心路由器及其之间的高速 (622M) 互联通道构成形成双平面, 利用双平面的特点可以做到对称的业务组织模式即两个平面同时承载相同业务, 做到业务负荷分担模式;也可以采用非对称的业务组织模式, 不同业务由不同平面进行承载, 同时2个平面之间具备为另一个平面进行备份的容量和能力。
HNMISN有2种类型的路由器, CE路由器、PE路由器, 没有设置P路由器。其中, CE路由器是客户端路由器, 为各地市提供到PE路由器的连接;PE路由器是HNMISN边缘路由器, 是MPLS网络中的标签边缘路由器 (LER) , 它根据存放的路由信息将来自CE路由器或标签交换路径 (LSP) 的VPN数据处理后进行转发, 同时负责和其他PE路由器交换路由信息。河南省电力公司公用信息数据网如图1所示。
2 骨干路由协议选择
HNMISN中, 采用ISIS作为骨干层、汇聚层和接入层网络的内部IGP路由协议。
ISIS是一种收敛迅速、消耗系统资源很少的高效的链路状态路由协议, 采用ISIS作为IGP, 构建骨干路由, 近年来在越来越多的大型骨干网环境中得到了成功的应用。
HNMISN的ISIS的区域ID设置为10。全网IS-IS采用一级结构, 即L2, 本次工程的全部设备, 包括省电力公司、新乡电力局、洛阳电力局、漯河电力局核心节点设备和三门峡、济源电力局、焦作电力局、鹤壁电力局、安阳电力局、濮阳电力局、平顶山电力局、郑州电力局、南阳电力局、商丘电力局、开封电力局、许昌电力局、周口电力局、信阳电力局、驻马店电力局等15个地市的接入设备全部规划在L2之中。工程的区域划分图如图2所示。
本次工程, Metric设计按照真实链路带宽进行部署。对于A、B平面, AR-CR间故障时, 利用平面间的备份;对于A、B平面, CR-CR间故障时, 利用平面间的备份, 在IGP收敛过程中不影响本平面内的其他业务;引导语音、视频流量由A平面承载, 电力业务MIS、DMIS等由B平面承载。在链路或节点出现故障的时候, 流量在平面间疏导, 不会对同平面其他业务造成影响。
3 I-BGP路由协议选择
HNMISN的PE路由器, 使用BGP相互分发VPN路由信息。BGP是一种外部网关协议 (EGP) , 与OSPF、RIP等内部网关协议 (IGP) 不同, 其着眼点不在于发现和计算路由, 而在于控制路由的传播和选择最佳路由。当BGP运行于同一自治系统内部时, 被称为IBGP;当BGP运行于不同自治系统之间时, 称为EBGP。
由于河南电力公用信息数据网属于私有网络, 本工程PE和CE互连采用直连路由方式, 只需给MPLS网络分配一个AS号即可。根据国家电网公司的分配, BGP协议采用保留自治域号30088。
3.1 路由的过滤与广播
为防止无用的路由信息在HNMISN内传播, 控制城域网导入路由是一个很重要的问题。本次工程PE中联结城域网路由CE主要采用2种方式: (1) 将CE使用的OSPF路由信息, 使用import-route ospf命令, 导入BGP (HNMISN) 中; (2) 在PE路由器上配置相应的静态路由, 利用import-route命令, 将此CE使用的路由, 导入BGP路由。
第1种方法配置语句简单, 但是由于CE内网路由的复杂性, 可能会导入一些CE使用的私有内网路由, 从而影响BGP (HNMISN) 的路由的稳定性, 耗费路由器资源。因而在引入OSPF路由时, 必须对引入的路由信息向外发布的时候进行过滤, 滤掉与公共信息网无关的路由。此方法用于PE和CE的多路联结。
第2种方法配置语句较多, 但是可以很好地控制CE路由的导入, 有效地控制CE路由导入, 适用于PE和CE的单路联结。
3.2 流量控制
由于HNMISN采用A、B平面的网状结构, 为了充分利用网络的有效带宽, 利用BGP4的LOCAL PREFERENCE属性, 设置出口流量控制策略, 使网络链路的带宽得到充分利用, 优化出口不同业务流量分布。
3.3 使用LOOPBACK地址
对于运行IBGP的HNMISN来说, 在向邻居宣告其邻居关系时, 使用LOOPBACK地址, 这样, 当对应接口链路发生故障时, LOOPBACK地址仍然可达, 使BGP邻居关系仍然能够形成。
4 HNMISN业务的接入
河南电力公用信息数据网的业务包括省电力公司信息MIS、D-MIS和各地区电力公司网站发布系统等, 其业务一般通过局域网交换机, 接入到骨干网PE。
各应用系统通过其服务器与本地交换机连接, 一般主机或业务系统通过默认路由指向本地局域网的路由网关而与HNMISN通信, 并利用网关的三层特性隔离局域网的本地流量及广播报文不进入HNMISN设备, 并在局域网内采用802.1Q标准的VLAN技术实现不同应用系统的隔离。为保证业务可靠和方便管理, 不同业务 (如D-MIS) 采用不同业务交换机接入PE设备。
目前, 本项目一般均采用本地三层交换机与本地PE设备进行三层连接, 对于存在冗余链路的局点, 为了保证自动故障恢复, 采用OSPF动态路由协议接入;对于不存在冗余链路的局点采用静态路由协议接入。
4.1 核心层节点业务系统接入
为提高网络的可靠性, 省电力公司、洛阳、新乡、漯河均有2台NE80E设备, 根据局域网设备的不同, 其业务接入分为2种情况。
4.1.1 双PE加双CE
双PE加双CE连接的示意图如图3所示。
目前河南省电力公司的省公司总部属于这种情况。局域网接入路由器CE1、CE2 (CISCO6509) 和PE1、PE2 (NE80E路由器) 之间运行OSPF协议。为防止与公共信息网无关的路由导入到BGP, 在PE路由器采用路由策略, 对入境 (一般由OSPF导入) 路由进行过滤。
4.1.2 双PE加单CE
河南省电力公司双PE加单CE连接的示意图如图4所示。漯河、新乡、洛阳属于这种情况, 但目前这3个地市都只连接了一条622M的POS链路, CE和PE采用静态路由方式, 实际情况同后述单PE接单CE的情况。
4.2 骨干和接入节点业务接入方案
在接入层均只有1台PE设备, 根据局域网设备的不同, 可分为2种情况。
4.2.1 单PE加双CE
单PE加双CE连接的示意图如图5所示。安阳、濮阳、许昌使用这种联接方式, 使用OSPF协议动态交换路由。但南阳只连接了一条链路, 采用静态路由方式接入, 实际情况同后述第4种情况 (单PE加单CE) 。
PE和CE1、CE2之间运行OSPF协议。
为防止与公共信息网无关的路由导入到BGP, 在引入OSPF路由时加载路由策略。
4.2.2 单PE加单CE
单PE加单CE连接的示意图如图6所示。目前实际情况是郑州、信阳、驻马店、开封、周口、商丘、鹤壁、三门峡、焦作、平顶山均属于这种情况, 均使用静态路由。
在PE上配置静态路由, 将与公用信息网相关的地市局域网网段的下一跳指向CE的对端地址。
5 特殊工程问题的处理
5.1 反射器部署
HNMISN所有节点都作为MPLS VPN的PE节点, 运行MBGP协议实现VPN路由及信息的传递。由于所有路由器运行在同一个BGP的AS中, 按照BGP协议的要求, 所有这些路由器必须保证是全连通的, 建立IBGP全连接, 这样就导致联结设置的N平方问题。为了解决这个问题, HNMISN使用BGP反射器技术。HNMISN网络路由器数量较多, 要实现IBGP全连接, 需要建立较多的IBGP连接, 为了减少MP-i BGP连接的数量, 将省电力公司的2台核心路由器设置为路由反射器。在4个核心节点的核心路由器和15个接入节点的接入路由器上运行MP-BGP协议。
采用路由反射策略后, 将IBGP连接数量大量减少, 降低了管理难度, 同时也便于以后的业务扩展。为了减少MP-IBGP邻居的数量, 省电力公司2台核心路由器NE80E-1和NE80E-2作为BGP、MP-IBGP路由反射器, 其他骨干路由器, 接入层路由器均为反射客户端, 这就意味着所有的反射客户端都只跟省电力公司2台NE80E建立BGP、MP-IBGP邻居即可。将省电力公司2台路由反射器配置为一个cluster, 2台路由反射器都配置为相同的cluster标识符2000, 并可以实现2台路由反射器的相互备份。在网络正常的情况下, 将VPN中省电力公司SGS-NE80E-2作为主反射器, 所有的反射客户端都接收此反射器反射的路由信息, SGS-NE80E-1作为备份反射器, 在SGS-NE80E-2出现故障, 则由SGS-NE80E-1来接管路由反射的功能。
5.2 Peer的设置
在HNMISN的网络中, 一个PE路由器会有多个属于一类的BGPPeer, 其BGP的策略相同或类似;由于HNMISN的PE数量比较多, BGP的配置比较庞大。同时, 路由器的负载也会加重, 因为一旦有路由的更新, 路由器需要针对每个Peer做一次策略计算 (虽然策略都相同) 。为避免此类问题, 使用了两类Peer:H N P O W E R-D R (客户组) ,
HNPOWER-RR (反射器组) , 降低了对路由器设备的资源消耗, 在路由器对同一Peer更新路由时, 由于使用相同策略, 只进行一次路由计算, 从而大大减少了占用CPU的时间。
事实上, 在实际的网络维护中, 即使当同一类的Peer很少时, 采用Peer Group的方式, 因为这样具有很好的扩展性。显然, 采用Peer Group方法, 不但适用于I-BGP的Peer, 而且也适用于E-BGP的Peer。
5.3 华为设备特有的RD路由标识问题
值得注意的是, 一般在同一VPN中, RD保持一致。同一PE上不同的VPN有不同的RD, 不同PE上相同VPN的RD可以相同或不同。本网络项目中存在2台路由反射器, 这2台路由反射器的RD必须设置不同 (这是华为设备特有的;否则当省电力公司CE连接到省电力公司PE之间的链路断掉之后, 失去私网路由的路由反射器会在远端PE上删除相关路由, 而保存有私网路由的路由反射器由于本端链路没有变化, 不会发送路由更新消息通知远端, 导致远端PE设备会丢失私网路由, 无法实现冗余备份。
5.4 网络路由振荡问题
BGP属于增量更新的路由协议, 当有新的路由要发布时 (如路由重启、路由删除、路由策略的修改等) , 路由器会向邻居发送Update信息;如果要删除某条路由时, 就会发送Withdraw信息。BGP路由的Flap的定义是:当一条路由在被收回 (Withdraw) 后, 又被广播 (Update) 出来, 视为一次Flap。由于任何一条路由的收回和更新都会导致1台路由器整个路由表重新计算, 当Flap的情况比较多时, 对路由器设备的负载将产生巨大的压力。事实上, 在路由实际的调试中多次发现, 1台高端路由器在计算BGP路由的时候, CPU的负载有可能高达在80%~95%左右, 有时甚至达到100%, 占用了几乎所有的CPU资源, 在这种情况下路由器无法正常工作。虽然NE80路由器都将路由计算的模块与转发模块分布在不同的模块上, 可以减少一些由于主CPU忙导致的路由器性能下降的问题, 但是路由表的频繁变化和更新, 对整个设备的运行影响非常大, 而且这样的计算会随着路由的收回或广播, 继续向自治域内部扩展, 使内部的路由器PE和CE产生同样的问题。
在路由的调试过程中, 控制Route Flap, 配置BGP路由衰减参数, 利用命令dampening。应该注意的是, 在配置路由衰减时, 所指定的reuse、suppress、ceiling3个阈值必须是依次增大的, 即满足:reuse
6 结语
数据路由 篇10
关键词：无线传感器网络,路由协议,数据融合技术
无线传感器网络路由协议的研究时间尚短, 最早是借鉴Ad Hoc网络路由协议发展起来的, 由于传统的无线网络路由协议无法在所有的场合下运用, 因此需要根据应用场合的需要设计不同的路由协议。数据融合技术属于前沿性新技术, 目前已研究出大量的能够指出数据融合的路由协议, 这不仅减少了能量消耗, 同时也降低了通信成本。
1 无线传感网络路由协议
1.1 无线传感网络路由器分类
目前这类路由器主要包括了五大类型:按照拓扑类型来分类主要分为平面路由协议、分簇路由协议;按照路径数量可分为单路径、多路径路由协议;按照通信的模式可分为时钟驱动型路由协议、时间驱动型路由协议与查询驱动型路由协议;按照节点数量可分为单播路、多播路路由协议;按照数据融合与否可分为融合、非融合路由协议。
1.2 各类型无线传感网络路由协议的特点及应用范围
平面路由协议的结构简单, 节点一般是对等的, 具有相同的功能, 较适用于较小规模的网络, 容易维护但是无法进行网络资源的优化管理;分簇路由协议的节点功能则不相同, 各节点的职责不同, 该协议具有较好的扩展性, 常应用于大规模的网络中。
单路径路由协议能够将数据沿着一条路径进行传递, 但是该协议的数据传递通道较少, 尽管能量消耗低, 但也会导致数据传输中的丢包现象, 同时错误率较高;而多路径路由协议则是将单独的数据进行分组, 并将分组后的数据沿着多个路径传递, 因此若某一条路径数据报废, 数据也能够沿着其他路径进行传递, 该路由协议具有较高的可靠性, 但是能够消耗和重复率较高, 因此应用受到一定局限。
时钟驱动型传感器节点能够周期性的将采集的数据主动地汇集到Sink节点, 如环境监测无线传感器网络路由协议等;时事并将数据传送到汇集节点, 如预警类的无线传感器路由协议等;而查询驱动型路由协议则在收到用户感兴趣查询时, 传感器节点将数据进行传送。
单播路由协议采用一对一的数据传播方式, 即一个方向对应一个目的节点;多播路由器则拥有多个目的节点, 并将这些节点采集的数据按照树的形式进行传播, 其中树的分叉处属于数据包复制与转发之处。
数据融合路由协议, 能够将传输中的数据按照指定的规则将多个数据包的信息进行融合、压缩, 进而降低数据的冗余, 减少通信量与能耗, 但是数据传输时延将增加;非融合路由协议在数据的传输中不会对数据进行处理, 这就导致数据传输量较大, 能量的消耗大, 会发生数据传输拥堵。
上述的无线传感网络路由协议中以平面路由协议与分簇路由协议为比较典型的两类。其中, 平面路由协议包括了如Flooding泛洪路由协议、Gossiping闲聊路由协议、SPIN路由协议、MTE路由协议、DD定向扩展路由协议等;分簇路由协议则包括了如LEACH、TEEN、HEED、TTDD路由协议等。此外, 还有如SAR、GEAR、SPEED等其他协议。
2 无线传感器网络数据融合技术
无线传感器网络采用的是高密度的部署, 因此节点采集数据有较大的冗余, 因此如果每个节点均单独进行数据的传输, 就会造成大量的冗余, 消耗较多的能量, 增加MAC层的调动负担, 所以节点具有数据融合功能能减少上述情况的发生。
2.1 数据融合分类
数据融合主要分为三大类, 即像素级、特征层以及决策层融合。像素级融合是一种低层次的融合, 能够将采集数据在原始数据层直接融合, 并对传感器未经处理原始数据进行综合、分析;特征层融合属中间层次融合, 能够对原始数据进行提取, 并综合、处理;而决策层融合是一种高级层次融合, 需要经本地完成预处理、特征抽取、识别等处理, 有了初步结论后进行的关联处理, 并最终得到联合推断结果。通过数据的融合能够减少节点消耗的能量、有效去除冗余, 减少数据的传输量, 降低MAC层负担。
2.2 数据融合技术
目前, 较为常用的数据融合技术包括了贝叶斯法、卡尔曼滤波法、贝叶斯推理、BP神经网络以及D.S证据推理等等。其中以贝叶斯法、卡尔曼滤波法和神经网络理论比较成熟, 并广泛的应用于无线传感网络, 而D.S证据推理研究者还有着不同的看法。数据融合是一个多层面和多级的数据处理过程, 其最终目标是从4个不同层级来实现的:Leve0, 是对数据进行格式化、标准化、次序化以及压缩等处理, 进而使数据能够满足处理器的要求;Leve1, 是将单个的传感器位置、身份类别信息进行融合, 以此获得更加准确的位置与身份类别;Leve2、Leve3分别辅助实现态势、威胁估计;Leve4则是对上述的估计进行修正、评价和补充。数据融合与分簇协议的关系在于, 数据融合点需要利用路由协议的回传数据, 并将路由结构中的某些节点作为融合点。
3 结束语
与传统的传感器方式相比, 无线传感器网络具有精度高、灵活性强、可靠性高, 具有较高的经济性的优势, 结合有效的数据融合技术, 能够大大的减少数据传输的冗余和能量的消耗, 同时还能减轻MAC层的调度负担, 使数据的传输速度获得提高。
参考文献
[1]郭新.无线传感器网络路由协议及数据融合技术研究[D].华南理工大学, 2013.
[2]贾西贝.数据融合为中心的无线传感器网络路由协议研究[D].山东大学, 2012.