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物联网网络层如何选择路由?

物联网网络层如何选择路由?

2022-06-28

作者:yunzhimeng

路由就是信息传输的路径,物联网网络层中有多种信息传输的路径,这些路径主要由两种节点提供,一种是目的节点,另一种是通信子网络源节点。要设计并构建物联网网络层,路由的选择十分重要。当节点遇到分组时,必须确定下一节点的路由,否则将无法进行数据传输。为网络节点选择路由有多种方式,比如,我们可以在连接建立虚电路时确定路由,也可以在数据报方式中利用网络节点为不同的分组选择路由。

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  选择路由需要借助路由算法,而路由算法的建立并不简单,它的设计需要考虑多种要素:一是性能指标,路由算法需要建立在一定的性能指标之上,这种性能指标一般可分为两种,分别是最优路由和最短路由,最优路由除了要考虑传输距离的长短之外,还要考虑其他综合因素,是一种建立在综合考虑下的路由选择方式,而最短路由要考虑的主要因素是传输距离,距离最短是这种路由选择方式的目标。二是充分考虑通信子网所采取的方式,这种考虑的方式也有两种,一种是基于虚电路方式的路由选择,另一种是基于数据报方式的路由选择。三是既可以采用分布式路由算法,又可以采用集中式路由算法,如果选择前者,那么在到达每一个分组之前都要为网络节点选择路由,如果选择后者,那么决定整个路由的关键点是中央节点,或者是初始节点;四是综合考虑信息的来源因素,既要考虑流量的来源,又要考虑延迟的原因,还要考虑网络拓扑的来源等。五是在动态路由和静态路由之间进行相关策略选择。

  路由可分成静态路由和动态路由,在选择路由时,通过类别比较进行选择是一种普遍采用的方法。

  (1)静态路由选择策略

  这是一种根据某些固定规则和标准来选择路由的策略,利用这种策略进行路由选择,既不需要对网络层进行相关测量,也不需要利用网络信息进行分析。静态路由选择策略包含三种算法,分别是固定路由选择算法、泛射路由选择算法以及随机路由选择算法。

  ①固定路由选择算法

  该算法比较简单,所以人们对这种算法的使用比较频繁。在选择路由之前,人们会在每一个网络节点下面附上一张表格,用于记录该网络节点应该对应的链路或者目的节点。以存储表格的方式来明确所要选择的路由虽然看起来很“笨”,但却非常方便有效。如果节点准备选择路由,只需要将每一个节点下存储的表格“打开”,并根据分组的地址信息,对应路由表中的目的节点,便可快速选出标准路由。固定路由选择算法不仅实施起来十分方便,还可在特定环境中发挥更好的效果,比如在负载相对稳定以及拓扑结构变化较小时,使用该种算法可起到更好的运行效果。但固定路由选择算法也有一定的缺点,比如遇到网络故障或者网络堵塞的情况,利用这种算法将无法选择出较好的路由,这同时也表明了这种选择算法比较“死板”,无法灵活适应不断变化的网络环境。因此,该种算法的实施,需要一个相对稳定的网络。

  ②泛射路由选择法算法

  这种算法也比较简单。当网络层众多线路中的某个分组到达一个网络节点,这个网络节点就会将这个收到的分组重新发送到其他所有线路中,这就相当于同时测试了所有路径,网络节点只需要找到那个最先到达目的节点的分组,并与之配对,便可以形成最短路径。一些军事网络可以利用这种方法来选择路由,因为军事网络的强壮性较高,不易遭到破坏,即使多数网络节点被损坏,泛射路由选择算法仍能根据某一个分组与其他目的节点配对选择出最优路由,从而保证数据的高效、可靠传输。

  除此之外,泛射路由选择算法也可以应用于数据的广播式交换,还可以应用于检测网络的最短传输延迟。

  ③随机路由选择算法

  网络节点在收到分组后,利用这种算法,可帮助该网络节点在其他相邻节点中选出一个出路节点作为分组的备用节点。随机路由选择算法的优点是简单易行且具有一定的可靠性,但是利用这种方法选出的路由不一定是最佳路由,而非最佳路由往往会给网络层增加不必要的负担,还常伴有不可预测的传输延迟问题。因此,此种算法无法保证数据的可靠传输在现实中的应用也较少。

  (2)动态路由选择策略

  动态路由选择策略可用于改善网络的性能,该种策略具有较强的适应性,可在不断变化的网络环境中较好地完成选择最佳路由的工作。例如,利用动态路由选择策略不仅能适应网络流量的变化,也能适应拓扑结构的变化,并可根据网络实时的状态信息来确定节点路由的选择。但是这种算法也有弊端,它比较复杂,因此往往会提高网络负载,使网络整体负担加重,并且在现实操作中,还会出现多种不可靠情况。网络反应较慢,这种算法就会不起作用;如果网络反应较快,又会引起较大的网络振荡等。与静态路由选择策略相同,动态路由选择策略也具有三种具体算法,分别是独立路由算法、分布路由算法以及动态路由算法。

  ①独立路由选择算法。该种算法需要根据节点接收的信息自行选择路由,在这个选择的过程中,接收分组的网络节点不会与其他网络节点交换路由选择的信息,其最大的好处是能适应拓扑结构以及网络流量的变化,但是无法确定较远网络节点的路由选择。热土豆算法是一种早期的简单的独立路由选择算法,该算法的特点是,网络节点在接收到分组后,需尽快将其排列在最短的输出列方向上,但是这个输出列的方向如何,并不在该种算法的考虑范围内。

  ②集中路由选择算法。这种算法与固定路由选择算法有相似之处,都有路由表,每个网络节点对应一张路由表,路由表中记录着路由选择信息。两种算法的不同点在于节点路由表的制作单位,当节点路由表应用于固定路由选择算法中时,它的制作单位是人,也就是说,该算法中的路由表由人亲手制作;而当节点路由表应用于集中路由选择时,节点路由表的制作单位是路由控制中心RCC(Routing Control Center)。实际上,由路由控制中心RCC制作的节点路由表更具动态性,因为路由控制中心RCC会根据动态的网络信息进行计算,通过分析网络的实时状态制作出相应的节点路由表,然后才会将这些路由表分送给各个网络节点。简单来说就是,一个是静态信息路由表,一个是动态信息路由表。相比于静态信息路由表,由RCC利用网络实时信息制作的动态信息路由表更加完善,可以完美选择路由,而不会增加各个网络节点的计算负担。

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  ③分布路由选择算法。分布路由选择算法也是由表格制胜的算法,这种算法也会在每一个网络节点中存储一张路由表,这个路由表的特点是更具选择性,可称为“路由选择表”。每个网络节点都有一张路由选择表,且它们都是由网络中其他的每个网络节点为索引,与集中路由选择算法和固定路由选择算法中的节点路由表都不同。

  运用分布路由选择算法时,每隔一段时间,网络节点都会与其他相邻节点交换信息,这些信息中包含了多种路由选择数据。这张选择路由表中的每一项都对应一个网络节点,每一项又由两个部分组成,分别是目的节点的输出路线以及目的节点的言辞和距离信息。

  分布路由选择算法的度量标准有多种,比如等待分组数、毫秒数、链路段数、容量大小等。在这种算法中,每一个网络节点都能作为一个“回声定位系统”,当网络出现延迟时,每个节点都会向其他节点发送一个回声分组,其他节点接收到这个回声分组后会为其加上一个时间标记,然后再回馈发送给原始节点,这样便可测出网络延迟。最后,通过延迟信息就可以选择出最佳路由。

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