承索式路由選徑協定

在無線隨意網路中，繞徑協定最常見的分類方法，就是分為先進 展地路由選徑協定(proactive routing protocol)，以及承索式路由選徑協 定，而我們在這裡要簡介的是承索式路由選徑協定。

承索式路由選徑協定最主要的特色是，只有在起始節點有資料要傳 送給目的節點時，才需要開始建造路徑，也就是說，在需要路徑的時 候，才去建立之。當一個節點要求一條能夠到達目的節點的路徑時，

這個節點必須初始一個發現路徑程序(route discovery process)，一直到 找到路徑，或者是所有的路徑都被檢查過了，這個程序才算完成。

當所需要的路徑被建構完成之後，資料就可以透過此路徑傳送，

為了使資料可以順利被持續傳送，所以協定中還必須包含有維護路徑 的機制，直到網路上的節點無法再接近目的節點，或是這條路由選徑 已經不被需要為止。

2.2 具有擴大環狀式搜查和局部修復的 AODV

AODV 是一個在點對點無線感測網路中基本的承索式路由選徑協

定。AODV 使用連續序列來判斷，在建立路由選徑過程中，資料是否 為新，防止封包傳送形成迴路的情況。在 AODV 中，是藉由對整個網 路全面發出詢問封包(query packet)來建立路由選徑，而目的節點會先 回應第一個收到的詢問封包。AODV 用分散式的方式來維護路由選 數量，這個 AODV 提供的技術，叫做擴大環狀式搜尋(expanding ring

search)，它限制了修復路由選徑的範圍。其所使用的方法是，在要求 路由選徑封包中設置一個欄位為 TTL(Time to Live)，TTL 欄位的值是 根據原先舊路由選徑的長度去設定的，也就是說，要求選徑封包能夠

的，因此全面性的傳送封包會對網路資源造成很大的浪費。先前介紹 過在 AODV 中，局部修復路由選徑的模組，這個模組試著去減少修復 路由選徑所要用到的封包總量，然而，它犧牲掉了重建路由選徑的最 佳化，而這個情形，會隨著路由選徑的起始節點、目的節點的持續移 動，變得越來越嚴重，路由選徑的總長度也會隨著持續增加，如果一 個路由選徑中間包含很多冗餘的節點，將會造成傳送資料時，很多不 必要的能源浪費。

2.3 適用於承索式路由選徑的局部詢問技術

QL 這個路由選徑協定，是根據網路上的行動節點，不能移動太快 的概念制定的。因此，QL 把先前建立路由選徑的經歷先暫存起來，用 這些資訊來評估出一個局限的範圍，在這個有限的範圍內，可以有很 高的機率成功地重新建造路由選徑。

QL 在每個詢問封包中放置一個計數器，舊路由選徑上的節點，收 到詢問封包後，不需要增加計數器的值，就可以把詢問封包再廣播出 去，而其他所有的節點，都必須先把計數器的值加一之後，才能把封 包廣播出去。當封包內計數器的值，到達預定的極限值時，這個封包

就再也不能繼續在網路上被傳送了。也就是說，如果這個計數器的極

來傳送資料，會使得這條路徑上的節點很快就能源耗盡，所以，以希 望網路上節點的能源能盡量平衡分配，以及網路的生命週期可以增長 的觀點來看，不應該長時間使用同一條傳送路徑，要適當的選擇一條 近乎全新的路徑來取代舊的路徑。

S A

D

圖1 計數器即限值為2的QL範例之路由選徑未改變前

S A

D

圖2 計算器極限值為2的QL範例之路由選徑改變後

2 1

1

1

1

1

2 1

2 2

0 0

1 2

第三章 造成路由選徑動態改變的原因

絕大多數的感測節點(sensor)，在被放置到網路中之後，幾乎都會 在原來的位置靜止不動，因而網路拓樸改變的頻率並不高。然而，目 標物、收集點的移動，或是感測節點的損壞，都會造成路由選徑被破 壞，甚至使得整個網路的節點能源不平衡。

接下來的 3.1 至 3.3 小節，我們將會說明三種導致路由路徑損壞 的原因[10]。

3.1 目標物或收集點的移動

雖然有時候收集點是受到外力影響所以才被迫移動，不過大多數 的收集點是特地被安排在網路上移動的，這些收集點常常被安置在移 動的運輸工具上，比如說飛機、戰車，甚至是機器人，因而收集點可 以持續或偶爾地變換它們的位置，以達到較好的傳訊頻道等等。有一 些收集點會持續不斷地四處移動，其目的是為了不停改變它們的鄰近 節點，以防止鄰近節點的能源太快耗盡，因為一般而言，通常越靠近 收集點的節點，要轉送越大量的資料量到收集點。

而要追蹤行動中的目標物，需要好幾個節點共同合作。如果網路 上有多個節點同時去感測目標物，是一個相當沒有效率的行為，為了 避免這個狀況且節省能源，有一些方法已經提出，能夠使得網路上的 感測點，用比較有效率的方式，相互合作來偵測目標物[11]，因為我 們要研究的問題是在資料傳送方面，所以這裡不討論這個問題，我們 只簡單的假設，當一個目標物離開原本起始節點所能夠偵測的範圍，

另一個感測點偵測到目標物，這個感測點就會成為新的起始節點。換 句話說，由於目標物的移動，使得起始節點的角色，由一個感測點，

轉換到另外一個感測點。

目標物或收集點的移動，會導致現存的路由選徑被破壞，因此為 了維護連續的資料傳送，路由選徑協定必須要能處理這個問題，在舊 路由選徑不能使用之後，能夠重新建立新的路由選徑。

3.2 單一感測點的損壞

在大範圍的無線感測網路，大部分的感測點，都沒辦法時常去關 注，尤其是佈置在敵方環境或危險區域中的感測點。電池電力的耗損、

軟硬體發生錯誤、頻道擁塞、外力影響造成的壞損，都可能中止單一

感測點的正常運作。一個簡單而有效率地恢復資料傳送的方法，是去 想辦法繞過有問題的節點，以達成重新繼續傳送資料的目的。

3.3 大範圍的節點能源耗盡

連續使用同一條路由選徑來傳送資料，會造成這條路由選徑上的 節點，能源被很快的耗盡，而在狹隘範圍內修復路由選徑，有非常高 的機率重覆使用舊路由選徑的節點，也會導致相同的結果，同時，還 會犧牲掉路由選徑的最佳化。

如果路由選徑常常需要被修復，將會延遲資料的傳送，並影響到 整個網路的穩定性。雖然使用多條路由選徑，是一種能夠解決資料延 遲情況的方法，但是這個方法需要額外的空間，來儲存備份的路由選 徑，對感測點有限的記憶體而言，是很大的負擔，除此之外，要去維 護多條路由選徑，也會增加大量的網路封包流量。基於上述使用多條 路由選徑的不利原因，另一個可供選擇的方式是，在舊路由選徑上的 節點能源被完全耗盡前，先主動去更新所使用的路由選徑，如此一來，

就可以使資料的傳送不被中斷，也不需要額外的儲存空間，當然更新 路由選徑對網路所造成的負擔，也能保持在一定的值之內。

第四章 局部更新路由選徑的協定

在這個章節中，我們將介紹我們提出來的「局部更新路由選徑的 協定」，以下簡稱為「LRR」，LRR 可以在不消耗過多網路資源的前 提下，快速地更新有問題的路由選徑。接下來的小節裡，我們將仔細 地介紹 LRR 的每個步驟，並提出範例說明，和分析其對網路的負擔情 形。4.1 小節將介紹如何初始發現路徑程序，4.2 小節則介紹回應路徑 程序(route reply process)，接著在 4.3 小節中介紹發現新路徑程序(new

route discovery process)，4.4 小節裡會討論 LRR 在稀疏區域的應變，

在 4.5 小節中藉由兩個實際的例子說明 LRR，最後在 4.6 小節探討網 路負擔的情形。

4.1 初始發現路徑程序

這篇文章中，我們所討論的無線感測網路，是屬於一種靜態的網 路環境，收集點和目標物是被允許在網路之中移動的，但是除此以外，

其餘所有的節點都是固定住、靜止不動的。事實上，這樣類型的無線 感測網路是相當常見的，尤其是在戰場監督以及環境觀察上，將節點

在網路剛開始起動的階段，收集點會告訴整個網路上的節點它所 要偵測的目標，然後收集來自各個不同的起始節點回應的資訊，這些 資訊使收集點能夠選擇到各起始節點的路由選徑。顯而易見地，在這 個時候，收集點並不知道任何有關起始節點的資訊，唯一能夠建立路 由選徑的方法，就是向整個網路展開要求路徑程序。

這個要求路徑程序，和一般承索式路由選徑協定步驟相同。當一 個節點想要和另外一個節點通訊時，這個節點就要廣播要求路由選徑 封包給它所有的鄰居，而網路中任何一個中間的節點收到這個要求路 由選徑封包，首先會先判斷是否它已經收到過相同的封包，如果已經 收過了，就直接捨棄這個封包，如果沒有收過的話，就會記錄一些必 要相關的資訊在自己的路由表中，由這些資訊，將來可以知道路由選 徑上節點的次序等等，除此之外，還要再將要求路由選徑封包廣播出 去，直到目的節點收到這個封包為止。

4.2 回應路徑程序

在回應路徑程序中，主要有兩項重要的目的。其一是，完成建立 路由選徑，其二則為，定義尋找路徑區域(route discovery region)。

當目的節點收到第一個要求路徑封包之後，它會廣播出一個回應 封包，這個回應封包被送達起始節點之後，路由選徑就被建立完成了。

回應封包內有一個很重要的欄位是 TTL，我們將 TTL 的值初始為 2。

第一個要求路徑封包在到達目的節點途中所經過的節點，即為路 由選徑上的節點。這些路由選徑上的節點收到回應封包之後，會更新 自己的路由表內的值，以及將自己標示為重建區域內節點，再將封包 內 TTL 的值重新設定為 2，並且將回應封包廣播出去。

而其他的節點，收到回應封包之後，首先，也會先將自己標示為

而其他的節點，收到回應封包之後，首先，也會先將自己標示為