移動自組網AODV協議的優化進展研究

聶煒瑋 呂光宏 蔣成林 朱潔凈

摘要：文章綜述了AODV路由協議在路由鏈路修復、能量控制以及安全保障等方面的最新研究進展，并指出了下一步研究方向。

關鍵詞：自組網；路由協議；AODV協議

引言

移動自組網是由一組帶有無線收發裝置移動終端組成的一個多跳臨時性自治系統。當發生自然災害、基礎通信設施遭到破壞等情況時，這種無中心分布式控制網絡就可提供臨時通信的便利。路由選擇協議是自組網的關鍵技術之一。近幾年，提出了很多自組網路由選擇協議，大致可分為表驅動路由協議和按需路由協議兩類。AODV協議是一種比較經典的按需路由協議，它借鑒了DSR算法中路由發現和路由維護的思想，又從DSDV中吸取了序列號識別和周期性信號更新等策略，是自組網路由協議研究中的熱點。

一、AODV協議概述

AODV協議實質上是DSR和DSDV的綜合，它借用了DSR中路由發現和路由維護的基礎程序，及DSDV的逐跳路由、順序編號和路由維護階段的周期更新機制，又以DSDV為基礎，結合DSR按需路由思想加以改進而成。AODV使用了分布式的、基于路由表的路由方式。所以建立路由表項以后，在路由中的每個節點都要執行路由維持、管理路由表的任務，在路由表中都需要保持一個相應目的地址的路由表項。實現逐跳轉發。AODV有別于其他協議的最顯著特點是引入了組播路由協議擴展，通過序列號的方式解決無限計數問題，這樣可以避免發生環路，并容易用編程實現，但需要定期地發送HELLO報文，造成了一定的額外開銷。

二、AODV協議的優化研究

AODV是少數幾個通過IETF組織批準成為RFC文檔的移動自組網路由協議之一，具有很多優點，但也存在著路由表僅維護單一到達指定目的節點的路由，以及沒有提供足夠的安全保護措施等局限。為了進一步優化AODV協議，路由研發者做了大量研究工作。

(一)AODV協議路由維護研究

AODV協議中每個節點的路由表中只保存到達各目的節點的一條路由，而節點的移動性很容易導致鏈路斷裂從而造成路由失效。文獻[1]在AODV協議基礎上提出了多路徑AOMDV協議，該協議經過一次路由發現可以在源節點與目的節點間建立多條鏈路不相交或節點不相交路由，這樣一旦某條路由因為鏈路斷裂而失效，就可采用另外一條路由繼續進行數據包的發送。AOMDV可有效處理由于節點的移動性而造成的路由失敗，顯著降低分組的丟失率及平均端端延遲。由于路由重構次數降低，網絡開銷也會相應明顯減少。節點不相交路由比鏈路不相交路由具有更強的獨立性。能夠為網絡提供更好的負載均衡和容錯能力。

文獻[2]對AOMDV路由數量在不同網絡環境下的運行效率進行了多項性能的模擬測試和分析，得出保持三條不相交路由可獲得最優性能。

文獻[3]在多路徑基礎上加入了負載平衡技術，將數據流均衡地分布到多條路由上，既可平衡鏈路負載，更能適應路由變化，降低了單條鏈路上的擁塞可能，進一步提高了協議的效率。

(二)AODV協議節能控制研究

由于無線節點只能依靠可攜帶的有限電源提供能量，因此如何提供節能策略也是移動自組網路由協議必須考慮的問題。

文獻[4]對當前移動自組網能量保護策略進行了分析和綜述，從功率管理和功率控制兩個角度分析了各種策略的設計思路和特點，分析了關鍵的能量保護策略及其在各協議層的分布情況，并在分析了跨層設計在移動自組織網絡中的需求后給出了包含若干創新思路的跨層協同能量保護構架。

文獻[5]在AODV協議基礎上，通過調整節點的發射功率，改變路由代價函數，能動地關閉無線接口，來達到節能的目的。從仿真結果來看，改進后的AODV在節能方面效果明顯，但是由于在每個數據包中增加了pt域，降低了網絡層以上的數據傳送能力，導致數據傳送時延增加，并由于將pt作為選路時依據，使丟包率有不同程度增加。

文獻[6]在AODV協議基礎上提出了ES-AODV協議，在綜合考慮節點自身剩余能量，并利用鏈路上的每個節點使用反比例函數計算出與自身能量成反比的權值(能量越高，權值越小)。再以鏈路上各個節點的權值和作為鏈路的代價，選擇其中代價最小的鏈路進行數據傳輸，進而有效平衡網絡中的能量消耗，提高網絡中節點的平均生存時間。

(三)AODV協議路由安全研究

由于移動自組網具有開放媒體、動態拓撲結構、缺少中心授權、分布式協作以及受限的網絡能力等眾多安全方面的弱點，很容易受到各種形式的惡意攻擊。AODV協議沒有添加任何安全保障機制，而將協議直接建立在網絡中各節點都是安全節點的基礎之上，因此路由安全是協議發展必將要考慮的問題。

文獻[7]在AODV協議基礎上提出了SAODV協議，采用公鑰認證和Hash鏈機制來增強AODV協議路由發現過程的安全性，使得可能的攻擊節點無法聲稱一條并不存在的路由；同時，AODV在RREQ和RREP中還增加了與路由跳數相對應的Hash鏈字段，用以校驗分組中的跳數值是否正確。

文獻[8沖采用公鑰體制對敏感的路由信息進行認證和加密，只有產生路由請求信息RREQ的源節點才能驗證這些敏感信息。在一次路徑搜索過程中，只需要產生RREP的節點和源節點進行公鑰運算，這樣就不會過多增加計算開銷，但是解密運算由源端節點進行，增加了源端節點的額外負載，并且加密報文由發起RREP的節點一直傳輸到源端節點，傳輸距離過長，容易被偵聽。

文獻[9]利用各個節點的簽名機制進行安全防范，路徑上的每個節點都參與運算，各個節點運算負載過大，極大地消耗了各個節點的能量，從而導致協議的效率下降。

三、結束語

本文從鏈路修復、能量控制以及安全保障等方面對目前AODV協議的研究進行了總結和分析，可以看到，雖然AODV協議在其發展過程中進行了一系列卓有成效的改進，但是都只能從某一方面改善AODV協議性能，如何合理有效地選取中介方案，實現AODV協議各方面均衡優化，是當前研究的一個難點。相信隨著AODV協議不斷改進和完善，必能在未來移動自組網的應用中發揮更加重要作用。

參考文獻

[1]MARINA M K,DAS s R Ad hoc on-demand multipath distancevector routing／／Proceeding of 9th IEEE InternationaI Conference onNetwork Protocols(ICNP)[c]CA：Riverside,November 2001，

[2]KIM M S,KWON K J A modified AODV Protocol with mul－ti—paths considering C‘laSses of services／／ICCSA fCl 2004：1159—1168

[3]PHAM P P,PERREAU S Increasing the network performanceusing multi-path routing mechanism with Icad balance[J]lAd HocNetworks，2004(2)：433—459

[4]許力 張繼東，鄭寶玉，等移動自組網能量保護策略研究進展[J]通信學報，2004，25(9)：93—1D3，

[5]袁明，張連芳，舒炎泰，Ad hoc網絡路由協議能量消耗分析[J].計算機工程與應用，2003(15)：146-149

[6]陳稼嬰，楊震Ad hoc網絡中基于節能的AODV路由算法改進[J]，南京郵電學院學報，2004，24(3)：18—22

[7]Manel Gueerero Zapata Secuer Ad hoc on-demand distancevector(sAODV)routing[z]draft-guerrero-manet-saodv-04，lETFinternet draft，September 2005

[8]杜欣軍，葛建華，王瑩一種增強AODV路由協議安全性的方案[J]西安電子科技大學學報(自然科學版)，2002,29(6)：819-821，

[9]謝冬莉，周曉峰對AODV路由協議的三種攻擊方法及相應的解決方案[J].計算機與現代化，2004(12)：101-107