AODV路由協議在戰術通信網絡中的設計改進

高雅++鄭晟

摘要：本文以戰術通信網絡為應用背景，對AODV路由協議的原理、特點以及存在的不足進行了分析，針對該協議存在的一些不足，提出了改進方法。改進后的AODV路由協議著重解決了原協議在路由發現過程中對帶寬的浪費問題，限制其洪泛的范圍。應用OPNET仿真軟件對改進的路由協議和傳統的AODV路由協議進行了仿真。

關鍵詞：AODV路由協議；戰術通信；OPNET

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0028-02

1 引言

面對現代進攻武器的體系化、網絡化，傳統的防御裝備面臨著巨大挑戰，主要表現在：網絡化程度低，無法發揮武器系統協同作戰的優勢；陣地布置局限大，抗毀自愈能力弱。為了實現上述目的，需要構建一種能夠適應現代戰爭需求的新型通信網絡。Ad Hoc網絡具有移動、多跳和自組織等特點，能夠在各節點動態環境下實現可靠的通信。其中，動態分布式路由協議是Ad Hoc網絡應用研究的一個關鍵問題。

2 AODV路由協議概念和基本原理

1997年，Charles E.Perkins提出了按需驅動距離矢量路由協議（AODV）。隨著后續研究人員的不斷完善，AODV協議在2003年被IETF的MANET組公布為RFC標準。

在AODV路由協議中，網絡中的每個節點在需要進行通信時才發送路由分組，而不會周期性地交互路由信息以得到所有其它主機的路由，同時各節點路由表只維護本節點到其他節點的路由，而不需要掌握全網拓撲結構。

當一個源節點需要向某個節點發送數據而沒有到該點的路由信息或到該點的路由已無效時，源節點發起一個路由發現過程。它向它的鄰近節點廣播路由請求命令（RREQ），請求命令再被這些鄰近節點轉發給它們各自的鄰近節點，直到到達目的節點或一個擁有到達目的節點的足夠新路徑的中間節點。在轉發請求命令時，中間節點在它們的路由表中建立一條反向路徑。并通過其單播一個路由應答命令（RREP）給轉發給它請求命令的鄰近節點。當應答命令被傳遞到源節點后，從源節點到目的節點的路由則被建立起來。

路由表建立后，路由中的每個節點都需要對路由表進行管理，完成“路由保持”的任務。在維護路由表的過程中，當路由不再被使用時，節點會從路由表中刪除相應項。同時，當發現有鏈路斷開而無法實現通信的情況時，就發出路由錯誤消息（RERR）通知其他結點以修復路由。

3 改進AODV路由協議

標準AODV協議采用泛洪廣播的方式尋找路由，在戰術通信網絡中存在一定限制。一方面，這種全范圍性的泛洪，有可能導致廣播風暴；另一方面，會使得中間節點轉發很多原本不需要轉發的報文，不僅使得節點產生不必要的浪費，還會增加傳輸時延。

將標準AODV協議應用于戰術通信，勢必需要在保證到達率的基礎上對泛洪進行一些限制。

首先可以以地面裝備標準連接拓撲圖為基礎，將固定的路由路徑以靜態路由的方式預置在通信系統內部，供通信系統初始化時調用。這樣的話AODV協議只是在靜態路由失效不可達的情況下才會發起路由發現過程，不必在初始階段就發起。這個部分針對在大部分情況下以非機動方式作戰的武器而言，是十分有效的。

當武器裝備由于戰損原因拓撲發生改變，或者為適應某些特殊地形而采用特殊拓撲連接的情況下，則要按AODV協議的方式發起路由發現的過程。在此過程中，造成標準AODV協議中各節點廣播路由請求信息的關鍵在于各節點對于鄰居節點的信息不甚了解。如果當每一個節點都知道自己所有鄰居節點的連接情況，它就可以首先判斷一下自己的鄰居節點中是否存在目的節點，以及是否有必要對自己的鄰居節點轉發信息，在此基礎上再進行路由請求信息的轉發，必然會有效減少報文轉發數。

由上述思路可知，每個節點都需要建立和維護一張鄰居列表，表中包含了本節點所有的鄰居節點IP和這些鄰居節點的鄰居情況。同時，在原AODV協議HELLO消息的字段增加兩個信息，即本節點鄰居節點數以及鄰居節點列表。

改進的AODV路由協議利用HELLO消息來建立和更新各個節點的鄰居節點列表。網絡中各個節點之間通過相互分發自己的連接情況，使得每個節點都擁有其鄰居節點的連接情況。

4 仿真實驗與數據分析

4.1 仿真場景建立

在新建網絡模型中選中campus，在60km*60km的范圍內建立21個Ad Hoc移動節點的模型，網絡參數如表1所示。

在此網絡模型中建立兩個場景，并分別以AODV和AODV-NEW命名，兩個場景采用同樣的21節點網絡模型；其中名為AODV為原AODV路由協議，而名為AODV-NEW為改進的AODV路由協議。

4.2 實驗結果和分析

4.2.1 平均端到端時延

圖1給出了平均端到端時延分析的實驗結果。從圖中可以看出，在各種網絡拓撲變化情況下，改進的AODV協議都優于原AODV。

4.2.2 路由開銷

圖2給出了路由開銷分析的實驗結果。從圖中可以看出，在各種網絡拓撲變化情況下，改進的AODV協議都優于原AODV。

5 結語

本文以戰術通信為使用背景，設計了改進的AODV路由協議。新協議充分利用了鄰居節點的信息，減少了大量控制消息對網絡資源的消耗，使網絡性能得以改善。最后，通過仿真對比改進前后的路由協議效果，驗證了改進后的路由協議的有效性。

參考文獻

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[2]何海狼，馬龍等.多跳無線Ad Hoc網絡路由協議的模擬和性能比較[J].電子科技，2005 （3）：3-6.