移動(dòng)自組網(wǎng)AODV協(xié)議的優(yōu)化進(jìn)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(xié)議在路由鏈路修復(fù)、能量控制以及安全保障等方面的最新研究進(jìn)展，并指出了下一步研究方向。

關(guān)鍵詞：自組網(wǎng)；路由協(xié)議；AODV協(xié)議

引言

移動(dòng)自組網(wǎng)是由一組帶有無(wú)線收發(fā)裝置移動(dòng)終端組成的一個(gè)多跳臨時(shí)性自治系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生自然災(zāi)害、基礎(chǔ)通信設(shè)施遭到破壞等情況時(shí)，這種無(wú)中心分布式控制網(wǎng)絡(luò)就可提供臨時(shí)通信的便利。路由選擇協(xié)議是自組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。近幾年，提出了很多自組網(wǎng)路由選擇協(xié)議，大致可分為表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議和按需路由協(xié)議兩類。AODV協(xié)議是一種比較經(jīng)典的按需路由協(xié)議，它借鑒了DSR算法中路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)的思想，又從DSDV中吸取了序列號(hào)識(shí)別和周期性信號(hào)更新等策略，是自組網(wǎng)路由協(xié)議研究中的熱點(diǎn)。

一、AODV協(xié)議概述

AODV協(xié)議實(shí)質(zhì)上是DSR和DSDV的綜合，它借用了DSR中路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)的基礎(chǔ)程序，及DSDV的逐跳路由、順序編號(hào)和路由維護(hù)階段的周期更新機(jī)制，又以DSDV為基礎(chǔ)，結(jié)合DSR按需路由思想加以改進(jìn)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(xiàng)以后，在路由中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都要執(zhí)行路由維持、管理路由表的任務(wù)，在路由表中都需要保持一個(gè)相應(yīng)目的地址的路由表項(xiàng)。實(shí)現(xiàn)逐跳轉(zhuǎn)發(fā)。AODV有別于其他協(xié)議的最顯著特點(diǎn)是引入了組播路由協(xié)議擴(kuò)展，通過(guò)序列號(hào)的方式解決無(wú)限計(jì)數(shù)問(wèn)題，這樣可以避免發(fā)生環(huán)路，并容易用編程實(shí)現(xiàn)，但需要定期地發(fā)送HELLO報(bào)文，造成了一定的額外開銷。

二、AODV協(xié)議的優(yōu)化研究

AODV是少數(shù)幾個(gè)通過(guò)IETF組織批準(zhǔn)成為RFC文檔的移動(dòng)自組網(wǎng)路由協(xié)議之一，具有很多優(yōu)點(diǎn)，但也存在著路由表僅維護(hù)單一到達(dá)指定目的節(jié)點(diǎn)的路由，以及沒(méi)有提供足夠的安全保護(hù)措施等局限。為了進(jìn)一步優(yōu)化AODV協(xié)議，路由研發(fā)者做了大量研究工作。

(一)AODV協(xié)議路由維護(hù)研究

AODV協(xié)議中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由表中只保存到達(dá)各目的節(jié)點(diǎn)的一條路由，而節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性很容易導(dǎo)致鏈路斷裂從而造成路由失效。文獻(xiàn)[1]在AODV協(xié)議基礎(chǔ)上提出了多路徑AOMDV協(xié)議，該協(xié)議經(jīng)過(guò)一次路由發(fā)現(xiàn)可以在源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)間建立多條鏈路不相交或節(jié)點(diǎn)不相交路由，這樣一旦某條路由因?yàn)殒溌窋嗔讯?，就可采用另外一條路由繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)包的發(fā)送。AOMDV可有效處理由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)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(gòu)次數(shù)降低，網(wǎng)絡(luò)開銷也會(huì)相應(yīng)明顯減少。節(jié)點(diǎn)不相交路由比鏈路不相交路由具有更強(qiáng)的獨(dú)立性。能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)提供更好的負(fù)載均衡和容錯(cuò)能力。

文獻(xiàn)[2]對(duì)AOMDV路由數(shù)量在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的運(yùn)行效率進(jìn)行了多項(xiàng)性能的模擬測(cè)試和分析，得出保持三條不相交路由可獲得最優(yōu)性能。

文獻(xiàn)[3]在多路徑基礎(chǔ)上加入了負(fù)載平衡技術(shù)，將數(shù)據(jù)流均衡地分布到多條路由上，既可平衡鏈路負(fù)載，更能適應(yīng)路由變化，降低了單條鏈路上的擁塞可能，進(jìn)一步提高了協(xié)議的效率。

(二)AODV協(xié)議節(jié)能控制研究

由于無(wú)線節(jié)點(diǎn)只能依靠可攜帶的有限電源提供能量，因此如何提供節(jié)能策略也是移動(dòng)自組網(wǎng)路由協(xié)議必須考慮的問(wèn)題。

文獻(xiàn)[4]對(duì)當(dāng)前移動(dòng)自組網(wǎng)能量保護(hù)策略進(jìn)行了分析和綜述，從功率管理和功率控制兩個(gè)角度分析了各種策略的設(shè)計(jì)思路和特點(diǎn)，分析了關(guān)鍵的能量保護(hù)策略及其在各協(xié)議層的分布情況，并在分析了跨層設(shè)計(jì)在移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)中的需求后給出了包含若干創(chuàng)新思路的跨層協(xié)同能量保護(hù)構(gòu)架。

文獻(xiàn)[5]在AODV協(xié)議基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，改變路由代價(jià)函數(shù)，能動(dòng)地關(guān)閉無(wú)線接口，來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的。從仿真結(jié)果來(lái)看，改進(jìn)后的AODV在節(jié)能方面效果明顯，但是由于在每個(gè)數(shù)據(jù)包中增加了pt域，降低了網(wǎng)絡(luò)層以上的數(shù)據(jù)傳送能力，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳送時(shí)延增加，并由于將pt作為選路時(shí)依據(jù)，使丟包率有不同程度增加。

文獻(xiàn)[6]在AODV協(xié)議基礎(chǔ)上提出了ES-AODV協(xié)議，在綜合考慮節(jié)點(diǎn)自身剩余能量，并利用鏈路上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用反比例函數(shù)計(jì)算出與自身能量成反比的權(quán)值(能量越高，權(quán)值越小)。再以鏈路上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的權(quán)值和作為鏈路的代價(jià)，選擇其中代價(jià)最小的鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)而有效平衡網(wǎng)絡(luò)中的能量消耗，提高網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的平均生存時(shí)間。

(三)AODV協(xié)議路由安全研究

由于移動(dòng)自組網(wǎng)具有開放媒體、動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、缺少中心授權(quán)、分布式協(xié)作以及受限的網(wǎng)絡(luò)能力等眾多安全方面的弱點(diǎn)，很容易受到各種形式的惡意攻擊。AODV協(xié)議沒(méi)有添加任何安全保障機(jī)制，而將協(xié)議直接建立在網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)都是安全節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，因此路由安全是協(xié)議發(fā)展必將要考慮的問(wèn)題。

文獻(xiàn)[7]在AODV協(xié)議基礎(chǔ)上提出了SAODV協(xié)議，采用公鑰認(rèn)證和Hash鏈機(jī)制來(lái)增強(qiáng)AODV協(xié)議路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程的安全性，使得可能的攻擊節(jié)點(diǎn)無(wú)法聲稱一條并不存在的路由；同時(shí)，AODV在RREQ和RREP中還增加了與路由跳數(shù)相對(duì)應(yīng)的Hash鏈字段，用以校驗(yàn)分組中的跳數(shù)值是否正確。

文獻(xiàn)[8沖采用公鑰體制對(duì)敏感的路由信息進(jìn)行認(rèn)證和加密，只有產(chǎn)生路由請(qǐng)求信息RREQ的源節(jié)點(diǎn)才能驗(yàn)證這些敏感信息。在一次路徑搜索過(guò)程中，只需要產(chǎn)生RREP的節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行公鑰運(yùn)算，這樣就不會(huì)過(guò)多增加計(jì)算開銷，但是解密運(yùn)算由源端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，增加了源端節(jié)點(diǎn)的額外負(fù)載，并且加密報(bào)文由發(fā)起RREP的節(jié)點(diǎn)一直傳輸?shù)皆炊斯?jié)點(diǎn)，傳輸距離過(guò)長(zhǎng)，容易被偵聽(tīng)。

文獻(xiàn)[9]利用各個(gè)節(jié)點(diǎn)的簽名機(jī)制進(jìn)行安全防范，路徑上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都參與運(yùn)算，各個(gè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)算負(fù)載過(guò)大，極大地消耗了各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量，從而導(dǎo)致協(xié)議的效率下降。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文從鏈路修復(fù)、能量控制以及安全保障等方面對(duì)目前AODV協(xié)議的研究進(jìn)行了總結(jié)和分析，可以看到，雖然AODV協(xié)議在其發(fā)展過(guò)程中進(jìn)行了一系列卓有成效的改進(jìn)，但是都只能從某一方面改善AODV協(xié)議性能，如何合理有效地選取中介方案，實(shí)現(xiàn)AODV協(xié)議各方面均衡優(yōu)化，是當(dāng)前研究的一個(gè)難點(diǎn)。相信隨著AODV協(xié)議不斷改進(jìn)和完善，必能在未來(lái)移動(dòng)自組網(wǎng)的應(yīng)用中發(fā)揮更加重要作用。

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