AODV路由協(xié)議在戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)計(jì)改進(jìn)

高雅++鄭晟

摘要：本文以戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)為應(yīng)用背景，對(duì)AODV路由協(xié)議的原理、特點(diǎn)以及存在的不足進(jìn)行了分析，針對(duì)該協(xié)議存在的一些不足，提出了改進(jìn)方法。改進(jìn)后的AODV路由協(xié)議著重解決了原協(xié)議在路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程中對(duì)帶寬的浪費(fèi)問(wèn)題，限制其洪泛的范圍。應(yīng)用OPNET仿真軟件對(duì)改進(jìn)的路由協(xié)議和傳統(tǒng)的AODV路由協(xié)議進(jìn)行了仿真。

關(guān)鍵詞：AODV路由協(xié)議；戰(zhàn)術(shù)通信；OPNET

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）03-0028-02

1 引言

面對(duì)現(xiàn)代進(jìn)攻武器的體系化、網(wǎng)絡(luò)化，傳統(tǒng)的防御裝備面臨著巨大挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在：網(wǎng)絡(luò)化程度低，無(wú)法發(fā)揮武器系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)的優(yōu)勢(shì)；陣地布置局限大，抗毀自愈能力弱。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，需要構(gòu)建一種能夠適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)需求的新型通信網(wǎng)絡(luò)。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具有移動(dòng)、多跳和自組織等特點(diǎn)，能夠在各節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)可靠的通信。其中，動(dòng)態(tài)分布式路由協(xié)議是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

2 AODV路由協(xié)議概念和基本原理

1997年，Charles E.Perkins提出了按需驅(qū)動(dòng)距離矢量路由協(xié)議（AODV）。隨著后續(xù)研究人員的不斷完善，AODV協(xié)議在2003年被IETF的MANET組公布為RFC標(biāo)準(zhǔn)。

在AODV路由協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)在需要進(jìn)行通信時(shí)才發(fā)送路由分組，而不會(huì)周期性地交互路由信息以得到所有其它主機(jī)的路由，同時(shí)各節(jié)點(diǎn)路由表只維護(hù)本節(jié)點(diǎn)到其他節(jié)點(diǎn)的路由，而不需要掌握全網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

當(dāng)一個(gè)源節(jié)點(diǎn)需要向某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)而沒(méi)有到該點(diǎn)的路由信息或到該點(diǎn)的路由已無(wú)效時(shí)，源節(jié)點(diǎn)發(fā)起一個(gè)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程。它向它的鄰近節(jié)點(diǎn)廣播路由請(qǐng)求命令（RREQ），請(qǐng)求命令再被這些鄰近節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)給它們各自的鄰近節(jié)點(diǎn)，直到到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)或一個(gè)擁有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的足夠新路徑的中間節(jié)點(diǎn)。在轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求命令時(shí)，中間節(jié)點(diǎn)在它們的路由表中建立一條反向路徑。并通過(guò)其單播一個(gè)路由應(yīng)答命令（RREP）給轉(zhuǎn)發(fā)給它請(qǐng)求命令的鄰近節(jié)點(diǎn)。當(dāng)應(yīng)答命令被傳遞到源節(jié)點(diǎn)后，從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路由則被建立起來(lái)。

路由表建立后，路由中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要對(duì)路由表進(jìn)行管理，完成“路由保持”的任務(wù)。在維護(hù)路由表的過(guò)程中，當(dāng)路由不再被使用時(shí)，節(jié)點(diǎn)會(huì)從路由表中刪除相應(yīng)項(xiàng)。同時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有鏈路斷開(kāi)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)通信的情況時(shí)，就發(fā)出路由錯(cuò)誤消息（RERR）通知其他結(jié)點(diǎn)以修復(fù)路由。

3 改進(jìn)AODV路由協(xié)議

標(biāo)準(zhǔn)AODV協(xié)議采用泛洪廣播的方式尋找路由，在戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)中存在一定限制。一方面，這種全范圍性的泛洪，有可能導(dǎo)致廣播風(fēng)暴；另一方面，會(huì)使得中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)很多原本不需要轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文，不僅使得節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)，還會(huì)增加傳輸時(shí)延。

將標(biāo)準(zhǔn)AODV協(xié)議應(yīng)用于戰(zhàn)術(shù)通信，勢(shì)必需要在保證到達(dá)率的基礎(chǔ)上對(duì)泛洪進(jìn)行一些限制。

首先可以以地面裝備標(biāo)準(zhǔn)連接拓?fù)鋱D為基礎(chǔ)，將固定的路由路徑以靜態(tài)路由的方式預(yù)置在通信系統(tǒng)內(nèi)部，供通信系統(tǒng)初始化時(shí)調(diào)用。這樣的話AODV協(xié)議只是在靜態(tài)路由失效不可達(dá)的情況下才會(huì)發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程，不必在初始階段就發(fā)起。這個(gè)部分針對(duì)在大部分情況下以非機(jī)動(dòng)方式作戰(zhàn)的武器而言，是十分有效的。

當(dāng)武器裝備由于戰(zhàn)損原因拓?fù)浒l(fā)生改變，或者為適應(yīng)某些特殊地形而采用特殊拓?fù)溥B接的情況下，則要按AODV協(xié)議的方式發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)的過(guò)程。在此過(guò)程中，造成標(biāo)準(zhǔn)AODV協(xié)議中各節(jié)點(diǎn)廣播路由請(qǐng)求信息的關(guān)鍵在于各節(jié)點(diǎn)對(duì)于鄰居節(jié)點(diǎn)的信息不甚了解。如果當(dāng)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都知道自己所有鄰居節(jié)點(diǎn)的連接情況，它就可以首先判斷一下自己的鄰居節(jié)點(diǎn)中是否存在目的節(jié)點(diǎn)，以及是否有必要對(duì)自己的鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行路由請(qǐng)求信息的轉(zhuǎn)發(fā)，必然會(huì)有效減少報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)。

由上述思路可知，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要建立和維護(hù)一張鄰居列表，表中包含了本節(jié)點(diǎn)所有的鄰居節(jié)點(diǎn)IP和這些鄰居節(jié)點(diǎn)的鄰居情況。同時(shí)，在原AODV協(xié)議HELLO消息的字段增加兩個(gè)信息，即本節(jié)點(diǎn)鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)以及鄰居節(jié)點(diǎn)列表。

改進(jìn)的AODV路由協(xié)議利用HELLO消息來(lái)建立和更新各個(gè)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)列表。網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)相互分發(fā)自己的連接情況，使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有其鄰居節(jié)點(diǎn)的連接情況。

4 仿真實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析

4.1 仿真場(chǎng)景建立

在新建網(wǎng)絡(luò)模型中選中campus，在60km*60km的范圍內(nèi)建立21個(gè)Ad Hoc移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的模型，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)如表1所示。

在此網(wǎng)絡(luò)模型中建立兩個(gè)場(chǎng)景，并分別以AODV和AODV-NEW命名，兩個(gè)場(chǎng)景采用同樣的21節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)模型；其中名為AODV為原AODV路由協(xié)議，而名為AODV-NEW為改進(jìn)的AODV路由協(xié)議。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

4.2.1 平均端到端時(shí)延

圖1給出了平均端到端時(shí)延分析的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖中可以看出，在各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓闆r下，改進(jìn)的AODV協(xié)議都優(yōu)于原AODV。

4.2.2 路由開(kāi)銷

圖2給出了路由開(kāi)銷分析的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖中可以看出，在各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓闆r下，改進(jìn)的AODV協(xié)議都優(yōu)于原AODV。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以戰(zhàn)術(shù)通信為使用背景，設(shè)計(jì)了改進(jìn)的AODV路由協(xié)議。新協(xié)議充分利用了鄰居節(jié)點(diǎn)的信息，減少了大量控制消息對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的消耗，使網(wǎng)絡(luò)性能得以改善。最后，通過(guò)仿真對(duì)比改進(jìn)前后的路由協(xié)議效果，驗(yàn)證了改進(jìn)后的路由協(xié)議的有效性。

參考文獻(xiàn)

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