移动自组网AODV协议的优化进展研究

聂炜玮 吕光宏 蒋成林 朱洁净

摘要：文章综述了AODV路由协议在路由链路修复、能量控制以及安全保障等方面的最新研究进展，并指出了下一步研究方向。

关键词：自组网；路由协议；AODV协议

引言

移动自组网是由一组带有无线收发装置移动终端组成的一个多跳临时性自治系统。当发生自然灾害、基础通信设施遭到破坏等情况时，这种无中心分布式控制网络就可提供临时通信的便利。路由选择协议是自组网的关键技术之一。近几年，提出了很多自组网路由选择协议，大致可分为表驱动路由协议和按需路由协议两类。AODV协议是一种比较经典的按需路由协议，它借鉴了DSR算法中路由发现和路由维护的思想，又从DSDV中吸取了序列号识别和周期性信号更新等策略，是自组网路由协议研究中的热点。

一、AODV协议概述

AODV协议实质上是DSR和DSDV的综合，它借用了DSR中路由发现和路由维护的基础程序，及DSDV的逐跳路由、顺序编号和路由维护阶段的周期更新机制，又以DSDV为基础，结合DSR按需路由思想加以改进而成。AODV使用了分布式的、基于路由表的路由方式。所以建立路由表项以后，在路由中的每个节点都要执行路由维持、管理路由表的任务，在路由表中都需要保持一个相应目的地址的路由表项。实现逐跳转发。AODV有别于其他协议的最显著特点是引入了组播路由协议扩展，通过序列号的方式解决无限计数问题，这样可以避免发生环路，并容易用编程实现，但需要定期地发送HELLO报文，造成了一定的额外开销。

二、AODV协议的优化研究

AODV是少数几个通过IETF组织批准成为RFC文档的移动自组网路由协议之一，具有很多优点，但也存在着路由表仅维护单一到达指定目的节点的路由，以及没有提供足够的安全保护措施等局限。为了进一步优化AODV协议，路由研发者做了大量研究工作。

(一)AODV协议路由维护研究

AODV协议中每个节点的路由表中只保存到达各目的节点的一条路由，而节点的移动性很容易导致链路断裂从而造成路由失效。文献[1]在AODV协议基础上提出了多路径AOMDV协议，该协议经过一次路由发现可以在源节点与目的节点间建立多条链路不相交或节点不相交路由，这样一旦某条路由因为链路断裂而失效，就可采用另外一条路由继续进行数据包的发送。AOMDV可有效处理由于节点的移动性而造成的路由失败，显著降低分组的丢失率及平均端端延迟。由于路由重构次数降低，网络开销也会相应明显减少。节点不相交路由比链路不相交路由具有更强的独立性。能够为网络提供更好的负载均衡和容错能力。

文献[2]对AOMDV路由数量在不同网络环境下的运行效率进行了多项性能的模拟测试和分析，得出保持三条不相交路由可获得最优性能。

文献[3]在多路径基础上加入了负载平衡技术，将数据流均衡地分布到多条路由上，既可平衡链路负载，更能适应路由变化，降低了单条链路上的拥塞可能，进一步提高了协议的效率。

(二)AODV协议节能控制研究

由于无线节点只能依靠可携带的有限电源提供能量，因此如何提供节能策略也是移动自组网路由协议必须考虑的问题。

文献[4]对当前移动自组网能量保护策略进行了分析和综述，从功率管理和功率控制两个角度分析了各种策略的设计思路和特点，分析了关键的能量保护策略及其在各协议层的分布情况，并在分析了跨层设计在移动自组织网络中的需求后给出了包含若干创新思路的跨层协同能量保护构架。

文献[5]在AODV协议基础上，通过调整节点的发射功率，改变路由代价函数，能动地关闭无线接口，来达到节能的目的。从仿真结果来看，改进后的AODV在节能方面效果明显，但是由于在每个数据包中增加了pt域，降低了网络层以上的数据传送能力，导致数据传送时延增加，并由于将pt作为选路时依据，使丢包率有不同程度增加。

文献[6]在AODV协议基础上提出了ES-AODV协议，在综合考虑节点自身剩余能量，并利用链路上的每个节点使用反比例函数计算出与自身能量成反比的权值(能量越高，权值越小)。再以链路上各个节点的权值和作为链路的代价，选择其中代价最小的链路进行数据传输，进而有效平衡网络中的能量消耗，提高网络中节点的平均生存时间。

(三)AODV协议路由安全研究

由于移动自组网具有开放媒体、动态拓扑结构、缺少中心授权、分布式协作以及受限的网络能力等众多安全方面的弱点，很容易受到各种形式的恶意攻击。AODV协议没有添加任何安全保障机制，而将协议直接建立在网络中各节点都是安全节点的基础之上，因此路由安全是协议发展必将要考虑的问题。

文献[7]在AODV协议基础上提出了SAODV协议，采用公钥认证和Hash链机制来增强AODV协议路由发现过程的安全性，使得可能的攻击节点无法声称一条并不存在的路由；同时，AODV在RREQ和RREP中还增加了与路由跳数相对应的Hash链字段，用以校验分组中的跳数值是否正确。

文献[8冲采用公钥体制对敏感的路由信息进行认证和加密，只有产生路由请求信息RREQ的源节点才能验证这些敏感信息。在一次路径搜索过程中，只需要产生RREP的节点和源节点进行公钥运算，这样就不会过多增加计算开销，但是解密运算由源端节点进行，增加了源端节点的额外负载，并且加密报文由发起RREP的节点一直传输到源端节点，传输距离过长，容易被侦听。

文献[9]利用各个节点的签名机制进行安全防范，路径上的每个节点都参与运算，各个节点运算负载过大，极大地消耗了各个节点的能量，从而导致协议的效率下降。

三、结束语

本文从链路修复、能量控制以及安全保障等方面对目前AODV协议的研究进行了总结和分析，可以看到，虽然AODV协议在其发展过程中进行了一系列卓有成效的改进，但是都只能从某一方面改善AODV协议性能，如何合理有效地选取中介方案，实现AODV协议各方面均衡优化，是当前研究的一个难点。相信随着AODV协议不断改进和完善，必能在未来移动自组网的应用中发挥更加重要作用。

参考文献

[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]许力 张继东，郑宝玉，等移动自组网能量保护策略研究进展[J]通信学报，2004，25(9)：93—1D3，

[5]袁明，张连芳，舒炎泰，Ad hoc网络路由协议能量消耗分析[J].计算机工程与应用，2003(15)：146-149

[6]陈稼婴，杨震Ad hoc网络中基于节能的AODV路由算法改进[J]，南京邮电学院学报，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]杜欣军，葛建华，王莹一种增强AODV路由协议安全性的方案[J]西安电子科技大学学报(自然科学版)，2002,29(6)：819-821，

[9]谢冬莉，周晓峰对AODV路由协议的三种攻击方法及相应的解决方案[J].计算机与现代化，2004(12)：101-107