陸彩霞

摘要：Ad Hoc網(wǎng)絡是一個自治系統(tǒng)，有臨時多跳的特點，目前應用廣泛，是當前研究熱點之一。因為Ad Hoc網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)變化頻繁，本文對AODV路由協(xié)議進行了改進，研究出R_EAODV路由協(xié)議。

關鍵詞：Ad Hoc網(wǎng)絡；AODV路由協(xié)議；按需距離矢量路由

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）20-0031-02

Study on the Improvement of Ad Hoc Network Routing Protocol AODV Efficient

LU Cai-xia

（Huai'an College of Information Technology， Huaian 223003， China）

Abstract： Ad Hoc network is a multi hop temporary autonomous system， has the characteristics of wide application， at present， is one of the hottest research topics. Because the Ad Hoc network topology changes frequently， this paper presents an improved AODV routing protocol， R_EAODV routing protocol research.

Key words： Ad Hoc network； AODV routing protocol； on-demand distance vector routing

目前，Ad Hoc網(wǎng)絡路由協(xié)議得到了廣泛研究，因Ad Hoc的臨時多跳，常用的按需路由協(xié)議已無法適應網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)頻繁變化的特性。所以，Ad Hoc路由協(xié)議應當起到及時維護與路徑重建的作用。再有，路由協(xié)議應當以Ad Hoc網(wǎng)絡帶寬要求及高誤碼特性為依據(jù)，因此設計出適合Ad Hoc網(wǎng)絡的路由協(xié)議十分必要。

1 AODV路由協(xié)議

AODV路由協(xié)議由路由發(fā)現(xiàn)及路由維護兩種機制組成，利用DSDV計算和DSR計算，采取序列號機制，對網(wǎng)絡中環(huán)路進行查看。運用洪泛法向鄰節(jié)點傳送RREQ路由進行分組請求。AODV路由協(xié)議被MANET工作組看作第一個RFC標準的路由協(xié)議。

1.1 AODV路由發(fā)現(xiàn)

在實際通信過程中，AODV對路由表中路由進行查看，如果有沒過期且能到的目標節(jié)點的路由就直接轉(zhuǎn)發(fā)，否則就開始路由發(fā)現(xiàn)過程。AODV路由協(xié)議通過中間節(jié)點創(chuàng)建和維護路由表，源節(jié)點向鄰節(jié)點廣播RREQ，鄰節(jié)點接收后查看接收記錄，若有過接受記錄則丟棄，若沒有則查看是否目標節(jié)點，是的話跳數(shù)加1并繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)。鄰節(jié)點對給節(jié)點發(fā)送多個RREQ副本，節(jié)點分析RREQ后找出所需的節(jié)點信息。目標節(jié)點受到來自源點的消息后，就會進行應答，創(chuàng)建一條路徑。

1.2 AODV路由維護

AODV路由協(xié)議以向鄰節(jié)點廣播傳送HELLO消息的方式維護鏈路。具體流程為：節(jié)點定期向鄰節(jié)點發(fā)送HELLO消息，超時重傳寄存器會設定一定時間，在這個時間內(nèi)若未收到消息則判斷此鏈路已斷開。修復鏈路后，先給中斷節(jié)點發(fā)送一個RREQ，如果不可到達的節(jié)點受到了RREQ，則會進行應答，發(fā)送RREP，不可達中間節(jié)點進行路由重建。若未收到RREQ，就認為鏈路沒有修好，節(jié)點向全部鄰節(jié)點發(fā)送RERR消息，是通過RERR由中斷節(jié)點IP及鄰居節(jié)點IP進行廣播，以此通知其他節(jié)點鏈路斷開。

2 AODV路由協(xié)議改進

AODV利用洪泛廣播RREQ分組形式尋找路由。但是如果Ad Hoc網(wǎng)絡中所有有傳送任務的節(jié)點都以這種方式尋找目標節(jié)點，就會導致網(wǎng)絡堵塞及分組遺失等結(jié)果，使網(wǎng)絡性能受到嚴重影響。為了改善網(wǎng)絡性能，本文對AODV進行改進，提出R_EAODV。

R_EAODV的改進方案是以對各節(jié)點剩余能量進行查看的途徑來修復了鏈路。如果節(jié)點剩余能量小到一定程度，不需要報告源節(jié)點，再重選路由，而是直接在該節(jié)點修復鏈路，從而能夠在鏈路中斷后快速發(fā)現(xiàn)可以傳輸數(shù)據(jù)的路由，不僅節(jié)約時間，還節(jié)省了重新找路由的開銷，因此R_EAODV適用于較高移動性的網(wǎng)絡。

根據(jù)上述方案，R_EAODV具體如下?；谀芰肯哪Ｐ?，如果節(jié)點不在數(shù)據(jù)傳輸過程中，就不消耗能量。在該模型中，假設節(jié)點在信息傳輸中能量消耗為Eelec，且與傳輸距離d的平方成正比。

ETx（k，d）=（Eelec+Eamp×d2）×k （1）

ERx （ k ）=Eelec×k （2）

式中，k為發(fā)送的比特數(shù)，ETx為節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的能量消耗，ERx為節(jié)點接收數(shù)據(jù)的能量消耗。

另外，節(jié)點能量消耗與接收轉(zhuǎn)發(fā)的分組數(shù)量成正比，通過上述公式可以計算出節(jié)點發(fā)送k位元需要的能量：

ETotal（l，k，d）=Eelec×l+（Eelec+Eamp×d2）×k （3）

R_EAODV在原來的RREQ路由請求分組中擴展了兩個字段，把節(jié)點剩余能量分成兩個級別：節(jié)點剩余能量值大于20%為Normal級別，節(jié)點剩余能量小于10%為Danger級別。

2.1 R_EAODV路由發(fā)現(xiàn)算法

在通信過程中，R_EAODV要先查看路由表，查詢下一節(jié)點是否目標節(jié)點以及是否過期。若不是就啟動路由發(fā)現(xiàn)。在源節(jié)點進行路由發(fā)現(xiàn)，節(jié)點收到RREQ時，首先查看自身是否目標節(jié)點，如果是就不管節(jié)點處于哪個能量等級，必須返回RREP，正常工作；如果節(jié)點是中間節(jié)點，先用能量模型斷定節(jié)點能量狀態(tài)，若為Normal，則依據(jù)AODV協(xié)議進行轉(zhuǎn)發(fā)；若為Danger，則拒絕服務，并且將此節(jié)點作為鏈路中斷節(jié)點要求進行修復。

2.2 R_EAODV路由修復算法

AODV協(xié)議的節(jié)點檢測網(wǎng)絡連通性是依靠廣播發(fā)送HELLO消息進行。若發(fā)現(xiàn)鏈路中斷，則給上游發(fā)送RERR，向源節(jié)點報告鏈路中斷，開始路由發(fā)現(xiàn)程序。以增加能量值Es的方式擴充路由表。將Es分成兩個階段：節(jié)點剩余能量值大于20%為Normal級別，節(jié)點剩余能量小于10%為Danger級別。節(jié)點剩余能量處于Danger值，將Es設為2，標為紅色。節(jié)點剩余能量處于Normal與Danger之間，Es設為1，標為黃色。節(jié)點剩余能量充足，Es設為0，標為綠色。R_EAODV算法描述：1）當發(fā)現(xiàn)鏈路中斷或即將中斷的節(jié)點時，在NAT中找出能夠代替的鄰節(jié)點。2）當找到多個代替節(jié)點時，選其中時間戳最高的節(jié)點。若時間戳相同，選的節(jié)點應是剩余能量較高的。3）選好代替節(jié)點后，中斷節(jié)點數(shù)據(jù)包會將路由信息轉(zhuǎn)移到代替節(jié)點，使路由恢復。

3 仿真與分析

利用Windows XP系統(tǒng)在NS2.34仿真環(huán)境下，對R_EAODV進行測試，用以評價協(xié)議改進后的性能。

3.1 分組傳送效率

端到端分組傳送率的值為成功接收的分組數(shù)和傳輸?shù)目偡纸M數(shù)的比。當移動速率增大時，鏈路出現(xiàn)中斷的可能性提高，數(shù)據(jù)交付成功的概率降低。R_EAODV找出剩余能量最高的節(jié)點為代替節(jié)點，修復鏈路，提高了修復效率。如圖1。

圖1

3.2 端到端時延

節(jié)點移動速度越大，端到端時延就會越大，但改進的R_EAODV協(xié)議端到端時延小于AODV。這是由于路由協(xié)議改進后剩余能量值增加，查看鏈路有沒有中斷只需依據(jù)節(jié)點的狀態(tài)，避免了因修復增加的時延。如圖2。

圖2

3.3 路由開銷

路由開銷指的是網(wǎng)絡的擁堵情況和節(jié)點的能量狀態(tài)。它的值為傳輸?shù)目偡纸M數(shù)比上接受的分組數(shù)的值。移動速度越大，R_EAODV路由開銷越小。這是由于R_EAODV發(fā)送路由請求RREQ控制包比AODV小，使主路由能夠在失效的狀態(tài)下，馬上利用路由修復，路由效率得到有效提高，鏈路修復的次數(shù)也降低，使網(wǎng)絡的路由開銷大大減少。如圖3。

圖3

4 總結(jié)

Ad Hoc網(wǎng)絡應用較廣泛，是目前的熱門研究內(nèi)容。本文對Ad Hoc網(wǎng)絡的AODV路由協(xié)議在網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)變化的情況下具有的性能上的不足進行了改進，提出了R_EAODV。R_EAODV路由協(xié)議利用查詢剩余能量值的方法實現(xiàn)修復過程，避免頻繁路由重建。仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)R_EAODV改善了分組傳送有效率、平均端到端時延以及路由開銷等各種性能，尤其是可以在節(jié)點能量缺乏時進行鏈路修復，從而發(fā)現(xiàn)新路由，在拓撲結(jié)構(gòu)變化較快的網(wǎng)絡環(huán)境中非常適用。

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