AODV路由协议在战术通信网络中的设计改进

高雅++郑晟

摘要：本文以战术通信网络为应用背景，对AODV路由协议的原理、特点以及存在的不足进行了分析，针对该协议存在的一些不足，提出了改进方法。改进后的AODV路由协议着重解决了原协议在路由发现过程中对带宽的浪费问题，限制其洪泛的范围。应用OPNET仿真软件对改进的路由协议和传统的AODV路由协议进行了仿真。

关键词：AODV路由协议；战术通信；OPNET

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）03-0028-02

1 引言

面对现代进攻武器的体系化、网络化，传统的防御装备面临着巨大挑战，主要表现在：网络化程度低，无法发挥武器系统协同作战的优势；阵地布置局限大，抗毁自愈能力弱。为了实现上述目的，需要构建一种能够适应现代战争需求的新型通信网络。Ad Hoc网络具有移动、多跳和自组织等特点，能够在各节点动态环境下实现可靠的通信。其中，动态分布式路由协议是Ad Hoc网络应用研究的一个关键问题。

2 AODV路由协议概念和基本原理

1997年，Charles E.Perkins提出了按需驱动距离矢量路由协议（AODV）。随着后续研究人员的不断完善，AODV协议在2003年被IETF的MANET组公布为RFC标准。

在AODV路由协议中，网络中的每个节点在需要进行通信时才发送路由分组，而不会周期性地交互路由信息以得到所有其它主机的路由，同时各节点路由表只维护本节点到其他节点的路由，而不需要掌握全网拓扑结构。

当一个源节点需要向某个节点发送数据而没有到该点的路由信息或到该点的路由已无效时，源节点发起一个路由发现过程。它向它的邻近节点广播路由请求命令（RREQ），请求命令再被这些邻近节点转发给它们各自的邻近节点，直到到达目的节点或一个拥有到达目的节点的足够新路径的中间节点。在转发请求命令时，中间节点在它们的路由表中建立一条反向路径。并通过其单播一个路由应答命令（RREP）给转发给它请求命令的邻近节点。当应答命令被传递到源节点后，从源节点到目的节点的路由则被建立起来。

路由表建立后，路由中的每个节点都需要对路由表进行管理，完成“路由保持”的任务。在维护路由表的过程中，当路由不再被使用时，节点会从路由表中删除相应项。同时，当发现有链路断开而无法实现通信的情况时，就发出路由错误消息（RERR）通知其他结点以修复路由。

3 改进AODV路由协议

标准AODV协议采用泛洪广播的方式寻找路由，在战术通信网络中存在一定限制。一方面，这种全范围性的泛洪，有可能导致广播风暴；另一方面，会使得中间节点转发很多原本不需要转发的报文，不仅使得节点产生不必要的浪费，还会增加传输时延。

将标准AODV协议应用于战术通信，势必需要在保证到达率的基础上对泛洪进行一些限制。

首先可以以地面装备标准连接拓扑图为基础，将固定的路由路径以静态路由的方式预置在通信系统内部，供通信系统初始化时调用。这样的话AODV协议只是在静态路由失效不可达的情况下才会发起路由发现过程，不必在初始阶段就发起。这个部分针对在大部分情况下以非机动方式作战的武器而言，是十分有效的。

当武器装备由于战损原因拓扑发生改变，或者为适应某些特殊地形而采用特殊拓扑连接的情况下，则要按AODV协议的方式发起路由发现的过程。在此过程中，造成标准AODV协议中各节点广播路由请求信息的关键在于各节点对于邻居节点的信息不甚了解。如果当每一个节点都知道自己所有邻居节点的连接情况，它就可以首先判断一下自己的邻居节点中是否存在目的节点，以及是否有必要对自己的邻居节点转发信息，在此基础上再进行路由请求信息的转发，必然会有效减少报文转发数。

由上述思路可知，每个节点都需要建立和维护一张邻居列表，表中包含了本节点所有的邻居节点IP和这些邻居节点的邻居情况。同时，在原AODV协议HELLO消息的字段增加两个信息，即本节点邻居节点数以及邻居节点列表。

改进的AODV路由协议利用HELLO消息来建立和更新各个节点的邻居节点列表。网络中各个节点之间通过相互分发自己的连接情况，使得每个节点都拥有其邻居节点的连接情况。

4 仿真实验与数据分析

4.1 仿真场景建立

在新建网络模型中选中campus，在60km*60km的范围内建立21个Ad Hoc移动节点的模型，网络参数如表1所示。

在此网络模型中建立两个场景，并分别以AODV和AODV-NEW命名，两个场景采用同样的21节点网络模型；其中名为AODV为原AODV路由协议，而名为AODV-NEW为改进的AODV路由协议。

4.2 实验结果和分析

4.2.1 平均端到端时延

图1给出了平均端到端时延分析的实验结果。从图中可以看出，在各种网络拓扑变化情况下，改进的AODV协议都优于原AODV。

4.2.2 路由開销

图2给出了路由开销分析的实验结果。从图中可以看出，在各种网络拓扑变化情况下，改进的AODV协议都优于原AODV。

5 结语

本文以战术通信为使用背景，设计了改进的AODV路由协议。新协议充分利用了邻居节点的信息，减少了大量控制消息对网络资源的消耗，使网络性能得以改善。最后，通过仿真对比改进前后的路由协议效果，验证了改进后的路由协议的有效性。

参考文献

[1]郑少仁，王海涛，赵志峰等.Ad Hoc网络技术.人民邮电出版社，2005.01第1版.

[2]何海狼，马龙等.多跳无线Ad Hoc网络路由协议的模拟和性能比较[J].电子科技，2005 （3）：3-6.