IMAODV路由協(xié)議在高速移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò )中的應用

傳統的AODV（Ad-hoc On-demand Distance Vector）路由協(xié)議只以路由跳數為度量，沒(méi)有考慮到鏈路穩定情況，因此，無(wú)法更好地適應節點(diǎn)高速移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境。

為此，提出了一種改進(jìn)的AODV路由協(xié)議，即IMAODV（Improved AODV）路由協(xié)議。該協(xié)議主要從路由度量值、HELLO消息的發(fā)送頻率、鄰居節點(diǎn)的監聽(tīng)方式等幾個(gè)方面對AODV進(jìn)行改進(jìn)，使之在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中具有較好的擴展性和魯棒性。仿真結果表明，IMAODV協(xié)議能夠較好地適應高速移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，并在一定程度上降低網(wǎng)絡(luò )時(shí)延和增加網(wǎng)絡(luò )吞吐量。

移動(dòng)自組網(wǎng)（MANET）是由一系列移動(dòng)終端組成的無(wú)固定基礎設施的多跳自組織網(wǎng)絡(luò )系統[1]，其拓撲結構因為節點(diǎn)電量不足或是移動(dòng)而變化，所以MANET的路由協(xié)議與傳統網(wǎng)絡(luò )的路由協(xié)議有著(zhù)很大的區別。
　目前,移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中較成熟、較典型的路由協(xié)議有DSDV、DSR、AODV、ZRP等[2]。其中，AODV路由協(xié)議[3]是一種經(jīng)典的按需路由協(xié)議，它在一定程度上比其他協(xié)議有較小的路由開(kāi)銷(xiāo)和更好的擴展性能，但是這種路由協(xié)議在網(wǎng)絡(luò )拓撲頻繁變化的情況下,路由斷鏈的幾率很大，其網(wǎng)絡(luò )性能下降很快，無(wú)法保證較高要求的服務(wù)質(zhì)量。
　針對高速移動(dòng)自組網(wǎng)的特性，本文提出一種基于A(yíng)ODV的改進(jìn)路由協(xié)議，即IMAODV，它在路由度量值、斷鏈修復策略以及HELLO消息機制上做了修改，使之能有效地降低網(wǎng)絡(luò )延遲，提高網(wǎng)絡(luò )的吞吐量。通過(guò)NS2仿真可以看到，本文提出的IMAODV路由協(xié)議與傳統的AODV路由協(xié)議相比具有一定的優(yōu)勢：它既能降低中高速移動(dòng)自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )延時(shí)，又能在一定程度上提高網(wǎng)絡(luò )吞吐量；同時(shí)，IMAODV路由協(xié)議能夠較好地適應無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，有效提高網(wǎng)絡(luò )性能。
1 IMAODV路由算法
1.1 AODV
　傳統自組網(wǎng)路由協(xié)議可分為主動(dòng)路由協(xié)議和按需路由協(xié)議[4]，由于移動(dòng)自組網(wǎng)存在著(zhù)動(dòng)態(tài)多變特性，主動(dòng)路由協(xié)議應用在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中有著(zhù)明顯的缺陷，所以實(shí)際中經(jīng)常使用的都是按需路由協(xié)議[5]。
AODV是Ad-hoc網(wǎng)絡(luò )的經(jīng)典路由協(xié)議，它是由路由發(fā)現和路由維護組成。路由發(fā)現過(guò)程如圖1所示。而在路由維護中,節點(diǎn)通過(guò)周期性地發(fā)送HELLO包維持與鄰居節點(diǎn)的連接，若一段時(shí)間后還未收到鄰居節點(diǎn)的HELLO包，則開(kāi)始鏈路修復過(guò)程。若本節點(diǎn)離目的節點(diǎn)較近，則進(jìn)行本地修復，發(fā)送RREQ進(jìn)行路由重建，當中間節點(diǎn)有到不可達節點(diǎn)的有效路由或者不可達節點(diǎn)收到此RREQ后就發(fā)送一個(gè)路由回復RREP給源節點(diǎn)，這樣路由就得到了重建。若鏈路修復失敗，則節點(diǎn)向所有的鄰居節點(diǎn)廣播RERR包，RERR包中的不可達節點(diǎn)列表不僅包括了鏈路斷開(kāi)的鄰居節點(diǎn)，還包括了以此鄰居節點(diǎn)作為下一跳的所有目的節點(diǎn)。通過(guò)RERR的廣播，其他節點(diǎn)便知道鏈路斷開(kāi)了，當此包傳到源節點(diǎn)時(shí)，將進(jìn)行新一輪的路由發(fā)現。

1.2 IMAODV路由算法
　AODV雖然也能適應動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò )，但是它的機制并不靈活,不能根據網(wǎng)絡(luò )環(huán)境動(dòng)態(tài)調節發(fā)送頻率，再者路由度量值僅僅考慮了跳數信息，且路由單一，所以不能滿(mǎn)足移動(dòng)環(huán)境較為復雜或移動(dòng)速度較高的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境。為了更好地滿(mǎn)足移動(dòng)自組網(wǎng)的服務(wù)要求，本文將針對高速移動(dòng)環(huán)境提出的IMAODV，在A(yíng)ODV協(xié)議的基礎上做出以下改進(jìn)，以改善網(wǎng)絡(luò )的吞吐量和平均端到端延遲。
1.2.1節點(diǎn)度量值的選取
以跳數為度量的AODV,容易造成大量數據通過(guò)少量節點(diǎn)傳輸引起網(wǎng)絡(luò )的阻塞，而導致分組延時(shí)過(guò)大，吞吐量下降[6]。為了緩解這種情況，本文在路由度量值的選取中將考慮以下因素：
節點(diǎn)移動(dòng)速度：節點(diǎn)的移動(dòng)速度越大，鏈路越不穩定，所以在選擇路由時(shí)要選移動(dòng)速度較低的中間節點(diǎn)，避免因節點(diǎn)移動(dòng)造成斷鏈的路由重啟過(guò)程，以降低網(wǎng)絡(luò )開(kāi)銷(xiāo)。
延遲：路由過(guò)程中，延遲越小，數據傳輸才能顯示其時(shí)效性。
　 跳數：跳數越少，在某種程度上，所消耗的網(wǎng)絡(luò )資源越少。
　 考慮到節點(diǎn)的計算復雜度，路由度量值：

其中hop代表跳數，nodenum表示網(wǎng)絡(luò )總的節點(diǎn)數，delay代表上一跳節點(diǎn)到本節點(diǎn)的延遲，speed代表本節點(diǎn)的移動(dòng)速度，max speed代表網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)的最大移動(dòng)速度，w1、w2和w3分別代表權值,其中，w1+w2+w3=1，本協(xié)議中w1、w2和w3的值分別取為0.7、0.2和0.1。當metric的值越小，路由鏈路的穩定度越高，網(wǎng)絡(luò )延遲越小。
1.2.2 節點(diǎn)功能的改進(jìn)
　傳統AODV中源節點(diǎn)只保留一條到目的節點(diǎn)的路由，當主路由上的鏈路斷開(kāi)時(shí)，源節點(diǎn)重新開(kāi)始進(jìn)行路由發(fā)現幾率較大，容易造成過(guò)大的路由開(kāi)銷(xiāo)和較大時(shí)延。為改善這種情況，本文提出的IMAODV，利用無(wú)線(xiàn)通信中廣播信道偵聽(tīng)到的相鄰節點(diǎn)發(fā)給其他節點(diǎn)的RREP信息建立備用路由[7-8],通過(guò)增加節點(diǎn)的功能,使之具有監聽(tīng)路由控制信息的能力。
1.2.3 Hello機制的改進(jìn)
IMAODV中對HELLO消息做兩方面改進(jìn)： (1)是為HELLO消息設置了一個(gè)標志。初始化為T(mén)URE，節點(diǎn)發(fā)送HELLO消息，當節點(diǎn)有路由或數據信息需要廣播時(shí)，標志設為FALSE。如果HELLO發(fā)送周期再次到來(lái)，先檢查標志，如果為FALSE，則改變狀態(tài)為T(mén)URE后不作任何處理，直至下一個(gè)周期的到來(lái)，再繼續檢查標志；當標志為T(mén)URE時(shí)，則發(fā)送HELLO消息，同時(shí)每個(gè)節點(diǎn)在接收路由包或是數據包的時(shí)候，要更新鄰居的生存時(shí)間，這樣可以降低發(fā)送HELLO消息的開(kāi)銷(xiāo)。(2)由于節點(diǎn)的移動(dòng)，會(huì )造成網(wǎng)絡(luò )拓撲的變化，HELLO消息的固定發(fā)送肯定不能有效地捕捉到網(wǎng)絡(luò )拓撲信息，為了保證鏈路的有效性，本文將根據節點(diǎn)自身的速度來(lái)調節HELLO包的發(fā)送頻率,發(fā)送頻率與節點(diǎn)的移動(dòng)速度成正比，流程如圖2所示。