IMAODV路由協(xié)議在高速移動的網(wǎng)絡中的應用

傳統(tǒng)的AODV（Ad-hoc On-demand Distance Vector）路由協(xié)議只以路由跳數(shù)為度量，沒有考慮到鏈路穩(wěn)定情況，因此，無法更好地適應節(jié)點高速移動的網(wǎng)絡環(huán)境。

為此，提出了一種改進的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(jié)點的監(jiān)聽方式等幾個方面對AODV進行改進，使之在移動網(wǎng)絡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的網(wǎng)絡環(huán)境，并在一定程度上降低網(wǎng)絡時延和增加網(wǎng)絡吞吐量。

移動自組網(wǎng)（MANET）是由一系列移動終端組成的無固定基礎設施的多跳自組織網(wǎng)絡系統(tǒng)[1]，其拓撲結構因為節(jié)點電量不足或是移動而變化，所以MANET的路由協(xié)議與傳統(tǒng)網(wǎng)絡的路由協(xié)議有著很大的區(qū)別。

目前,移動網(wǎng)絡中較成熟、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)議有較小的路由開銷和更好的擴展性能，但是這種路由協(xié)議在網(wǎng)絡拓撲頻繁變化的情況下,路由斷鏈的幾率很大，其網(wǎng)絡性能下降很快，無法保證較高要求的服務質(zhì)量。

針對高速移動自組網(wǎng)的特性，本文提出一種基于AODV的改進路由協(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)絡延遲，提高網(wǎng)絡的吞吐量。通過NS2仿真可以看到，本文提出的IMAODV路由協(xié)議與傳統(tǒng)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自組網(wǎng)的網(wǎng)絡延時，又能在一定程度上提高網(wǎng)絡吞吐量；同時，IMAODV路由協(xié)議能夠較好地適應無線網(wǎng)絡環(huán)境，有效提高網(wǎng)絡性能。

1 IMAODV路由算法

1.1 AODV

傳統(tǒng)自組網(wǎng)路由協(xié)議可分為主動路由協(xié)議和按需路由協(xié)議[4]，由于移動自組網(wǎng)存在著動態(tài)多變特性，主動路由協(xié)議應用在移動網(wǎng)絡中有著明顯的缺陷，所以實際中經(jīng)常使用的都是按需路由協(xié)議[5]。

AODV是Ad-hoc網(wǎng)絡的經(jīng)典路由協(xié)議，它是由路由發(fā)現(xiàn)和路由維護組成。路由發(fā)現(xiàn)過程如圖1所示。而在路由維護中,節(jié)點通過周期性地發(fā)送HELLO包維持與鄰居節(jié)點的連接，若一段時間后還未收到鄰居節(jié)點的HELLO包，則開始鏈路修復過程。若本節(jié)點離目的節(jié)點較近，則進行本地修復，發(fā)送RREQ進行路由重建，當中間節(jié)點有到不可達節(jié)點的有效路由或者不可達節(jié)點收到此RREQ后就發(fā)送一個路由回復RREP給源節(jié)點，這樣路由就得到了重建。若鏈路修復失敗，則節(jié)點向所有的鄰居節(jié)點廣播RERR包，RERR包中的不可達節(jié)點列表不僅包括了鏈路斷開的鄰居節(jié)點，還包括了以此鄰居節(jié)點作為下一跳的所有目的節(jié)點。通過RERR的廣播，其他節(jié)點便知道鏈路斷開了，當此包傳到源節(jié)點時，將進行新一輪的路由發(fā)現(xiàn)。

1.2 IMAODV路由算法

AODV雖然也能適應動態(tài)變化的網(wǎng)絡，但是它的機制并不靈活,不能根據(jù)網(wǎng)絡環(huán)境動態(tài)調(diào)節(jié)發(fā)送頻率，再者路由度量值僅僅考慮了跳數(shù)信息，且路由單一，所以不能滿足移動環(huán)境較為復雜或移動速度較高的網(wǎng)絡環(huán)境。為了更好地滿足移動自組網(wǎng)的服務要求，本文將針對高速移動環(huán)境提出的IMAODV，在AODV協(xié)議的基礎上做出以下改進，以改善網(wǎng)絡的吞吐量和平均端到端延遲。

1.2.1節(jié)點度量值的選取

以跳數(shù)為度量的AODV,容易造成大量數(shù)據(jù)通過少量節(jié)點傳輸引起網(wǎng)絡的阻塞，而導致分組延時過大，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(jié)點移動速度：節(jié)點的移動速度越大，鏈路越不穩(wěn)定，所以在選擇路由時要選移動速度較低的中間節(jié)點，避免因節(jié)點移動造成斷鏈的路由重啟過程，以降低網(wǎng)絡開銷。

延遲：路由過程中，延遲越小，數(shù)據(jù)傳輸才能顯示其時效性。

跳數(shù)：跳數(shù)越少，在某種程度上，所消耗的網(wǎng)絡資源越少。

考慮到節(jié)點的計算復雜度，路由度量值：

其中hop代表跳數(shù)，nodenum表示網(wǎng)絡總的節(jié)點數(shù)，delay代表上一跳節(jié)點到本節(jié)點的延遲，speed代表本節(jié)點的移動速度，max speed代表網(wǎng)絡中節(jié)點的最大移動速度，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(wěn)定度越高，網(wǎng)絡延遲越小。

1.2.2 節(jié)點功能的改進

傳統(tǒng)AODV中源節(jié)點只保留一條到目的節(jié)點的路由，當主路由上的鏈路斷開時，源節(jié)點重新開始進行路由發(fā)現(xiàn)幾率較大，容易造成過大的路由開銷和較大時延。為改善這種情況，本文提出的IMAODV，利用無線通信中廣播信道偵聽到的相鄰節(jié)點發(fā)給其他節(jié)點的RREP信息建立備用路由[7-8],通過增加節(jié)點的功能,使之具有監(jiān)聽路由控制信息的能力。