AODV协议在无线传感器网络中的应用分析

摘要：目的：研究AODV协议在无线传感器网络中的应用。方法：文中对AODV协议的特性进行了分析，并在此基础上从WSN中应用AODV协议的前景、AODV路由发现过程、AODV路由维护以及对AODV路由的改进这几个方面着重对AODV协议在WSN中的应用进行了分析。结论：改进AODV协议，使其在无线传感器网络中的应用能够更加适合无线传感器网络的特点。

关键词：AODV协议；无线传感器网络；改进；应用；分析

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)11-2467-03

AODV Agreement in the Analysis of Application of Wireless Sensor Network

LI Tian-li, WANG Shan-kun

( Dalian University of Technology City College, Dalian 116600, China)

Abstract: Research AODV agreement in the application of wireless sensor network. Methods: in the paper, the AODV agreement characteristics are analyzed in this paper, and the application of AODV WSN agreement prospects, AODV routing discovery process, AODV routing maintenance as well as to the improvement of the AODV routing the several aspects emphatically to AODV agreement in the application of WSN are analyzed. Conclusion: to improve the AODV agreement, in the wireless sensor network will be more suitable for the application of wireless sensor network characteristics.

Key words: AODV agreement; wireless sensor network; improvement; application; analysis

电系统、片上系统、无线通信以及低功耗嵌入式技术的快速发展，孕育出了无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)。无线传感器网络以其功耗低、成本低、分布式和自组织的特点为信息感知带来了一场变革风暴。无线传感器网络主要是由在所监测区域内部署的数量庞大的各种微型传感器节点所组成，并通过无限通信的方式所形成的一个多跳自组织网络。

1 AODV协议分析

AODV协议是无线自组网按需平面距离矢量路由协议的英文缩写。AODV协议是由Nokia研究中心的Charles E.Perkins与加利福尼亚大学的Elizabeth M. Belding Roryer等多人共同研发的，该协议主要是用来在无线网状网中进行路由选择，能够同时实现单播和多播路由。

AODV协议是一种反应式路由协议，这种协议只有当向目的节点发送数据包时，源节点才会在网络中发起路由的查找过程，找到所需要的路由。在网络中有很多的路由协议都是先验式的，这些路由协议对路由的查找并不是依赖于路径上的节点是否需要发包，而是在每一个节点都会维护一张包含有到达其他节点的路由信息的路由表。各个节点之间会进行周期性的路由信息交换，并通过信息的交换来对自身的路由表进行更新，以此来及时的对网络拓扑结构和变化进行掌握，使得路由表中的路由信息能够是最新的并且能够保持一致和准确性。

在AODV中，如果在整个网络中没有连接建立的需求，那么整个网络都是静止的。也就是只有当需要建立起一个网络节点时才会在网络中广播一个建立连接的请求。当其他的AODV节点接收到这个请求后，会对源节点和回到源节点的临时路由进行记录并转发这个请求消息。当接收到连接请求的节点获知到达目的节点的路由时，就会将路由信息按照先前所记录下来的能够回到源节点的临时路径发送给源节点。此时，源节点就能够使用这个具有最短跳数的路由。而链路断掉时，就会将路由错误及时的发回源节点，那么源节点就会重新发起查找路由的过程[1]。

2 AODV协议在WSN中的应用

2.1 WSN中应用AODV协议的前景

AODV具有以下几方面的优点：1)通过对中间节点应答的支持，能够让源节点快速的获取需要的路由；2)节点只需要对有需要的路由进行存储，能够有效的减少对内存的需求和一些不需要的复制；3)当活跃路径上出现断链时，能够进行快速的响应；4)通过对目的序列号的使用，能够有效的避免路由环路，能够解决传统的基于距离向量路由协议中所存在的那种无限计数的问题。在无线传感器网络中有很多的节点，而且这些节点分布相当复杂，但是节点资源和能量都是有限的，AODV协议更好的解决这些矛盾。

在MANET中主要考虑的是如何提高网络的吞吐量以及网络服务的质量。因此，在MANET中AODV协议主要通过去最短路由选路的方式来提高网络的吞吐量，并减少网络的延时，提高网络服务的质量，也就是由最先到达目的节点并且这个过程中跳数最小的RREQ来建立反向路由。但是需要注意的是在这个路由发现的过程中没有对能量因素进行考虑，但是在WSN中节点通常都是采用的一次性电池进行供电，也就是说整个WSN是一个能量受限系统，必须要对能量因素进行考虑。因此，需要根据WSN特点对原AODV协议进行改进，以此来提高存时间。

2.2 AODV路由发现过程

AODV路由发现主要分为两个部分。第一个部分是源节点的路由发现，当源节点需要发送数据时就会如图1中所示的流程进行工作。第二个部分是中间节点及目的节点路由发现，会如图2中所示流程进行工作。

图1源节点的路由发现流程图

图2中间节点和目的节点的路由发现流程

2.3 AODV路由维护分析

当某一个节点的下一跳节点不可达时，那么就需要向要利用这条损坏链路的正在活跃的上游节点发送未被请求的RREP分组，这个RREP分组会带有一个新的序列号，并且将跳数值设置为∞。而收到这个RREP分组的节点就会依次将这个RREP分组转发到附近的活跃邻居，这个过程会一直持续到所有会利用该损坏链路有关的活跃节点都被通知到。路由维护的主要流程如图3。

图3路由维护流程图

2.4对AODV协议的改进

改进后的AODV协议出于对于网络能量节约的考虑拟采用最小跳数最大平均能量选路。例如在图4中有代号为分别为节点1、节点2、节点3的三个节点，她们的能量分别为4.5、5、5.5。当节点1广播RREQ分组时，节点2与节点3都能够一跳收到该分组。节点3继续对该分组进行广播。此时节点2的路由表中以及建立起了到节点1的方向路由，并且此时的平均路径能量为(4.5+5)/2= 4.75，跳数为1；但是此时节点2收到来自节点3的RREQ分组时的平均路由能量则为(4.5+5.5+5)/3=5，并且跳数为2。如果此时采用的是最大平均能量选路，那么就会选择后者，但是却会使得在数据传输过程中多消耗节点3的能量，与节约网络能量的初衷不符，因此选择最小跳数最大平均能量选路[2]。

图4平均路径能量示例

具体的改进方案如下：

首先，为了能够对网络以及节点能量进行考虑，需要在路由表中添加rt_energy选项，通过该选项对从源节点到当前节点所经过的所有节点的剩余能量的平均进行记录，在这里称为平均路径能量E。同时还需要在数据结构hdr_aodv_request中也添加rt_energy用来对进行存储。其中E=∑energyi/Nodecnt，式中Nodecnt=rq-hop-count+1，也就是在该路径上的所经过的所有节点数，其中rq-hop-count代表的是RREQ所经历的跳数；energyi代表的是节点i所剩余的能量。为了能够保持AODV文件头的大小，使得网络的负载不会因为AODV广播而增加，因此使用hdr_aodv_request中的reserved保留选项来对rq_energy进行存储。

其次，在协议改进后，独一重复收到的RREQ分组，需要先与路由表中所建立的各个路由条码进行对比，如果发现该分组的路由跳数较少或者是在路由跳数相同的情况下拥有更大的平均路径能量较大，那么就不丢弃这个RREQ分组，同时将RREQ分组中的信息更新到已建立的反向路由表中。同时对所接收到的RREQ的信息中的平均路径能量与本节点的剩余能量进行对比，如果是本节点剩余能量较小，那么就对转发时间的随机范围进行增加，依次来降低该节点被路由选中的概率。

3结束语

文中主要从节能的角度出发，提出了一种改进AODV协议，使其在无线传感器网络中的应用能够更加适合无线传感器网络的特点。但是需要注意的是源节点需要通过广播RREQ的方式来建立起到目的节点的路由，在这个过程中会AODV路由所需要控制的信息相当多，而且其中有很多都是重复且无用的，因此会再一定程度上降低其效率。虽然采用了搜索环方式机械能广播，但是仍然难以取得理想的效果，如果能够对AODV控制信息数量进行一定程度的控制，那么相信节能效果会更好。

参考文献：

[1]郑相全.无线自组网技术实用教程[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2]孙利民.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005.