范青刚，叶雪梅，蔡艳宁，朱云杰

(第二炮兵工程大学 理学院，陕西 西安710025)

当前广泛应用的网络(如GSM、CDMA等)均需固定的网络基础设施支持。移动自组网(Mobile Ad Hoc Network，MANET)是一种与上述通信类型不同的无线网络。是一个多跳的临时性无中心网络，由一组带有无线收发装置的移动节点组成，该网络能够随时随地快速搭建，且无需网络基础设施的支持。其具有特点如下［1］:(1)拓扑结构动态变化。由于网络节点的自由移动、随时开关机以及收发装置功率的变化等，各节点间通过无线信道形成的网络拓扑结构也可能随时发生变化，且不可预测。(2)自组织性。该网络没有中心，所有节点可自由移动，地位平等，是一个对等式网络。所有节点都可以随时加入或离开网络，任何节点的故障均不会影响整个网络的运行。(3)多跳组网方式。网络中的节点除了具有普通移动终端所需的功能外，还具有报文转发能力。当通信的源节点和目的节点相距较远，不在直接通信的范围内时，可借助中间节点通过转发报文进行通信。

1 MANET与传统无线网络在路由上的区别

目前生活中常见的移动通信网络主要有蜂窝数据网络和无线局域网，在系统的组织、管理和维护方面都与MANET有较大的区别［2］。

1.1 MANET与蜂窝数据网络的区别

典型的蜂窝数据网有全球移动通信(Global System for Mobile communication，GSM)网络 和码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)网络，网络中的移动节点主要通过基站进行连接，基站之间通过有线网络进行互联，因此移动节点之间通信路由的建立或选择主要由基站等固定基础设施完成。而在MANET中，不存在固定基础设施，节点通信路由的选择和建立完全由移动节点完成。在蜂窝数据网中，由于有网络固定基础设施的存在，网络结构相对较为稳定。而在MANET中，节点的随意移动会使得网络拓扑结构动态变化，影响通信路由的选择。

1.2 MANET与无线局域网的区别

无线局域网中的节点通过无线接入点连接到网络，是单跳的网络，路由器和主机通常是两个独立的设备。而MANET是多跳的网络，每个节点均同时具备路由和主机两种功能。通过比较发现，MANET与传统的无线网络在路由方面有较大差异，因此路由协议是MANET研究的重点内容。

2 MANET路由协议分类

MANET的路由协议可基于不同角度进行分类［1，3］，如按路径类型可分为单路径型路由协议和多路径型路由协议，按广播方式可分为单播路由协议和多播路由协议，按地理定位方式可分为地理定位辅助路由协议和非地理定位辅助路由协议，而最常见的分类方式有以下两种:(1)按网络拓扑结构分类。从这个角度可分为平面结构和分层结构两种。对于前者，所有移动节点地位平等，如动态源路由协议(Dynamic Source Routing，DSR)。对于后者，网络中的所有节点按簇划分，每个簇由一个簇头和若干个簇成员组成，多个簇头又是更高一级簇的成员。(2)按驱动方式分类。可分为表驱动和按需驱动两种，例如图1所示。前者采用周期性的路由分组广播来交换路由信息，如目的序号距离矢量路由协议(DSDV);后者则是根据发送数据分组需要进行路由发现，建立路径，实现信息传送。如需求驱动距离矢量路由协议(Ad Hoc Ondemand Distance Vector，AODV)和临时排序路由选择算法(Temporary Ordered Routing Algorithm，TORA)协议。

图1 MANET路由协议

3 典型的MANET路由协议

文中选取DSDV作为表驱动路由协议的代表重点介绍;选取AODV、DSR作为按需路由协议的代表并作重点介绍。

3.1 DSDV协议

DSDV是一种基于距离矢量算法的路由协议［4］，通过附加序列号的方法来区分路由的新旧程度，进而防止可能产生的路由环路。(1)路由表结构。每个节点包含一个路由表，路由表项包括:目的信宿、下一跳、度量值和序列号。(2)信息通告。各个节点周期性地向邻居节点通告其当前的路由表。(3)链路断开。如果在较长一段时间内无法收到邻居节点的广播消息，可推断出链路断开，同时，MAC层实体也可检测到。一旦链路断开，则通过以下方法通知网络中其余节点:1)断开的链路度量值为∞。2)节点检测路由表，下一跳经过该链路的路由表项的度量值标记为∞，并分配一个新的序列号，且为奇数，以区别于信宿发出的更新报文。3)触发“递增更新”报文的立即发送。经过以上过程，在较短时间内，该链路的变化将通告到网络的各个节点。(4)路由选择准则。DSDV中路由选择的准则为:序列号新或度量值小。

DSDV协议操作实例:在图2及表1表2中，MHi(i=1，2，…，8)表示节点标识，SXXX_MHi(i=1，2，…，8)发出更新报文的序列号为XXX。以MH2为例，当MH1移动，成为MH7的邻居时，MH1与MH3的链路断开。表1和表2分别为MH1移动前和移动后MH2的路由。

图2 网络拓扑结构及变化情况

表1 MH1移动之前MH2节点的路由表

表2 MH1移动之后MH2节点的路由表

3.2 AODV协议

AODV路由协议［5］是按需驱动的距离矢量路由协议，使用目的序列号和经典的距离矢量算法，具有对动态链路的快速自适应，处理和存储开销小，网络利用率小等优点。AODV路由协议最明显的特征是每条路由均使用一个目的节点序列号，能够确保路由是开环的。该序列号由目的节点产生，与发送给路由请求节点的信息相组合。协议由两部分组成:路由请求和路由维护。

AODV的路由请求(RREQ)包含下列项［6］:

＜跳数;路由请求码;目的地址;目的序列号;源地址;源序列号＞

收到请求报文的节点，查看路由表中是否有到目的节点更新的路由，即目的序列号大于等于请求报文中的序列号。若没有，该节点将记录请求报文的信息并广播;若有或节点是目的节点，则将发送路由应答报文(RREP)给源节点。RREP包含如下项:

＜跳数;目的地址;目的序列号;源地址;寿命＞

转发RREP的节点根据RREP更新路由表，并将RREP转发给先前记录的上游节点，直至源节点S，此时由源节点到目的节点的路由已建立。

AODV通过周期性的广播Hello报文来监视链路状态［7］，若节点在使用过程中发现某条链路断开，则将从自身的路由表中删除包含该链路的路由，并发送“路由出错”报文(RERR)给因链路断开而不可达的节点，沿途转发RERR的节点并同时删除自身路由表中的对应路由。如图3所示，节点6为目的节点，由于节点4从4处移动到4'处，导致节点3到目标节点的链路中断。图3(a)所示为RERR通知过程，图3(b)所示为重新建立的路由。

图3 AODV协议路由维护过程

3.3 DSR协议

DSR是动态源路由协议［7－8］，其最重要的特点是利用了源路由，即发送方知道到达目的地的完整路径，可实现节点间跨越多跳传输空间进行通信。DSR路由协议包括路由寻找和路由维护两个主要机制，共同作用于移动Ad Hoc网络，完成源路由的寻找和维护。

(1)路由寻找。当节点S有分组要发送至节点D，而S并未找到任何可用的路由，那么节点S就通过路由寻找协议来动态的寻找一条可达节点D的新路由。如图4所示，源节点S试图寻找一条路由到达目的节点D。

图4 路由寻找

节点S的路由寻找进程执行如下:1)节点S按照本地广播分组方式发送路由请求(RREQ)，被当前正处在节点S的无线电波覆盖范围的所有节点所接受，如节点A。RREQ识别路由寻找的源节点和目的节点，也包含了由源节点确定的唯一请求识别码(Request ID)。RREQ还包含一个记录列表，用于记录该RREQ被成功转发的中间节点。2)当另一个节点接收到该RREQ时，若该节点是目标节点，则给源节点回送一个路由应答(RREP)，同时回送在路由寻找过程中的路由记录，源节点接受到该RREP后，存储该路信息。否则，若接受到该RREQ的节点已经收到另一个来自相同源节点、具有相同请求识别码和目标节点的RREQ，或该节点已经发现自己的地址已在该RREQ的路由记录中，那么该节点认为该路由请求已被接受，即丢掉该路由请求;否则该节点将自己的地址添加到该RREQ的记录中，然后按照本地广播分组方式将该路由请求发送出去。3)目的节点D收到RREQ后，要给源节点S回送路由应答(RREP)，先检查自己是否有到达源节点S的路由，如果有，则目的节点D通过这条路由将RREP交付给源节点S;否则，目的节点D执行自己的路由寻找，找出到达源节点S的路由。

(2)路由维护。当使用某条源路由发送分组时，该路由中的节点均要通过应答(Acknowledgement)机制来保证该分组能够顺利到达下一跳节点。若一个应答请求发送后仍未得到回应，则需要重发，当重发次数达到最大值时，发送节点则认为到下一节点的链路已经断开，同时从路由表中删除该断开链路，并给该源路由上的节点回传一个路由错误(Router Error)。

如图5所示，若节点B经过若干次应答请求后，仍未接收到节点C的回应，则B认为到C的链已断开，同时从路由表中删除该断开链路，并给S及所有同样的节点回传一个路由错误。若S的路由表中存在另一条到达D的路由，则S使用该条路由，否则S应执行一个新的路由寻找来获取一条可到达D的新路由。

图5 路由维护

4 MANET路由协议发展方向

目前，MANET路由协议的研究多集中在设计路由协议，用来支持网络节点之间的高效通信。MANET路由协议的性能和多样性仍有较大的提高空间，其中包括以下几个方面:(1)路由安全性。MANET与传统网络结构上的差异导致传统网络中的安全机制不再适用于MANET。对于MANET来说，路由安全具有重要的地位，也是较难解决的问题。路由协议是网络攻击的主要目标，然而目前已经提出的路由协议在安全方面鲜有涉及，因此提高路由协议的安全是今后的研究方向。(2)路由协议的节能问题［9］。由于MANET没有固定基础设施的支持，单个节点必须依靠可携带的电源提供能量。网络的发展导致单个节点的能量消耗越来越大，这就使得减少节点的耗能显得尤为重要。目前的许多协议都没有节能策略，因此这方面的问题仍有待进一步的研究。

［1］ 张程.移动自组网的关键技术研究［D］.重庆:重庆大学，2010.

［2］ 陈林星.移动Ad Hoc网络－自组织分组无线网络技术［M］.北京:电子工业出版社，2006.

［3］ 李振宇.移动自组网中路由协议的分析与研究［D］.北京:北京邮电大学，2006.

［4］AMITH K.Step by step procedural comparison of DSR，AODV and DSDV Routing protocol［C］.Torolento:ICCET，2012.

［5］ 吴翠萍，蔡明.AODV路由协议的改进［J］.计算机工程与应用，2012，48(24):91－94.

［6］SARITA R，SINGH B，BHADAURIA W，et al.Bandwidth reservation routing technique based on agent in mobile ad hoc networks using rate control with AODV［C］.Amsterdam:ICNCS，2012.

［7］KHATAWKAR S D，PANDYAJI K K.Performance comparison of DSDV，AODV，DSR routing protocols for MANETs［C］.Paris:ICCNC，2012.

［8］SANGEETA B，SUNEETA M.Study of DSR routing protocol in mobile adhoc network［C］.Nanjing:ICINT，2011.

［9］ 李鹏.基于能量的移动自组网路由协议研究［D］.武汉:华中科技大学，2006.