AODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector)是一种专为移动自组网(MANET)设计的按需驱动路由协议，其核心工作原理围绕路由发现、路由维护和序列号管理展开。以下从多个维度详细解析其工作机制：
一、AODV路由协议核心工作机制
1.路由发现
当源节点需要与目标节点通信且无有效路由时，触发路由发现过程：
RREQ广播：源节点生成路由请求包（RREQ），包含源/目的IP地址、广播ID、源序列号、目的序列号、跳数等字段。RREQ通过UDP广播至全网。
中间节点处理：中间节点收到RREQ后，若满足以下条件之一则响应：
自身是目标节点;
存在“足够新”的路由(即目的序列号不小于RREQ中的请求值)。
否则，节点更新反向路由表(记录源节点的下一跳信息)，并继续广播RREQ。
路由应答（RREP）：目标节点或符合条件的中间节点生成路由应答包（RREP），沿反向路径单播回源节点，沿途节点建立正向路由表。RREP携带目的序列号，确保路由无环。
2.路由维护
链路状态监控：节点通过周期性Hello消息(一种特殊RREP)或数据链路层通知检测活动路由的下一跳链路状态。若链路中断，触发路由修复。
路由错误（RERR）：检测到链路故障的节点生成路由错误包（RERR），通知依赖该链路的前驱节点，逐跳传播至源节点。源节点需重新发起路由发现。
前驱列表管理：每个节点维护前驱列表，记录依赖其转发数据的邻居节点，确保RERR能精准传播。
3.序列号机制
目的序列号：每个节点维护目标节点的序列号，用于判断路由的新鲜度和避免环路。序列号随路由更新递增，选择更高序列号的路由优先。
源序列号：源节点每次发起RREQ时递增序列号，防止旧路由干扰。
二、关键特性与技术细节
1.按需驱动与低开销
按需路由：仅在需要通信时建立路由，减少路由表存储量和控制流量。
二进制指数退避：RREQ未响应时，源节点采用退避机制重试，避免网络拥塞。
2.无环路由保障
通过序列号严格比较，确保所有路由无环路。
路由表条目包含生命周期，过期路由自动失效，防止陈旧信息干扰。
3.动态适应性
支持节点移动性：通过Hello消息和RERR快速响应拓扑变化。
扩展性：适用于几十至数千节点的网络。
三、与其他协议的对比
| 特性 | AODV | DSR | DSDV |
|---|---|---|---|
| 路由类型 | 逐跳路由，中间节点维护路由表 | 源路由，路径信息显式存储在数据包中 | 表驱动，周期性广播路由更新 |
| 控制开销 | 较低（仅需维护活动路由） | 较高（需携带完整路径信息） | 最高（定期广播全网路由表） |
| 环路避免 | 依赖目的序列号 | 依赖源路由路径记录 | 依赖目的序列号 |
| 适用场景 | 高动态性网络（如无人机、应急通信） | 低移动性、小规模网络 | 静态或低移动性网络 |
| 扩展性 | 高（支持大规模节点） | 低（路径信息随跳数增加而膨胀） | 中（周期性更新限制扩展性） |
四、应用场景与优缺点
1.典型应用
无人机集群：适应高动态拓扑，减少通信开销。
灾害救援：快速自组网，支持临时通信需求。
车载网络：处理节点移动和链路中断。
2.优点
高效性：按需路由减少控制流量，节省存储和带宽。
快速响应：序列号机制和RERR/RREP机制确保对拓扑变化的快速适应。
无环路：严格的序列号管理消除路由环路风险。
3.缺点
初始时延：路由发现过程可能引入通信延迟。
控制包开销：高移动性下频繁的RERR和RREQ导致网络拥塞。
单向链路支持：假设链路为双向，无法处理单向通信场景。
五、优化与改进方向
拥塞控制：引入动态退避算法，优化RREQ重试策略。
链路稳定性：结合节点运动状态(如速度、方向)选择稳定路径。
安全机制：通过数字签名或加密增强RREQ/RREP认证，抵御黑洞攻击。
AODV通过按需路由发现、序列号管理和动态路由维护，在动态自组网中实现了高效、无环的通信。其设计平衡了控制开销与网络适应性，适用于无人机、应急通信等高移动场景，但仍需针对时延、安全性和单向链路支持进行优化。
