基于NS3的ETX-AODV路由协议复现

本文记录了基于NS3仿真软件的ETX-AODV路由协议的复现过程（本文章中仅展现最基础代码逻辑，具体代码请访问github仓库查看）
源代码仓库：https://github.com/leiSHOW/ETX_AODV

本篇博客将参考原论文中对于ETX-AODV路由协议的描述，在 ns-3 中基于 ETX (Expected Transmission Count) 这一路由度量来改进 AODV 路由协议，所以本文在之后将从 路由发现 、路由维护 、数据包转发 等方面说明应该如何在原有的 AODV 协议中使用 ETX 度量作为路由度量的指标。

1. 初始化阶段

在 AODV 协议初始化时，我们需要添加对 ETX 度量的支持，包括启用 ETX 计算并初始化相关的定时器、变量等

函数和变量：

RoutingProtocol::SetEtxEnable()：启用 ETX 度量
RoutingProtocol::m_enableEtx：一个布尔值，标记是否启用 ETX 度量
RoutingProtocol::m_nbEtx：用于存储邻居节点的 ETX 信息

void RoutingProtocol::SetEtxEnable (bool f) {
    m_enableEtx = f;
}

bool RoutingProtocol::GetEtxEnable () const {
    return m_enableEtx;
}

2. ETX 度量计算

ETX 度量通常通过发送链路探测包（Link Probe Packets，LPP）来估算链路的质量。这些包用于定期测试节点之间的链路质量，并更新链路的 ETX 值。我们需要在 AODV 中引入链路探测包的发送和接收机制

函数：

RoutingProtocol::SendLpp()：发送链路探测包
RoutingProtocol::RecvLpp()：接收链路探测包，并更新 ETX 值

void RoutingProtocol::SendLpp () {
    // 发送链路探测包的逻辑
}

void RoutingProtocol::RecvLpp (Ptr<Packet> p, Ipv4Address receiver, Ipv4Address src) {
    // 接收链路探测包并更新链路的 ETX 信息
}

3. 路由发现阶段（RREQ和RREP的ETX优化）

在 AODV 的路由发现过程中，使用 ETX 度量来选择链路质量最好的路径。具体而言，当一个节点发送 RREQ 时，它需要考虑链路的 ETX 值。同时，当节点收到 RREP 时，应该选择 ETX 尽可能较低的路径

函数：

RoutingProtocol::SendRequest()：发送路由请求（RREQ），并在包中加入 ETX 信息
RoutingProtocol::RecvRequest()：接收路由请求（RREQ），根据 ETX 信息进行路径选择
RoutingProtocol::SendReply()：发送路由回复（RREP），并在包中加入ETX值
RoutingProtocol::RecvReply()：接收路由回复（RREP），根据 ETX 值进行路由选择

void RoutingProtocol::SendRequest (Ipv4Address dst) {
    // 在 RREQ 包中加入ETX度量信息
}

void RoutingProtocol::RecvRequest (Ptr<Packet> p, Ipv4Address receiver, Ipv4Address src) {
    // 根据ETX度量选择最优路径
}

void RoutingProtocol::SendReply (RreqHeader const & rreqHeader, RoutingTableEntry const & toOrigin) {
    // 在RREP包中加入ETX度量
}

void RoutingProtocol::RecvReply (Ptr<Packet> p, Ipv4Address my, Ipv4Address src) {
    // 根据ETX值选择最优路径
}

4. 路由维护阶段（RERR的ETX优化）

在 AODV 中，当一个路由失败时，会发送 RERR 包通知网络中的其他节点。基于 ETX 度量，我们可以优化失败链路的恢复过程。对于某些链路，如果其 ETX 值较高，，这代表这条链路可能是不可达的，所以就需要去选择其他链路

函数：

RoutingProtocol::SendRerrWhenBreaksLinkToNextHop()：链路断开时发送 RERR 消息
RoutingProtocol::SendRerrMessage()：转发 RERR 消息

void RoutingProtocol::SendRerrWhenBreaksLinkToNextHop (Ipv4Address nextHop) {
    // 发送 RERR 包并根据 ETX 选择新的路径
}

void RoutingProtocol::SendRerrMessage (Ptr<Packet> packet, std::vector<Ipv4Address> precursors) {
    // 根据 ETX 选择最佳路径并转发 RERR 包
}

5. 数据包转发阶段（ETX优化的转发决策）

数据包转发时，路由协议根据现有的路由表来决定转发路径。此时，使用 ETX 度量来选择链路质量较好的路径

函数：

RoutingProtocol::Forwarding()：数据包转发时，选择最佳路径。如果启用了 ETX 度量，则使用 ETX 值来优化选择

bool RoutingProtocol::Forwarding (Ptr<const Packet> p, const Ipv4Header & header, UnicastForwardCallback ucb, ErrorCallback ecb) {
    // 如果启用了ETX，选择ETX值最小的路径进行转发
    if (m_enableEtx) {
        // 选择ETX最小的路径
    }
    // 进行数据包转发
    return true;
}

6. ETX更新机制（链路状态更新）

ETX 度量需要定期更新。在节点收到链路探测包后，需要更新邻居的 ETX 值。每个邻居的 ETX 值用于判断链路的可靠性

函数：

RoutingProtocol::UpdateRouteToNeighbor()：更新邻居的路由和 ETX 信息

void RoutingProtocol::UpdateRouteToNeighbor (Ipv4Address sender, Ipv4Address receiver) {
    // 更新邻居的ETX值
}

7. 定时器和定期操作

ETX 度量通常会通过定时器定期发送链路探测包（LPP），并基于 LPP 包的反馈更新链路的质量信息。AODV 协议中的 HelloTimer 和 RREQ 定时器也可以与 ETX 相关联，用于定期更新链路质量

函数：

RoutingProtocol::LppTimerExpire()：定时发送链路探测包
RoutingProtocol::HelloTimerExpire()：定时发送 Hello 包

void RoutingProtocol::LppTimerExpire () {
    // 发送链路探测包以更新ETX值
}

void RoutingProtocol::HelloTimerExpire () {
    // 发送Hello包，更新邻居信息
}

8. ETX与路径选择

经过上述步骤，就已经实现将ETX度量指标融合应用在 AODV 协议中，如此一来，路径选择就不仅仅是基于跳数（Hops），还需要考虑链路的质量（ETX）。在转发数据包时，将优先选择 ETX 值较低的路径。每次路由更新后，节点也都会根据新的 ETX 值来调整自己的路由表。

整体过程总结

ETX启用：在初始化时启用 ETX 度量
链路探测包（LPP）：通过定期发送和接收链路探测包来更新链路的 ETX 值
路由发现（RREQ和RREP）：在发送 RREQ 和 RREP 时，将 ETX 值纳入路径选择的决策中
路由维护（RERR）：在链路断开时，根据 ETX 优化 RERR 消息的发送
数据包转发：转发数据包时，优先选择 ETX 值较低的路径
定时器管理：使用定时器定期更新链路质量信息