隨著無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，基于固定通信設(shè)備的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)得到了普遍的應(yīng)用，如無(wú)線局域網(wǎng)和移動(dòng)蜂窩網(wǎng)等。而對(duì)于沒(méi)有事先布置好網(wǎng)絡(luò)裝置并且多變的場(chǎng)合，就需要一種沒(méi)有固定通信設(shè)備也能快速組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)體系。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)就是一種不依賴于固定通信設(shè)施的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)，具有動(dòng)態(tài)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、能夠迅速地展開(kāi)使用。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)既可當(dāng)作終端，也可作為路由器使用，主要完成網(wǎng)絡(luò)中路由的建立、選擇和維護(hù)。對(duì)于不能直接到達(dá)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，需要經(jīng)過(guò)中間節(jié)點(diǎn)通過(guò)多跳的方式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，因此又叫多跳網(wǎng)。目前已有10~20種移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，每種路由協(xié)議都有各自的特點(diǎn)和適應(yīng)的場(chǎng)合。一般可以將Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分為表驅(qū)動(dòng)路由和按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議兩類(lèi)。DSR協(xié)議是一種典型按需驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議，相比之下，DSR協(xié)議是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議中與傳統(tǒng)路由差別最大且整體性能最優(yōu)的路由協(xié)議，對(duì)DSR協(xié)議的研究具有重要的意義。

1 DSR協(xié)議概述
    動(dòng)態(tài)源路由協(xié)議DSR(Dynamic Source Routing Protocol)是專(zhuān)門(mén)為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的、具有多跳無(wú)線、簡(jiǎn)單且高效的路由協(xié)議。DSR是基于源路由方式的，即在每一個(gè)傳輸分組的頭部插入完整的源路由信息，以保證分組按照指定的路徑傳送。這種方法有效地避免了環(huán)路的出現(xiàn)，且在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)或者網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化的情況下也能將分組正確地傳送，提高了移動(dòng)通信節(jié)點(diǎn)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化的適應(yīng)能力。DSR協(xié)議包括兩大機(jī)制：路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)。
    (1)路由發(fā)現(xiàn)：DSR是一種按需路由協(xié)議，只在節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)才啟動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程。節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)后，先查找自己的路由緩存表，如果路由表中不存在可到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由信息，就使用洪泛技術(shù)向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播路由請(qǐng)求報(bào)文(RREQ),鄰居節(jié)點(diǎn)在接收到請(qǐng)求報(bào)文后，緩存表存在到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由或者本身是目的節(jié)點(diǎn)，就發(fā)送一個(gè)路由應(yīng)答包(RREP)，并把路由信息反饋給源節(jié)點(diǎn)供其使用。若沒(méi)有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由或本身不是目的節(jié)點(diǎn),則繼續(xù)向自己的鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送RREQ包。
    (2)路由維護(hù)：DSR的路由維護(hù)過(guò)程是在發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程中才進(jìn)行的。在分組轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)某一跳鏈路不可達(dá)，中間節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由出錯(cuò)報(bào)文(RERR)，源路由在收到出錯(cuò)報(bào)文后，當(dāng)再有發(fā)往該目的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包時(shí)重新發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程，且所有收到RERR報(bào)文的源節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)都將刪除包含該跳鏈路的緩存路徑。
　DSR路由協(xié)議作為按需路由協(xié)議，具有開(kāi)銷(xiāo)小、簡(jiǎn)潔高效等特點(diǎn)。DSR協(xié)議也有一些缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾方面：(1)采用源路由方式，儲(chǔ)存報(bào)文傳輸過(guò)程中整個(gè)路徑節(jié)點(diǎn)的路由信息，浪費(fèi)了寬帶資源。(2)其路由緩存機(jī)制，將導(dǎo)致在廣播路由請(qǐng)求報(bào)文時(shí)，有許多中間節(jié)點(diǎn)同時(shí)應(yīng)答，這可能會(huì)引起“應(yīng)答風(fēng)暴”，還可能導(dǎo)致過(guò)時(shí)的路由在網(wǎng)路中大量擴(kuò)散。(3)為滿足節(jié)點(diǎn)快速傳送信息需求，沒(méi)有考慮無(wú)線節(jié)點(diǎn)的能量問(wèn)題。這會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量或某些重要節(jié)點(diǎn)的能量很快被消耗，最終造成網(wǎng)絡(luò)較快地分裂，影響了數(shù)據(jù)的傳輸效率，縮短了網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。
2 DSR協(xié)議的改進(jìn)設(shè)計(jì)
　 針對(duì)DSR路由協(xié)議存在的不足，本文對(duì)DSR路由協(xié)議進(jìn)行了改進(jìn)。針對(duì)DSR緩沖器先引入以下三個(gè)參數(shù)：
　 (1)形成時(shí)間路由參數(shù)：定義加入路由最晚的節(jié)點(diǎn)的時(shí)間為形成時(shí)間路由參數(shù)，記為T(mén)B。t表示DSR緩沖器中路由的某一節(jié)點(diǎn)加入到路由中的時(shí)間，則TB=max(t)。
    (2)生存時(shí)間路由參數(shù)：定義路由中相鄰的節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成的鏈路從形成到失效的時(shí)間為生存時(shí)間路由參數(shù)，記為T(mén)L。
    (3)剩余生存時(shí)間路由參數(shù)：定義生存時(shí)間路由參數(shù)與路由已存活的時(shí)間參數(shù)之差為剩余生存時(shí)間路由參數(shù)，記為T(mén)R。TC表示當(dāng)前時(shí)間，則TR=TL-(TC-TB)。
    針對(duì)DSR緩沖策略存在的不足，對(duì)DSR的緩沖策略進(jìn)行以下改進(jìn)：選擇最佳路徑時(shí)，首先選擇路由長(zhǎng)度最短的路由，在最短路由不止一條的情況下，則選擇最短路徑中剩余生存時(shí)間最長(zhǎng)max(TR)的一條路由。當(dāng)緩存器滿時(shí),就舍棄剩余生存時(shí)間路由參數(shù)最小min(TR)的路由。
    優(yōu)化DSR路由的自動(dòng)縮短機(jī)制：主要進(jìn)行以下兩方面改進(jìn)。
    (1)尋找跳數(shù)最小、所產(chǎn)生的新路由的路由質(zhì)量最好的路由。TL決定路由的質(zhì)量，取TL最大值的路由。
    (2)通過(guò)新形成鏈路的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)速度、移動(dòng)方向、位置估算出新形成鏈路的TR，來(lái)判斷是否要讓節(jié)點(diǎn)使用新的鏈路路由。如果產(chǎn)生的新鏈路的剩余時(shí)間參數(shù)TR小于原來(lái)鏈路的TR，則路由縮短機(jī)制產(chǎn)生的路由是沒(méi)有意義的，這條新鏈路被判斷為失效。采用本方案設(shè)計(jì)的路由自動(dòng)縮短機(jī)制不僅能產(chǎn)生跳數(shù)盡可能小的路由，同時(shí)還確保了新形成路由的TR不會(huì)很小。
3 改進(jìn)DSR協(xié)議的ns2仿真
3.1 仿真條件的設(shè)置
    仿真實(shí)驗(yàn)所用網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)置如下：在一個(gè)總共由180個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的寬帶無(wú)線自組網(wǎng)上進(jìn)行。接入設(shè)備由36個(gè)節(jié)點(diǎn)均勻分布在6×6的網(wǎng)格空間，所有節(jié)點(diǎn)的傳輸距離和干擾距離都相同，節(jié)點(diǎn)間的空間距離為200 m。MAC層協(xié)議采用CSMA接入，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為IEEE 802.11，傳輸速率為1.6 Mb/s，功率衰減參數(shù)為2，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為IP協(xié)議。傳輸半徑為250 m，干擾半徑為550 m，兩者比例為2.2。網(wǎng)絡(luò)采用的路由協(xié)議為DSR協(xié)議以及改進(jìn)的DSR協(xié)議，具體參數(shù)如表1所示。

3.2 改進(jìn)的DSR協(xié)議性能仿真分析
    本文將改進(jìn)的DSR協(xié)議與NS2現(xiàn)有的DSR協(xié)議的性能進(jìn)行對(duì)比，所有的仿真都是在NS2仿真平臺(tái)上進(jìn)行的。在該仿真過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)使用一條恒定速率(CBR)的數(shù)據(jù)流，由節(jié)點(diǎn)0在0~1 s之間隨機(jī)選擇一個(gè)時(shí)間往節(jié)點(diǎn)24發(fā)送數(shù)據(jù)流。仿真時(shí)間為100 s，畫(huà)出網(wǎng)絡(luò)吞吐量和時(shí)間的關(guān)系圖，進(jìn)行對(duì)比，如圖1所示。
    由圖1可知，在數(shù)據(jù)傳輸期間，改進(jìn)的DSR的吞吐量略微高于原DSR。這是因?yàn)樵诟倪M(jìn)的DSR協(xié)議中，對(duì)DSR協(xié)議的緩沖策略以及路由縮短機(jī)制進(jìn)行了優(yōu)化。當(dāng)有多條最短路由時(shí)，選擇剩余時(shí)間最大的一條；在選擇跳數(shù)較小的路由時(shí)，必須保證所選的路由的剩余時(shí)間不小于它所代替的路由，從而保證了路由選擇的質(zhì)量。而原DSR協(xié)議中，把所有跳數(shù)最小的路由都加入路由緩存表，用跳數(shù)小的路由代替跳數(shù)大的路由。因此改進(jìn)的DSR協(xié)議實(shí)現(xiàn)路由切換的代價(jià)比DSR協(xié)議小。
    測(cè)試網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的仿真環(huán)境配置與網(wǎng)絡(luò)吞吐量比較時(shí)的配置完全一致，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的情況結(jié)果如圖2所示。

    由圖2可知，在數(shù)據(jù)傳輸期間，采用改進(jìn)DSR協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延略低于采用DSR協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。由此說(shuō)明，在網(wǎng)絡(luò)路由路徑發(fā)生變化時(shí)，采用改進(jìn)DSR協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)能夠保證修改后路由的質(zhì)量，從而保持較低的時(shí)延，避免網(wǎng)絡(luò)性能在切換路由時(shí)惡化的情形。
    測(cè)試網(wǎng)絡(luò)丟包率的仿真環(huán)境配置與網(wǎng)絡(luò)吞吐量比較時(shí)的配置完全一致，網(wǎng)絡(luò)丟包率對(duì)比圖如圖3所示。

    上面的仿真實(shí)驗(yàn)表明,與DSR協(xié)議相比,改進(jìn)的DSR協(xié)議能夠使網(wǎng)絡(luò)獲得更高的吞吐量以及更低的丟包率,且其時(shí)延相應(yīng)減少。其原因是在其他設(shè)置一樣的情況下,改進(jìn)的DSR協(xié)議可以迅速地選擇跳數(shù)少、質(zhì)量高的路由,這樣可減少切換所需要的時(shí)間，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量并減少丟包率，進(jìn)而提高寬帶無(wú)線自組網(wǎng)的性能。
    本文闡述了基于路由緩沖優(yōu)化的路由協(xié)議，并在路由縮短機(jī)制的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有的按需路由協(xié)議提出了一種通用改進(jìn)方法，同時(shí)討論比較了DSR協(xié)議與改進(jìn)的DSR協(xié)議，并具體地實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的DSR協(xié)議在NS2的仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果證明了對(duì)于DSR協(xié)議的改進(jìn)協(xié)議確實(shí)具有優(yōu)于傳統(tǒng)DSR協(xié)議的特性,讓明了改進(jìn)算法的可行性。
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