隨著無線移動網絡的發(fā)展，基于固定通信設備的移動通信網絡得到了普遍的應用，如無線局域網和移動蜂窩網等。而對于沒有事先布置好網絡裝置并且多變的場合，就需要一種沒有固定通信設備也能快速組網的網絡體系。Ad Hoc網絡就是一種不依賴于固定通信設施的移動自組織網絡，具有動態(tài)的拓撲結構、能夠迅速地展開使用。Ad Hoc網絡中的節(jié)點既可當作終端，也可作為路由器使用，主要完成網絡中路由的建立、選擇和維護。對于不能直接到達的兩個節(jié)點，需要經過中間節(jié)點通過多跳的方式轉發(fā)數據，因此又叫多跳網。目前已有10~20種移動Ad Hoc網絡路由協(xié)議，每種路由協(xié)議都有各自的特點和適應的場合。一般可以將Ad Hoc網絡路由協(xié)議分為表驅動路由和按需驅動路由協(xié)議兩類。DSR協(xié)議是一種典型按需驅動路由協(xié)議，相比之下，DSR協(xié)議是Ad Hoc網絡路由協(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DSR協(xié)議的研究具有重要的意義。

1 DSR協(xié)議概述
    動態(tài)源路由協(xié)議DSR(Dynamic Source Routing Protocol)是專門為Ad Hoc網絡設計的、具有多跳無線、簡單且高效的路由協(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，且在節(jié)點移動或者網絡發(fā)生變化的情況下也能將分組正確地傳送，提高了移動通信節(jié)點對于網絡拓撲動態(tài)變化的適應能力。DSR協(xié)議包括兩大機制：路由發(fā)現和路由維護。
    (1)路由發(fā)現：DSR是一種按需路由協(xié)議，只在節(jié)點發(fā)送數據時才啟動路由發(fā)現過程。節(jié)點接收到數據后，先查找自己的路由緩存表，如果路由表中不存在可到達目的節(jié)點的路由信息，就使用洪泛技術向鄰居節(jié)點廣播路由請求報文(RREQ),鄰居節(jié)點在接收到請求報文后，緩存表存在到達目的節(jié)點的路由或者本身是目的節(jié)點，就發(fā)送一個路由應答包(RREP)，并把路由信息反饋給源節(jié)點供其使用。若沒有到達目的節(jié)點的路由或本身不是目的節(jié)點,則繼續(xù)向自己的鄰居節(jié)點發(fā)送RREQ包。
    (2)路由維護：DSR的路由維護過程是在發(fā)送數據的過程中才進行的。在分組轉發(fā)過程中如果發(fā)現某一跳鏈路不可達，中間節(jié)點向源節(jié)點發(fā)送路由出錯報文(RERR)，源路由在收到出錯報文后，當再有發(fā)往該目的節(jié)點數據包時重新發(fā)起路由發(fā)現過程，且所有收到RERR報文的源節(jié)點和中間節(jié)點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，具有開銷小、簡潔高效等特點。DSR協(xié)議也有一些缺點，主要表現在以下幾方面：(1)采用源路由方式，儲存報文傳輸過程中整個路徑節(jié)點的路由信息，浪費了寬帶資源。(2)其路由緩存機制，將導致在廣播路由請求報文時，有許多中間節(jié)點同時應答，這可能會引起“應答風暴”，還可能導致過時的路由在網路中大量擴散。(3)為滿足節(jié)點快速傳送信息需求，沒有考慮無線節(jié)點的能量問題。這會導致整個網絡的能量或某些重要節(jié)點的能量很快被消耗，最終造成網絡較快地分裂，影響了數據的傳輸效率，縮短了網絡的生存時間。
2 DSR協(xié)議的改進設計
　 針對DSR路由協(xié)議存在的不足，本文對DSR路由協(xié)議進行了改進。針對DSR緩沖器先引入以下三個參數：
　 (1)形成時間路由參數：定義加入路由最晚的節(jié)點的時間為形成時間路由參數，記為TB。t表示DSR緩沖器中路由的某一節(jié)點加入到路由中的時間，則TB=max(t)。
    (2)生存時間路由參數：定義路由中相鄰的節(jié)點之間構成的鏈路從形成到失效的時間為生存時間路由參數，記為TL。
    (3)剩余生存時間路由參數：定義生存時間路由參數與路由已存活的時間參數之差為剩余生存時間路由參數，記為TR。TC表示當前時間，則TR=TL-(TC-TB)。
    針對DSR緩沖策略存在的不足，對DSR的緩沖策略進行以下改進：選擇最佳路徑時，首先選擇路由長度最短的路由，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間最長max(TR)的一條路由。當緩存器滿時,就舍棄剩余生存時間路由參數最小min(TR)的路由。
    優(yōu)化DSR路由的自動縮短機制：主要進行以下兩方面改進。
    (1)尋找跳數最小、所產生的新路由的路由質量最好的路由。TL決定路由的質量，取TL最大值的路由。
    (2)通過新形成鏈路的移動節(jié)點速度、移動方向、位置估算出新形成鏈路的TR，來判斷是否要讓節(jié)點使用新的鏈路路由。如果產生的新鏈路的剩余時間參數TR小于原來鏈路的TR，則路由縮短機制產生的路由是沒有意義的，這條新鏈路被判斷為失效。采用本方案設計的路由自動縮短機制不僅能產生跳數盡可能小的路由，同時還確保了新形成路由的TR不會很小。
3 改進DSR協(xié)議的ns2仿真
3.1 仿真條件的設置
    仿真實驗所用網絡參數的設置如下：在一個總共由180個節(jié)點組成的寬帶無線自組網上進行。接入設備由36個節(jié)點均勻分布在6×6的網格空間，所有節(jié)點的傳輸距離和干擾距離都相同，節(jié)點間的空間距離為200 m。MAC層協(xié)議采用CSMA接入，網絡環(huán)境為IEEE 802.11，傳輸速率為1.6 Mb/s，功率衰減參數為2，網絡協(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。網絡采用的路由協(xié)議為DSR協(xié)議以及改進的DSR協(xié)議，具體參數如表1所示。

3.2 改進的DSR協(xié)議性能仿真分析
    本文將改進的DSR協(xié)議與NS2現有的DSR協(xié)議的性能進行對比，所有的仿真都是在NS2仿真平臺上進行的。在該仿真過程中，網絡使用一條恒定速率(CBR)的數據流，由節(jié)點0在0~1 s之間隨機選擇一個時間往節(jié)點24發(fā)送數據流。仿真時間為100 s，畫出網絡吞吐量和時間的關系圖，進行對比，如圖1所示。
    由圖1可知，在數據傳輸期間，改進的DSR的吞吐量略微高于原DSR。這是因為在改進的DSR協(xié)議中，對DSR協(xié)議的緩沖策略以及路由縮短機制進行了優(yōu)化。當有多條最短路由時，選擇剩余時間最大的一條；在選擇跳數較小的路由時，必須保證所選的路由的剩余時間不小于它所代替的路由，從而保證了路由選擇的質量。而原DSR協(xié)議中，把所有跳數最小的路由都加入路由緩存表，用跳數小的路由代替跳數大的路由。因此改進的DSR協(xié)議實現路由切換的代價比DSR協(xié)議小。
    測試網絡時延的仿真環(huán)境配置與網絡吞吐量比較時的配置完全一致，網絡時延的情況結果如圖2所示。

    由圖2可知，在數據傳輸期間，采用改進DSR協(xié)議的網絡時延略低于采用DSR協(xié)議的網絡時延。由此說明，在網絡路由路徑發(fā)生變化時，采用改進DSR協(xié)議的網絡能夠保證修改后路由的質量，從而保持較低的時延，避免網絡性能在切換路由時惡化的情形。
    測試網絡丟包率的仿真環(huán)境配置與網絡吞吐量比較時的配置完全一致，網絡丟包率對比圖如圖3所示。

    上面的仿真實驗表明,與DSR協(xié)議相比,改進的DSR協(xié)議能夠使網絡獲得更高的吞吐量以及更低的丟包率,且其時延相應減少。其原因是在其他設置一樣的情況下,改進的DSR協(xié)議可以迅速地選擇跳數少、質量高的路由,這樣可減少切換所需要的時間，提高網絡的吞吐量并減少丟包率，進而提高寬帶無線自組網的性能。
    本文闡述了基于路由緩沖優(yōu)化的路由協(xié)議，并在路由縮短機制的基礎上，對現有的按需路由協(xié)議提出了一種通用改進方法，同時討論比較了DSR協(xié)議與改進的DSR協(xié)議，并具體地實現了改進的DSR協(xié)議在NS2的仿真實驗。實驗仿真結果證明了對于DSR協(xié)議的改進協(xié)議確實具有優(yōu)于傳統(tǒng)DSR協(xié)議的特性,讓明了改進算法的可行性。
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