基于DSR協(xié)議的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)主動發(fā)現(xiàn)式路由協(xié)議研究

馮小鑫

【摘要】移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種無中心和自組織、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化、通過多跳路由以及分布式控制的自組織網(wǎng)絡(luò)。很多對現(xiàn)有路由協(xié)議的改進(jìn)和增強(qiáng)往往過于復(fù)雜，添加了過多的能量探測，負(fù)載均衡等因素在內(nèi)，會導(dǎo)致設(shè)計成本和生產(chǎn)成本的大幅增加。因此，本文基于DSR協(xié)議提出了一種新型的主動斷路式路由協(xié)議AD-DSR （Automatically Disconnect -DSR）。本文從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、路由發(fā)現(xiàn)等方面對AD-DSR協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計。此外，本文在NS2仿真環(huán)境下實現(xiàn)了AD-DSR協(xié)議，采用相同的模擬環(huán)境對DSR和AD-DSR協(xié)議進(jìn)行了模擬，并對仿真實驗結(jié)果進(jìn)行了分析。 進(jìn)而給出了結(jié)論，并對未來的研究指出了方向。

【關(guān)鍵詞】Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議；DSR；AD-DSR；主動發(fā)現(xiàn)

1.引言

DSR協(xié)議作為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中一種基于源路由方式的按需路由協(xié)議，由于其具有僅在需要通信的節(jié)點間維護(hù)路由，減少了路由維護(hù)的代價，用路由緩存技術(shù)減少路由發(fā)現(xiàn)代價及產(chǎn)生多種到達(dá)目的節(jié)點路由等諸多優(yōu)點，因此許多研究人員都以DSR協(xié)議為基礎(chǔ)進(jìn)行研究和改進(jìn)。具備很多優(yōu)點的同時，DSR協(xié)議也存在著一些不足，比如節(jié)點緩存中的失效路由不能及時的更新，導(dǎo)致在路由發(fā)現(xiàn)的過程中引入失效的路由，從而造成通信質(zhì)量的下降。另外在路由發(fā)現(xiàn)過程當(dāng)中，中間節(jié)點可能返回了冗余的路由，導(dǎo)致節(jié)點在通信過程中一直使用路徑較長的路由，從而使通信的延遲增大，丟包率增加，路由失效的幾率也同時增加。同時，DSR協(xié)議當(dāng)中沒有考慮節(jié)點的能量均衡，這就使網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點比較密集的區(qū)域可能過多的使用某個鏈路而使該鏈路中的節(jié)點能量迅速消耗進(jìn)而造成斷路等問題。因此如何改進(jìn)這些缺點便成為了對DSR協(xié)議研究的重點之一。因此，本文著眼于對DSR路由協(xié)議進(jìn)行一些優(yōu)化改進(jìn)，以期使DSR路由協(xié)議能夠在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮更好的路由性能，達(dá)到節(jié)能及延長網(wǎng)絡(luò)壽命、提高鏈路質(zhì)量、增大網(wǎng)絡(luò)吞吐量等目的。

2.移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)

（1）“Ad Hoc”—詞來源于拉丁語，全稱為“For the specific purpose only”，意思是“專門的，特別的，特設(shè)的”。簡單地說，移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一個不需要與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施或任何其他中心控制節(jié)點相連接的網(wǎng)絡(luò)。一個Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是由多臺移動主機(jī)（同時也是路由器），互相之間通過無線方式連接所形成的一個通信網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點可以自由移動，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也隨時可能發(fā)生改變。在移動Ad Hoc網(wǎng)中，不存在類似于移動通信蜂窩網(wǎng)絡(luò)中預(yù)先安裝的有線骨干網(wǎng)和基站這樣的基礎(chǔ)設(shè)施，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作模式，基本上是對等的多跳移動[1]。

（2）移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有兩種：平面式結(jié)構(gòu)和分級式結(jié)構(gòu)。

（3）隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在實際生活當(dāng)中的應(yīng)用也越來越廣泛。與其它傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)通信相比，移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具有以下幾個顯著的特點：無中心和自組織、多跳路由、動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分布式控制、移動終端的局限性、安全性較差、存在單向的無線信道等。

（4）由于移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特性，它的應(yīng)用領(lǐng)域與傳統(tǒng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)明顯不同，更加適合于無法預(yù)先鋪設(shè)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和需要快速部署網(wǎng)絡(luò)的場合?？梢詫⒁苿覣d Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域歸納為以下幾個主要方面：軍事應(yīng)用、災(zāi)害和突發(fā)情況的應(yīng)用、傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、臨時場合應(yīng)用、個人移動通信應(yīng)用等。

（5）經(jīng)過多年的發(fā)展，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但仍存在許多尚需解決的問題。目前，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的研究熱點主要包括以下幾個方面：路由協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)的安全問題、能量節(jié)省機(jī)制、QoS保證機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)等。

3.Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議

在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，路由協(xié)議的主要作用是監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，交換路由信息，產(chǎn)生、選擇和維護(hù)路由，并根據(jù)選擇的路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，以提供網(wǎng)絡(luò)的連通性。

多年來，研究者們已提出數(shù)十種Ad Hoc路由協(xié)議方案。可從不同角度對這些協(xié)議進(jìn)行分類：

根據(jù)路由發(fā)現(xiàn)策略的不同，可將其分為表驅(qū)動路由（Table Driven Protocols）、按需驅(qū)動路由（On-Demand Driven Protocols）和混和路由；

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的差異，可將其分為平面結(jié)構(gòu)路由（Flat Protocols）和分簇路由（Clustered Protocols）；

根據(jù)是否使用GPS（Global Position System）系統(tǒng)作為路由輔助條件，可將其分為地理定位輔助路由和無地理定位輔助路由[3]。

4.基于DSR路由協(xié)議的改進(jìn)策略

從DSR協(xié)議文檔可知，在DSR協(xié)議中，由源節(jié)點發(fā)送的路由請求報文中包含本次路由請求的ID，中間結(jié)點和目標(biāo)節(jié)點會根據(jù)這個ID來判斷自身的緩存中是否已存在該路由請求所需的路由信息，如果有則提取緩存中的路由信息并返回給源節(jié)點，從而建立路由。

一旦路由建立成功，數(shù)據(jù)流就會在這條已經(jīng)建立好的路徑上傳送，期間即使由于其他節(jié)點的移動產(chǎn)生了更短更快的路徑，這條新路徑也不會被正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流所采用。因為在已建立的路徑斷裂之前，源節(jié)點不會再次發(fā)起新的路由請求，也就無法通過DSR的路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制來發(fā)現(xiàn)這條已經(jīng)實際存在的路徑。這樣就可能導(dǎo)致鏈路質(zhì)量下降，數(shù)據(jù)傳輸率降低。

另外，由于路由緩存機(jī)制的影響，即使鏈路中斷再次請求路由，也會首先在中間結(jié)點和目標(biāo)節(jié)點的緩存中匹配請求ID，如果原來的鏈路因為某種原因仍然可用，數(shù)據(jù)將重新使用該路徑而不會去使用其他路徑，而新的更好的路徑仍然無法被利用。

針對上面提出的DSR路由協(xié)議的不足，本文提出了AD-DSR（Automatically Disconnect -DSR）協(xié)議，AD-DSR協(xié)議對DSR協(xié)議做了改進(jìn)，主要內(nèi)容是：主動斷路式路由更新。

主動斷路式路由更新，是針對DSR協(xié)議中，當(dāng)前鏈路不一定是最佳路徑，各個節(jié)點緩存中的路由信息更新不夠智能而提出的改進(jìn)方法。由源節(jié)點主動發(fā)起路由更新請求，并使用新的請求ID，在最大可能的情況下采用最佳路由，縮短鏈路，減少節(jié)點使用率，延長網(wǎng)絡(luò)生存時間。

5.結(jié)語

目前，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的大多數(shù)研究成果還停留在實驗室的仿真模擬階段，距離全面推廣應(yīng)用還有很長的一段路要走。在已有工作的基礎(chǔ)上，可以在以下方面作進(jìn)一步的探討。

首先，周期性的路由發(fā)現(xiàn)仍然有其不可避免的問題，一部分網(wǎng)絡(luò)帶寬被路由請求、路由響應(yīng)等報文所占用，如何能夠通過更進(jìn)一步精細(xì)化的設(shè)計，使得節(jié)點可以做到主動探測，只在周圍確實出現(xiàn)可利用的新鏈路時才開始路由發(fā)現(xiàn)過程，做到更加有的放矢，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能量消耗，使網(wǎng)絡(luò)利用率更加提高，是下一步可以繼續(xù)進(jìn)行研究的一個主要方向。

其次，從物理層到網(wǎng)絡(luò)層，可以通過互相關(guān)聯(lián)的改進(jìn)辦法，系統(tǒng)的對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的各種協(xié)議進(jìn)行改造。目前多數(shù)的研究成果都是針對某一個層次進(jìn)行的研究，但是由于不同網(wǎng)絡(luò)層次之間存在相互的影響和制約。因此從整體角度考慮，利用各層的特點揚(yáng)長避短，將它們有機(jī)的結(jié)合起來也對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)走向應(yīng)用起著巨大的推動作用。

最后，為了更好地深入研究，有必要更加熟練掌握NS2等網(wǎng)絡(luò)仿真軟件的使用，在以后的工作中還要繼續(xù)加強(qiáng)學(xué)習(xí)，才能夠使理論上的研究和分析真正成為實際的內(nèi)容，讓理論不再僅僅停留在紙面上。

參考文獻(xiàn)

[1]IETF Mobile Ad-Hoc Networks（MANET）Working Group Charter.http：//www.ietf.org/html.charters/manet-charter.html.

[2]高騰.能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議研究[D].大連理工大學(xué)，2011.

[3]李宗收.Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的典型路由協(xié)議分析研究[A].2009年全國無線電應(yīng)用與管理學(xué)術(shù)會議論文集[C].2009.