基于DSR协议的Ad Hoc网络主动发现式路由协议研究

冯小鑫

【摘要】移动Ad Hoc网络是一种无中心和自组织、网络拓扑动态变化、通过多跳路由以及分布式控制的自组织网络。很多对现有路由协议的改进和增强往往过于复杂，添加了过多的能量探测，负载均衡等因素在内，会导致设计成本和生产成本的大幅增加。因此，本文基于DSR协议提出了一种新型的主动断路式路由协议AD-DSR （Automatically Disconnect -DSR）。本文从数据结构、路由发现等方面对AD-DSR协议进行了详细设计。此外，本文在NS2仿真环境下实现了AD-DSR协议，采用相同的模拟环境对DSR和AD-DSR协议进行了模拟，并对仿真实验结果进行了分析。 进而给出了结论，并对未来的研究指出了方向。

【关键词】Ad Hoc网络；路由协议；DSR；AD-DSR；主动发现

1.引言

DSR协议作为Ad Hoc网络中一种基于源路由方式的按需路由协议，由于其具有仅在需要通信的节点间维护路由，减少了路由维护的代价，用路由缓存技术减少路由发现代价及产生多种到达目的节点路由等诸多优点，因此许多研究人员都以DSR协议为基础进行研究和改进。具备很多优点的同时，DSR协议也存在着一些不足，比如节点缓存中的失效路由不能及时的更新，导致在路由发现的过程中引入失效的路由，从而造成通信质量的下降。另外在路由发现过程当中，中间节点可能返回了冗余的路由，导致节点在通信过程中一直使用路径较长的路由，从而使通信的延迟增大，丢包率增加，路由失效的几率也同时增加。同时，DSR协议当中没有考虑节点的能量均衡，这就使网络中节点比较密集的区域可能过多的使用某个链路而使该链路中的节点能量迅速消耗进而造成断路等问题。因此如何改进这些缺点便成为了对DSR协议研究的重点之一。因此，本文着眼于对DSR路由协议进行一些优化改进，以期使DSR路由协议能够在Ad Hoc网络中发挥更好的路由性能，达到节能及延长网络寿命、提高链路质量、增大网络吞吐量等目的。

2.移动Ad Hoc网络

（1）“Ad Hoc”—词来源于拉丁语，全称为“For the specific purpose only”，意思是“专门的，特别的，特设的”。简单地说，移动Ad Hoc网络是一个不需要与现有的互联网基础设施或任何其他中心控制节点相连接的网络。一个Ad Hoc网络是由多台移动主机（同时也是路由器），互相之间通过无线方式连接所形成的一个通信网络，网络中的节点可以自由移动，网络拓扑结构也随时可能发生改变。在移动Ad Hoc网中，不存在类似于移动通信蜂窝网络中预先安装的有线骨干网和基站这样的基础设施，Ad Hoc网络的运作模式，基本上是对等的多跳移动[1]。

（2）移动Ad Hoc网络的拓扑结构有两种：平面式结构和分级式结构。

（3）随着无线通信技术的不断发展，移动Ad Hoc网络应用在实际生活当中的应用也越来越广泛。与其它传统的无线网络通信相比，移动Ad Hoc网络具有以下几个显著的特点：无中心和自组织、多跳路由、动态变化的网络拓扑结构、分布式控制、移动终端的局限性、安全性较差、存在单向的无线信道等。

（4）由于移动Ad Hoc网络的特性，它的应用领域与传统的无线通信网络明显不同，更加适合于无法预先铺设基础网络设施和需要快速部署网络的场合。可以将移动Ad Hoc网络的应用领域归纳为以下几个主要方面：军事应用、灾害和突发情况的应用、传感器网络应用、临时场合应用、个人移动通信应用等。

（5）经过多年的发展，Ad Hoc网络技术已经比较成熟，但仍存在许多尚需解决的问题。目前，Ad Hoc网络的研究热点主要包括以下几个方面：路由协议、网络的安全问题、能量节省机制、QoS保证机制、网络互连技术等。

3.Ad Hoc网络路由协议

在Ad Hoc网络中，路由协议的主要作用是监控网络拓扑结构变化，交换路由信息，产生、选择和维护路由，并根据选择的路由转发数据，以提供网络的连通性。

多年来，研究者们已提出数十种Ad Hoc路由协议方案。可从不同角度对这些协议进行分类：

根据路由发现策略的不同，可将其分为表驱动路由（Table Driven Protocols）、按需驱动路由（On-Demand Driven Protocols）和混和路由；

根据网络拓扑结构的差异，可将其分为平面结构路由（Flat Protocols）和分簇路由（Clustered Protocols）；

根据是否使用GPS（Global Position System）系统作为路由辅助条件，可将其分为地理定位辅助路由和无地理定位辅助路由[3]。

4.基于DSR路由协议的改进策略

从DSR协议文档可知，在DSR协议中，由源节点发送的路由请求报文中包含本次路由请求的ID，中间结点和目标节点会根据这个ID来判断自身的缓存中是否已存在该路由请求所需的路由信息，如果有则提取缓存中的路由信息并返回给源节点，从而建立路由。

一旦路由建立成功，数据流就会在这条已经建立好的路径上传送，期间即使由于其他节点的移动产生了更短更快的路径，这条新路径也不会被正在传输的数据流所采用。因为在已建立的路径断裂之前，源节点不会再次发起新的路由请求，也就无法通过DSR的路由发现机制来发现这条已经实际存在的路径。这样就可能导致链路质量下降，数据传输率降低。

另外，由于路由缓存机制的影响，即使链路中断再次请求路由，也会首先在中间结点和目标节点的缓存中匹配请求ID，如果原来的链路因为某种原因仍然可用，数据将重新使用该路径而不会去使用其他路径，而新的更好的路径仍然无法被利用。

针对上面提出的DSR路由协议的不足，本文提出了AD-DSR（Automatically Disconnect -DSR）协议，AD-DSR协议对DSR协议做了改进，主要内容是：主动断路式路由更新。

主动断路式路由更新，是针对DSR协议中，当前链路不一定是最佳路径，各个节点缓存中的路由信息更新不够智能而提出的改进方法。由源节点主动发起路由更新请求，并使用新的请求ID，在最大可能的情况下采用最佳路由，缩短链路，减少节点使用率，延长网络生存时间。

5.结语

目前，Ad Hoc网络的大多数研究成果还停留在实验室的仿真模拟阶段，距离全面推广应用还有很长的一段路要走。在已有工作的基础上，可以在以下方面作进一步的探讨。

首先，周期性的路由发现仍然有其不可避免的问题，一部分网络带宽被路由请求、路由响应等报文所占用，如何能夠通过更进一步精细化的设计，使得节点可以做到主动探测，只在周围确实出现可利用的新链路时才开始路由发现过程，做到更加有的放矢，节约网络能量消耗，使网络利用率更加提高，是下一步可以继续进行研究的一个主要方向。

其次，从物理层到网络层，可以通过互相关联的改进办法，系统的对Ad Hoc网络的各种协议进行改造。目前多数的研究成果都是针对某一个层次进行的研究，但是由于不同网络层次之间存在相互的影响和制约。因此从整体角度考虑，利用各层的特点扬长避短，将它们有机的结合起来也对Ad Hoc网络技术走向应用起着巨大的推动作用。

最后，为了更好地深入研究，有必要更加熟练掌握NS2等网络仿真软件的使用，在以后的工作中还要继续加强学习，才能够使理论上的研究和分析真正成为实际的内容，让理论不再仅仅停留在纸面上。

参考文献

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

[2]高腾.能量高效的无线传感器网络分簇路由协议研究[D].大连理工大学，2011.

[3]李宗收.Ad Hoc网络中的典型路由协议分析研究[A].2009年全国无线电应用与管理学术会议论文集[C].2009.