1、改进路由维护机制的动态源路由协议步海慧, 战文杰（西安通信学院，陕西，西安，710106）摘要：目的是对 Ad Hoc 网络 中按需路由协议 DSR 进行改进以提高网络的数据通信的实时性。通过对 DSR 协议 中的路由维护和路由表存储机制进行改进来完成降低网络时延的目的，并在 OPNET 上进行仿真实验。分别比较了普通 DSR 协议，带多条备用路由的 DSR 协议和本文提出改进型路由维护的 DSR 协议进行仿真，比 较三种协议下网络平均传输时延。仿真 实验证明，改进的路由协议对降低网 络平均时延是行之有效的。关键词：Ad Hoc 网络;动态源路由;路由维护The Improving Route
2、 Maintenance of DSR ProtocolBU Hai-hui, ZHAN Wen-jie(Xian Communications Institute,ShaanXi,Xian,710106)Abstract: To reduce data transform delay in Ad_hoc network worked on DSR protocol ,which is an On-Demand protocol. According as changing the route maintenance and route cache，the paper get the aim
3、to reduce data transform delay. And do some simulations on OPNET. The paper compare three different DSR protocol: normal DSR, DSR with standby route in route cache, and the improved DSR protocol. Simulations results show that the the improved DSR protocol is effective in reduce the network average d
4、ata transform delay.1 引言无线 Ad Hoc 网络，也称移动自组网(MANET) 1,2，是一种没有固定基础设施(即没有固定的路由器、无线基站) 的网络，网络中结点可以随时移动，引起网络拓扑动态变化，这给 Ad Hoc 网络路由协议的设计带来很多困难。随着组成 Ad Hoc 网络的网络节点的移动速度的加快和应急通信变幻复杂的通信环境，以及由于通信节点的电源负载过大而导致的被动关机等情况，现代的 Ad Hoc 网络应用中通信节点随机退出的情况越来越多。在无线 Ad hoc 网络中由于节点频繁移动和无线信道本身的性质，路由失效经常发生。尽量在路由失效的情况下快速的建立新路由，
5、是提高网络数据传输的实时性急需解决的首要问题。在目前几种主要的 Ad Hoc 按需路由协议如 DSR3、AODV4、TORA 中，路由维护通常都是在发现路由失效后，由发送数据包请求的源节点重新发送路由发现请求，通常会导致数据传输的时延过 长，网络实时通信的效率差等问题。为此，结合动态源路由（DSR）协议路由维护机制，提出一种新的路由维护机制，原则是在失效节点处就地开始以泛洪的方式发送路由发现。仿真实验表明，与 DSR协议性能相比，该路由协议能有效降低路由失效时数据传输时延，改善实时业务的传输质量。2 路由协议路由协议主要由路由发现和路由维护组成。本文提出的路由协议是在原有 DSR 上扩展了路由
6、维护机制，在路由发现时只保存最短路由，即对 DSR 协议的路由表加以改进，每次将随机获得的路由与路由表的路由进行比较，保证每对源节点和目的节点之间只保留一条最短路径。路由维护采用了在无效节点的前一跳的位置开始路由发现。2.1 DSR 协议DSR 协议是一种典型的按需路由协议。它的特点是使用源路由的路由机制，每个需要发送的数据包都在其头部包含了从源节点到目的节点的所有路由信息，因此中间节点并不需要实时地维护网络路由来转发数据包。只有在需要发送数据包但又不知道目的节点完整路由的情况下，节点才会激活路由发现机制寻找到达目的地的路由。这种按需的路由策略有效地消除了其他路由协议中断性的路由广播报文和邻居
7、探测报文。DSR 机制包括两部分：路由发现和路由维护。当某个源节点要发送一个数据分组，但本身缓存中不具有到达目标节点的路由信息时，就发起一次路由发现。为了建立一条路由，源节点洪泛一个具有唯一 ID 的路由请求报文 (RRP)，当中间节点收到一个具有唯一 ID 的 RRP 时，它首先判断是否收到过该 ID 的请求，如果有则丢弃，如果没有，则检查缓存中是否具有到达该 RRP 所指定目标节点的路径。如果有则沿着该 RRP 经过的路由向源节点反向发送一个包含路径消息(RRL)的路由应答报文。如果没有则通过洪泛继续前传 RRP，一直到达目标节点。通过路由维护机制，当路径中的某个节点发现路径失效(由于拓扑
8、变化或者信道差错) 时，就发起一个路由错误报文 (REP)给源节点，源节点尝试使用缓存中的其它可以到达目标节点的路径，或者再一次发起路由发现来寻找一条新路由。2.2 无效节点处启动路由发现协议A 改进后的路由发现路由发现和 DSR 相同，路由建立通过广播路由请求分组进行；成功获得的路由存放在节点的路由表中。DSR 中运行路由表中存放多条两个节点间的路由，虽然可以提高路由备用数量并能降低路由发现的次数，但会增大路由表的容量，有时候会存放多条无效路由。仿真实验表明，通过增加备用路由的数目虽然能搞提高源节点成功发送数据的概率，但是提高的并不明显，特别是在网络环境中节点随机退出的次数较多的情况下，增加
9、备用路由对网络中数据的传送的实时性的帮助很小，反而会浪费节点每次存储新路由的电耗。基于此，提出一个在节点中只保存一条源节点和目的节点之间的路由。在节点发信新路由情况下，使之与路由表中的已有路由进行比较。以路由中跳数为参数，选择并保留最短路径。B 改进后的路由维护路由维护本质上和路由发现过程相同。DSR 协议使用被动式路由维护，即，在某一段链路失效后，由失效链路的前驱节点向业务源节点发送路由错误分组通知路由失效;然后，源节点再重新查找路由缓存或重新进行路由发现。被动维护机制导致较大的数据传输延迟和丢失。本文提出的路由维护机制是就地发起路由发现请求机制。当出现无效链路时，在无效节点的前一跳立刻发起
10、路由发现请求，并以泛洪的方式发送给其周围节点（其前一跳节点除外） 。该路由维护机制的优势在于不必给从业务的源节点开始起重新进行路由发现，可以有效地利用该无效路由中的有效部分，即从业务源节点至无效节点前一跳处，路由仍然可用。这样可以大大缩短建立新路由的时间，降低时延。当发起新的路由发现的节点获得新路由后，会将此新路由返回给业务源节点与该节点之间的所有节点，并按照新路由继续传送业务数据包。若发起新路由发现的节点在规定时间内没有得到路由确认（ACK）数据包，即没有成功的获得新路由，此时它给原路由中其前一跳节点发送一个数据包，并让其开始新的路由发现过程。依次，直至发现新的路由为止。3 协议性能分析前面
11、详细介绍了 DSR 改进后协议涉及的路由发现、路由表和逆向路由维护等算法。为了分析该路由协议的性能,本节介绍在 OPNET 仿真软件上做的仿真实验。该协议在 OPNET 中的实现包括对原有 DSR 协议的路由发现、路由维护模块的扩展和改进,及新的路由表的存储方式。其中新的路由协议实现是通过修改 OPNET 中定义于 dsr_routing_layer（图 1）的DSR 协议实现来完成的。其中路由发现的的发送包无需改动，改动的路由维护是通过改变图 1 中ERROR 事件引起的状态变化的实现来完成的；保存新路由的存储方式是通过改变图 1 中路由确认信息 ACK 事件来完成的。图 1 dsr_rou
12、ting_layer 的进程模型 图 2 16 个节点仿真场景3.1 仿真场景仿真场景（图 2）为 16 个无线节点组成的 Ad hoc 网络,节点的传输范围为 250 米。实验时选择了500 米500 米的矩形作为节点移动的区域。仿真时间长度为 600 秒。移动模型采用了 RandomWay-point 运动模型,每个节点每隔一个等待时间后,在所规定的网络覆盖范围内 ,随机地选择一个值,按该速度恒定地移向目标位置。到达该节点后,暂停一个等待时间,再计算下一个目的位置,如此反复。3.2 数据传输效率实验为了说明本协议在无效路由出现时数据传输的有效性，将节点设定会可以随机退出网络的情况较多，将节
13、点的移动数据设置为最大 30m/s,增大网络中出现无效路由的概率。从网络平均时延来讨论改进后的路由维护对数据传输时效性的影响。分别比较了 3 种协议下的网络数据包的传输时延。如下图，DSR 代表一般的动态源协议，DSR Link 是增加了备用路由的动态源协议， DSRUpdate 是本文提出的改进的路由维护机制的动态源协议。图 3 数据包传输时延对比图3.3 结果分析从仿真实验结果中可以看出，本文提出的改进的路由维护机制对降低网络平均时延是有效的。改进的路由协议的网络平均时延的试验值低于 DSR 路由和带有多条备用路由的 DSR 的平均时延。本文提出的改进型 DSR 协议在业务数据量较大的通信
14、中具有很大的实用价值。参考文献1David B.Johnson and David A.Malt， “Dynamic Source Routing in Ad Hoc Wireless Networks”M.Mobile Computing， Chapter5，kluwer Academic Publishers，1996.153-181.2张筱，张光昭.无线特定网络Ad Hoc 网络J.广东通信技术，2001，(9)：6-10.3 许力，王敏强，郑宝玉.一种新的基于 DSR 的移动自组网节能路由策略J.计算机工程，2004，(11)：43-44.4lee Sung-ju，Gerla M.AODV-BR:backup routing in Ad hoc net-worksJ.WCNC，2000. 作者简介：步海慧，男，1982.10， 2006 年毕业于山东大学，计算机专业工学硕士；06 年至今，任教于西安通信学院通信装备管理系计算机教研室。主要研究方向为：人工智能-自然语言处理，无线自组织网络通信协议。
