隨著無線移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，基于固定通信設(shè)備的移動通信網(wǎng)絡(luò)得到了普遍的應(yīng)用，如無線局域網(wǎng)和移動蜂窩網(wǎng)等。而對于沒有事先布置好網(wǎng)絡(luò)裝置并且多變的場合，就需要一種沒有固定通信設(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)施的移動自組織網(wǎng)絡(luò)，具有動態(tài)的拓撲結(jié)構(gòu)、能夠迅速地展開使用。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(jīng)過中間節(jié)點通過多跳的方式轉(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)議都有各自的特點和適應(yīng)的場合。一般可以將Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分為表驅(qū)動路由和按需驅(qū)動路由協(xié)議兩類。DSR協(xié)議是一種典型按需驅(qū)動路由協(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(wǎng)絡(luò)設(shè)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(xiàn)，且在節(jié)點移動或者網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化的情況下也能將分組正確地傳送，提高了移動通信節(jié)點對于網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)變化的適應(yīng)能力。DSR協(xié)議包括兩大機制：路由發(fā)現(xiàn)和路由維護。
    (1)路由發(fā)現(xiàn)：DSR是一種按需路由協(xié)議，只在節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時才啟動路由發(fā)現(xiàn)過程。節(jié)點接收到數(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目的節(jié)點的路由信息，就使用洪泛技術(shù)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(yīng)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(shù)據(jù)的過程中才進行的。在分組轉(zhuǎn)發(fā)過程中如果發(fā)現(xiàn)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(shù)據(jù)包時重新發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(dǎo)致在廣播路由請求報文時，有許多中間節(jié)點同時應(yīng)答，這可能會引起“應(yīng)答風(fēng)暴”，還可能導(dǎo)致過時的路由在網(wǎng)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(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)的能量或某些重要節(jié)點的能量很快被消耗，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)的生存時間。
2 DSR協(xié)議的改進設(shè)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(shù)：
　 (1)形成時間路由參數(shù)：定義加入路由最晚的節(jié)點的時間為形成時間路由參數(shù)，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(shù)：定義路由中相鄰的節(jié)點之間構(gòu)成的鏈路從形成到失效的時間為生存時間路由參數(shù)，記為TL。
    (3)剩余生存時間路由參數(shù)：定義生存時間路由參數(shù)與路由已存活的時間參數(shù)之差為剩余生存時間路由參數(shù)，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(shù)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(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(chǎn)生的新鏈路的剩余時間參數(shù)TR小于原來鏈路的TR，則路由縮短機制產(chǎn)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(shè)計的路由自動縮短機制不僅能產(chǎn)生跳數(shù)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(shè)置
    仿真實驗所用網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)置如下：在一個總共由180個節(jié)點組成的寬帶無線自組網(wǎng)上進行。接入設(shè)備由36個節(jié)點均勻分布在6×6的網(wǎng)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(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)議以及改進的DSR協(xié)議，具體參數(shù)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(xiàn)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(wǎng)絡(luò)使用一條恒定速率(CBR)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流。仿真時間為100 s，畫出網(wǎng)絡(luò)吞吐量和時間的關(guān)系圖，進行對比，如圖1所示。
    由圖1可知，在數(shù)據(jù)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(shù)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(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。因此改進的DSR協(xié)議實現(xiàn)路由切換的代價比DSR協(xié)議小。
    測試網(wǎng)絡(luò)時延的仿真環(huán)境配置與網(wǎng)絡(luò)吞吐量比較時的配置完全一致，網(wǎng)絡(luò)時延的情況結(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DSR協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)時延略低于采用DSR協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)時延。由此說明，在網(wǎng)絡(luò)路由路徑發(fā)生變化時，采用改進DSR協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)能夠保證修改后路由的質(zhì)量，從而保持較低的時延，避免網(wǎng)絡(luò)性能在切換路由時惡化的情形。
    測試網(wǎng)絡(luò)丟包率的仿真環(huán)境配置與網(wǎng)絡(luò)吞吐量比較時的配置完全一致，網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)獲得更高的吞吐量以及更低的丟包率,且其時延相應(yīng)減少。其原因是在其他設(shè)置一樣的情況下,改進的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間，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量并減少丟包率，進而提高寬帶無線自組網(wǎng)的性能。
    本文闡述了基于路由緩沖優(yōu)化的路由協(xié)議，并在路由縮短機制的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)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(xiàn)了改進的DSR協(xié)議在NS2的仿真實驗。實驗仿真結(jié)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。
參考文獻
[1] MATSUO H, MORI K. Accelerated ants routing in dynamic networks[C]. International Conference On Software Engineering, Artificial Intelligence, Networking and Parallel/Distri-buted Computing, 2001,8:333-339.
[2] CHOUDHARY R R, BHANDHOPADHYAY S, PAUL K. A distributed mechanism for topology discovery in Ad Hoc wireless networks using mobile agents[M]. Procedings of Mobicom, 2000:145-146.
[3] HAAS Z J, PEARLMAN M R, SAMAR P. The zone routing protocol(ZRP) for Ad Hoc Networks[M]. IETF Internet Draft, 2002.  
[4] PERKINS C E. Ad Hoc networking[M]. Addison-Wesley, Boston,2001:139-172.
[5] BROCH J, JOHNSON D B, MALTZ D A. The dynamic source routing protocol for mobile Ad Hoc networks[M].IETF Internet-Draft, 1998.
[6] 吳東亞，侯朝楨,侯紫峰，等.移動自組網(wǎng)路由協(xié)議DSR性能評價[J]. 計算機應(yīng)用與軟件，2004，21(12)：66-68．
[7] 劉麗，郭中華，雍輝.一種基于權(quán)重的DSR路由改進算法[J]. 微型機與應(yīng)用, 2010,28(13):57-59,62.