基于DSR算法的MANET設(shè)計

賀蘊彬

摘 要 MANET（Mobile Ad Hoc Network）是移動自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其在工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。本文基于DSR算法的MANET設(shè)計研究，將DSR（Dynamic Source Routing）路由算法在MANET網(wǎng)絡(luò)中進行改進，解決目前MANET節(jié)點頻繁移動問題，進而設(shè)計DSR路由算法改進方案，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，使其符合工業(yè)生產(chǎn)控制要求，能夠解決無線自組網(wǎng)問題，實現(xiàn)有效的、穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)通信。

【關(guān)鍵詞】DSR算法 MANET網(wǎng)絡(luò) 路由算法 無線自組網(wǎng)

1 MANET網(wǎng)絡(luò)概述

MANET是移動自組織網(wǎng)絡(luò)，被稱為移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，它由多個移動無線節(jié)點組成，具有無中心、自組織、分布式的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)特點，滿足快速、輕量的創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)通信。MANET網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點具有相同的地位和目的，可任意增加和減少節(jié)點，不會對網(wǎng)絡(luò)其他鏈路通信造成影響。MANET由于節(jié)點發(fā)射功率限制、環(huán)境限制等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的鏈接保障性較差。

總結(jié)MANET網(wǎng)絡(luò)特點主要包括：無中心自組織、輕量部署生存周期短、多跳網(wǎng)絡(luò)策略擴展性強、節(jié)點隨機移動網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)性。其相比傳統(tǒng)的有限網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面無中心，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化、無基礎(chǔ)設(shè)施支持，配置速度快、分布式進行控制管理。但是其安全性和服務(wù)質(zhì)量較差、生存時間較短，網(wǎng)絡(luò)健壯性困難。

2 DSR路由算法

DSR路由算法屬于被動式路由算法，被動式路由對于無中心的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有較好的適用性，其算法簡單、易于優(yōu)化、便于移植。DSR算法實現(xiàn)源路由機制，在數(shù)據(jù)包傳輸過程中，需要在數(shù)據(jù)包頭部添加路由信息，當(dāng)路由發(fā)現(xiàn)過程中會帶來很大的消耗，所以需要在節(jié)點內(nèi)設(shè)置路由表對路由信息進行存儲，并通過路由的維護來調(diào)節(jié)節(jié)點實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化。

路由的發(fā)現(xiàn)過程會首先查看路由表內(nèi)是否存在節(jié)點信息，若自身內(nèi)部路由表存在到目的節(jié)點信息則直接使用，若無則需要發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)以泛洪廣播發(fā)送路由請求包。

路由請求數(shù)據(jù)包是由源節(jié)點地址（Sid）、目標(biāo)節(jié)點地址（Did）、數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)路徑（Route record）和路由請求包序列號（Request id）構(gòu)成。為了保證降低路由發(fā)現(xiàn)能耗開銷，根據(jù)源及誒單地址和請求包序列號判斷是否為首次收到數(shù)據(jù)包，若是首次收到數(shù)據(jù)包則進行連接，否則則放棄連接。在目的節(jié)點收到所需路由答應(yīng)數(shù)據(jù)包。DSR路由算法發(fā)現(xiàn)過程為初始化數(shù)據(jù)檢查節(jié)點本身是否含有目的及誒單路由信息，若有則啟動路由建立連接，若沒有則啟動路由建立泛洪路由請求判斷是否存在目的節(jié)點，若是存在則發(fā)送路由應(yīng)答，源節(jié)點接收到應(yīng)答建立連接，若不存在目的節(jié)點則判斷是否緩存有到目的節(jié)點的路由信息，若有則發(fā)送路由應(yīng)答，源節(jié)點接收到應(yīng)答建立連接，若無則判斷是否達到最大跳數(shù)限制，若未達到則返回再次進行搜索，若達到限制則路由建立連接失敗。當(dāng)路由連接中斷，節(jié)點會向源及誒單反向發(fā)送錯誤信息包，當(dāng)節(jié)點收到錯誤信息包后會將該路由信息刪除。若是源節(jié)點在一定時間內(nèi)沒有收到答應(yīng)包則會認(rèn)為路由連接可能中斷或者信息不可用，會刪除其路由表中對應(yīng)的路由信息。

3 DSR路由算法改進

移動節(jié)點會產(chǎn)生無限媒介的競爭，設(shè)A為信息的發(fā)送點，B、CWie接收點，設(shè)AB兩點距離為x，C與B的競爭其處于區(qū)域SAB，競爭概率，概率積分區(qū)間等于中心點在A半徑x圓周[0，r]，得到競爭概率期望值為

，移動節(jié)點接收同條信息的數(shù)量越多其競爭概率越大。

為了提高DSR路由算法效率，需要進行降低路由發(fā)現(xiàn)消耗、減少路由發(fā)現(xiàn)過程的發(fā)起次數(shù)、設(shè)置計時字段、限制路由表記錄數(shù)并建立等待路由應(yīng)答表。同時，DSR算法按需分配對其進行優(yōu)化進行網(wǎng)絡(luò)包格式統(tǒng)一定義。

降低路由發(fā)現(xiàn)能耗設(shè)置網(wǎng)絡(luò)中的任意兩個節(jié)點之間的最大路由為4跳，為每個網(wǎng)絡(luò)包設(shè)置一個生存時間值，其初始值為為4，每條路徑最大包含5個節(jié)點，當(dāng)每次進行網(wǎng)絡(luò)包轉(zhuǎn)發(fā)都會較少一次生存時間值。減少路由發(fā)現(xiàn)過程的發(fā)起次數(shù)以中間節(jié)點獲取應(yīng)答包后提取路由信息，進而獲得節(jié)點到到源點和目的節(jié)點的路由。DSR是被動路由算法，路由表信息具有一定的時效性，所以為路由表設(shè)置生存計時字段，每一條信息都具有計時字段，可記錄節(jié)點信息被記錄的時間，當(dāng)提取有效信息時需要在網(wǎng)絡(luò)包里盡可能多的進行提取。為了解決存儲器資源科設(shè)置節(jié)點路由表中的記錄條數(shù)限制在10條以內(nèi)，若路由表存滿則按照一定策略進行淘汰。為了防止節(jié)點頻繁發(fā)送路由請求，建立等待路由應(yīng)答表按照順序回復(fù)答應(yīng)包。

4 基于DSR算法的MANET設(shè)計

4.1 DSR定義

DSR定義包括網(wǎng)絡(luò)包和各類表的格式定義，網(wǎng)絡(luò)包的格式定義路由請求包RREQ、路由應(yīng)答包RREP、源路由包DATA、路由出錯信息包REER。源路由節(jié)點ID使用SID字段表示，節(jié)點有效ID取值范圍（1，254），以0表示無效ID，255表示所有節(jié)點，目的節(jié)點ID使用DID字段表示，包的序列號使用QID字段表示，取值范圍（0-65535），包的轉(zhuǎn)發(fā)路徑使用Path字段表示，包的生存時間值使用TTL字段表示，數(shù)據(jù)段有效長度使用DLen字段表示，取值（0，16），Reserved位屬性擴展保留字段，DATA表示數(shù)據(jù)字段。

4.2 節(jié)點程序

在組網(wǎng)無線通信中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可作為終端節(jié)點、路由節(jié)點、交互節(jié)點存在，MANET節(jié)點程序框架包括主程序、串口中斷函數(shù)、定時器中斷函數(shù)和nRF中斷函數(shù)。主程序負(fù)責(zé)任務(wù)的調(diào)度和處理，串口中斷函數(shù)負(fù)責(zé)實時接收串口命令和維護串口接收緩沖，定時器中斷函數(shù)負(fù)責(zé)維護時鐘計時，nRF中斷函數(shù)負(fù)責(zé)實時接收網(wǎng)絡(luò)包，維護nRF緩沖區(qū)。每個節(jié)點有且僅有一張路由表，最多可記錄10條信息，路由信息按照FIFO策略進行更新，由Time字段記錄信息有效時間，當(dāng)Time=0時則節(jié)點失效。為每個節(jié)點配置SID_QId快查表，記錄節(jié)點收到網(wǎng)絡(luò)包的，Count字段記錄節(jié)點接收網(wǎng)絡(luò)包的次數(shù)。在nRF中斷緩沖區(qū)記錄節(jié)點收到的網(wǎng)絡(luò)包，當(dāng)節(jié)點中有效數(shù)據(jù)通過源路由包發(fā)送，路由表力無對應(yīng)路由信息則需要將路由包記錄在待發(fā)任務(wù)表中，等待條件滿足后發(fā)送，使用State字段表示待發(fā)狀態(tài)。

5 結(jié)語

本文對DSR算法進行改進，以滿足工業(yè)控制、傳感網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域?qū)ANET的需求，在MANET節(jié)點設(shè)計中對網(wǎng)絡(luò)包和各類表格式進行定義，構(gòu)建節(jié)點程序，實現(xiàn)多任務(wù)調(diào)用和事件實施響應(yīng)，提高MANET的使用效率，解決節(jié)點頻繁移動問題，將DSR協(xié)議中的路由算法在自定義MANET協(xié)議棧中優(yōu)化和移植，具有良好的路由優(yōu)化策略。

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作者單位

昭通學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 云南省昭通市 657000