0.引言
无线自组织网络(AD HOC)是一种不需借助任何基础设施，能够自主组织的无线网络。 网络中的节点能够随意移动，引起网络拓扑结构动态变化。网络中两个无法直接通信的移动节点需要借助其他节点进行分组转发进行通信。这要求网络中每一个节点同时觉有路由器的功能[5]，相应的路由协议必须能够适应节点之间链路的不断变化。 开发针对移动自组织网的路由协议就成为目前自组网的研究热点和难点之一。 无线自组织网络(AD HOC)DSR 协议，即移动自组织网 DSR协议，作为一种简洁有效的按需机制路由协议，是移动自组织网的有效路由协议之一。
OPNET 网络仿真软件是由美国 OPNET Technology 公司开发的一个大型的通信与计算机网络仿真软件包，为通信网和分布式系统的模拟提供了全方位的支持，是目前世界上先进的网络仿真开发和应用平台之一，它以面向研究的 OPNET Modeler 为基础，开发出了面向不同用户群的功能强大的多种产品，广泛应用于大中型企业智能化网络设计、规划、优化和管理等方面。 它采用基于包的建模机制，采用离散事件驱动的模拟机制，具有丰富的统计量收集和分析功能。本文将首先简单介绍 DSR 协议和 OPNET 网络仿真软件，再叙述基于 OPNET 仿真软件无线自组织网络 DSR 协议的具体实现过程。
1.动态源路由DSR协议简介
DSR 协议是一种按需路由协议。 它使用了源路由的路由机制 ，每一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所有的路由信息，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。只有在节点需要发送数据包并且当时节点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.为了减少路由发现过程的开销,每一个节点都包括一个缓存器，存放已经学习到的和用过的路由信息。这种按需的路由策略有效地消除了其它路由协议中间断性的路由广播报文和邻居探测报文.DSR 机制包括两部分：路由搜索和路由维护。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，源节点就发起一次路由搜索。 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，当中间节点收到一个路由请求报文时，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 所指定的目标节点的路径。 如果有则沿着该路由请求报文经过的路由向源节点反向发送一个包含路径信息的路由应答报文。如果没有则通过洪泛继续前传路由请求报文，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(由于拓扑变化或者信道差错)时，就发起一个路由错误报文给源节点，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搜索来寻找一条新的路由。
2.OPNET网络仿真平台简介
OPNET 是一种优秀的网络仿真和建模的工具， 广泛应用于大中型企业智能化网络设计、规划、优化和管理等方面。支持面向对象的建模方式，并提供图形化的编辑界面，更便于用户使用。它强大的功能和全面性几乎可以模拟任何网络设备、支持各种网络技术，除了能够模拟固定通信模型外，OPNET 的无线建模器还可用于建立分组无线网和卫星通信网的模型。 同时，OPNET 在新网络的设计以及对现有网络的分析方面都有卓越表现。它为通信协议和路由算法的研究提供与真实网络相同的环境。 此外，功能完善的结果分析器为网络性能的分析提供了有效又直观的工具。 OPNET 的 Molder 是专门用于可视化原型设计的软件，它的使用既方便了网络模型的建立，又减少了编程的工作量。 能够快速完成若干种针对性分析;使网络设计得到最优的性价比。
3.基于OPNET的DSR协议实现原理
3.1 对于 DSR 协议的分析
DSR 协议是一种源路由协议，每个分组的分组头中包含了源———目的整条路由信息。它采用路由缓存技术，用于存储源路由信息，当得到新的路由时则修改路由缓存内容。在此协议运行过程中包括非常重要的两个方面：路由发现和路由维护。
路由发现:当有数据包要发送时，源节点先检查缓存中是否有到达信宿的路由信息，若有一个非过期的路由，则可直接采用，否则就广播一个路由请求分组进行路由初始化; 路由请求分组中含有源/目的地址和一个唯一的标识符，中间节点收到后，判断其是否有到目的节点的路由，若没有，则将其地址附加到分组的路由记录中，再转发给邻近点。 为了限制路由请求分组的传播数目，只有当收到的分组信息是最新的且路由记录中没有节点地址时，节点才处理。 在收到的路由请求分组的路由记录中已包含源节点到此节点的节点序列，当目的节点进行应答时， 它将路由记录信息从路由请求分组中复制到应答分组中，若是中间节点的应答，则将缓存中到目的节点的路由附加到路由请求分组后，再放入应答分组中，在返回应答过程中先检查路由缓存中是否有到源节点的路由，若网络链路是对称的，则可采用反向解析获得，否则节点必须发起新的路由发现过程去获得到信源的路由。路由维护：在路由维护机制中，DSR 采用两种分组，也就是路由差错分组和路由的确认。 当数据链路出现致命的传播问题时，会产生一个路由差错分组，节点收到此分组后，从其路由缓存中删除出错的路由跳数，所有包括此出错跳数的路由都将被截去此段。 确认分组用于识别路由链路的正确运行。
3.2 应用 OPNET 实现 DSR 协议的原理
OPNET 支持对物理层和 MAC 层的简单仿真，它提供了一些标准模型，开发者也可以根据需要进行建模与仿真，开发所需的物理层和MAC 层模型[10]。物理层由一个发射机和一个接收机组成，具有电台传输模型、无线信道模型和接口模型。 这些模型是在由 OPNET 提供的 C源码中定义的。 模型中的链路层是采用分 IEEE802.11 协议模型。每个节点都有一个或多个无线网络接口，所有接口都具有相同的类型，通过一条定义的物理信道相连。当一个网络接口发送分组时，它将分组传输到适当的物理信道对象。该对象计算从发送节点到信道上的每个节点的传输时延，并为每个节点安排一个分组接收事件。 这个事件通知网络接口，新分组的第一个比特已经到达。这时，被接收的分组功率将与两个不同的值进行比较：载波侦听门限，接收门限。在它传送到 MAC 层之前，如果接收信号的功率低于载波侦听门限，那么分组将被认为是噪声;如果接收信号的功率高于载波侦听门限但低于接收门限，那么分组被标为错误分组;否则作为正确分组送到 MAC 层。基于 OPNET 的 DSR 协议实现原理一旦 MAC 层接收到一个分组，它将检查接收状态是否处于“空闲”。如果忙，当正在处理的分组的接收功率比到达的新分组的功率高出某个阈值( 这里设为 10dB)时，将丢弃到达的分组，允许接口继续当前的工作;否则，则认为发生冲突。如果 MAC 层空闲，当接收的分组从网络接口向上提交时，它将简单的计算分组的传输时间，为自己提供一个“分组接收完毕”的事件。 当这个事件发生时 MAC 层证实分组无误，进行目的地址过滤，然后提交协议栈。
3.3 仿真结果
考虑 3 种节点数量：25 节点、50 节点和 100 节点、 以及静止和移动状态下的协议性能的比较。 每个节点分组业务流采用轻量级的 FTP业务。 仿真时间设为 1 小时。 为了评估 DSR 路由协议的性能，我们作了以下统计量：
(1)总路由流量(Total Routing Traffic)，
(2)每路由平均跳数(Average Number of Hops per Route)，
(3)路由发现时间(Route Discovery Time)。
对于不同的移动性条件下,仿真结果如图 1、2、3 所示。
图 1 为不同节点数量下的总路由流量仿真结果，在此坐标图中共有白色、灰色、黑色三条曲线，分别为 100 个节点、50 个节点和 25 个节点数量下的总路由流量坐标图。 仿真表明随着节点数量的增加，总的路由流量呈上升趋势。原因是因为由于各节点周围的邻节点数量的增加，节点在发送路由信息数据时，需要向所有邻节点路有请求数据，因此路由数据流增加。
图 2 为不同节点数量下的每路由平均流量仿真结果，坐标中有三条曲线， 分别为 100 个节点、50 个节点和 25 个节点数量下的每路由平均流量坐标图。 仿真结果表明随着节点数的增加，每路由平均流量增加，但增加幅度并不是很大。
图 3 为不同节点数量下的路由发现时间仿真结果，坐标中有三条曲线， 分别为 100 个节点、50 个节点和 25 个节点数量下的路由发现时间坐标图。仿真结果表明随着节点数的增加，路由发现时间延长，在这一点上和每路由平均流量的改变相识，虽然增加，但增加幅度并不大。
综上所述，随着节点数目增加，总路由流量增大，每路由平均流量小幅度增加，路由发现时间小幅度延长。 基于 OPNET 实现 DSR 协议还可完成 DSR 协议的其它多项模拟和测试， 诸如路由发现时间与跳数关系等等。
4.结束语
本文利用 OPNET 网络仿真平台实现了无线自组织网络 DSR 协议，对在 OPNET 仿真平台上通过网络模型、节点模型、进程模型三层建模机制自上而下逐层设计模拟实现协议进行了研究学习，对无线自组织网络的各层技术，尤其是路由技术进行了一些研究和探讨,对无线自组织网络源路由协议从整体上对它的性能和适用环境进行了评估，从而选择最有效、最适用的技术方案。
【参考文献】
[1]RFC2501-1999.Mobile Ad hoc networking:Routing protocol performanceissues and evaluation considerations[S].
[2]Royer E M.A Review of Current Routing Protocols for Ad hoc Mobile Wereless Networds.IEEE Personal CommuNIcation,1999,4(2).
[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.计算机工程，2004(11)：43～44.
[4]王文博，张金文.OPNET 与网络仿真.人民邮电出版社，2003.10.
