摘  要： 提出了一種基于負載均衡的DYMO路由協(xié)議改進，通過仿真證明改進的DYMO路由協(xié)議實現了網絡的優(yōu)化,，增加了移動自組網的性能,。
關鍵詞： 移動自組網；Ad Hoc路由協(xié)議,；DYMO

　移動自組網MANET（Mobile Ad Hoc Networks）是由若干移動節(jié)點自行組成的網絡,，整個網絡沒有固定的基礎設施，每個節(jié)點都可以自由地移動,、加入以及退出網絡,。移動自組網的研究最初是以一個獨立網絡存在的，隨著近年來移動自組網研究的不斷深入以及固定接入網的普及,，實現Ad Hoc網絡與接入網技術的結合成為了移動自組網的一個重要研究方向,。
　移動自組網中的路由協(xié)議分為兩大類。一是先驗式路由協(xié)議,，又稱為表驅動路由協(xié)議,，這類協(xié)議類似于固定網絡的路由協(xié)議,，在任何情況下,，無論是否傳輸數據，每個節(jié)點都必須維護一張整個網絡的路由表,。二是后驗式路由協(xié)議,，又稱為按需路由協(xié)議，這類路由協(xié)議是基于移動自組網的網絡拓撲不斷變化特性而研究出的,。DYMO是最新的按需路由協(xié)議,，由IETF的移動自組網工作組提出，是AODV路由協(xié)議的后繼協(xié)議,，大量繼承了AODV路由協(xié)議的方法和機制,，并且包含了一些DSR路由協(xié)議的特性。
　本文針對DYMO路由協(xié)議和接入網的結合,，提出了基于網關發(fā)現以及網關負載均衡算法的改進LB-DYMO路由協(xié)議,，使得網絡內的節(jié)點能夠有效地分擔流量和能耗，延長節(jié)點存活時間。并通過仿真驗證LB-DYMO路由協(xié)議能更好地與接入網結合,。
1 DYMO路由協(xié)議
　DYMO路由協(xié)議的基本操作分為路由發(fā)現和路由維護兩個階段,。
　在DYMO路由協(xié)議的路由發(fā)現階段，當源節(jié)點要發(fā)送數據到目標節(jié)點時會先查找源節(jié)點內部的路由表,，如果不存在目的節(jié)點的路由條目,，源節(jié)點就先緩存要發(fā)送的數據，然后開啟一個路由發(fā)現進程,。首先,，源節(jié)點廣播發(fā)送一個路由查詢包（RREQ）到它所有的鄰居節(jié)點，這些鄰居節(jié)點收到了RREQ后再查找它們內部的路由表,，如果還是沒有目的節(jié)點的路由條目,，則這些鄰居節(jié)點繼續(xù)向它們的鄰居轉發(fā)這個RREQ包直到目的節(jié)點收到為止。DYMO包含了源動態(tài)DSR路由協(xié)議的特性,，在RREQ包轉發(fā)的過程中加入了中間節(jié)點的節(jié)點信息,。當RREQ包到達目的節(jié)點時，目的節(jié)點會往源節(jié)點地址單播發(fā)送一個路由回應（RREP）包,。源節(jié)點收到這個RREP包時,，源節(jié)點與目的節(jié)點之間的路由便建立起來了。
　路由維護階段分為兩個部分,。當一個活躍的節(jié)點檢測到其某條鄰接的鏈路斷裂時,，這個節(jié)點就會發(fā)出一個路由錯誤（RRER）包來表示這條路由已經破損且目標節(jié)點不可達。在更新路由條目時,，DYMO路由協(xié)議使用序列號來檢查條目的時效性,，序列號數值越大則表明時效性越高，每個節(jié)點內都保存其自身的序列號用來維持這個序列號機制,，該機制能很好地保證路由無環(huán),。
2 改進的LB-DYMO路由協(xié)議設計
　為了提高DYMO與接入網鏈接的效率，本文提出一種基于負載均衡算法的LB-DYMO路由協(xié)議,。
2.1 基本思想
2.1.1網關發(fā)現
　為了實現自組網與有限接入網的結合,，路由協(xié)議必須具備網關發(fā)現的能力。整個自組網絡至少需要一個連接外網的節(jié)點作為網關,，這樣才能使網絡中的各個節(jié)點實現與Internet互聯,。在移動自組網拓撲高度動態(tài)變化的環(huán)境下，能夠高效地發(fā)現網關并不容易,。
　網關發(fā)現算法可以分為主動式和被動式兩大類,，改進的LB-DYMO采用被動式網關發(fā)現算法。由于DYMO路由協(xié)議本身是一個被動式路由發(fā)現的路由協(xié)議,，因此被動式的網關發(fā)現算法的應用能起到更好的效果,。為了實現被動路由協(xié)議發(fā)現,，可以在路由協(xié)議的路由回應階段RREP包中加入IGW（網關）字段，表明該節(jié)點為網關,。新的RREP格式如圖1所示,，新加入的IGW字段利用了原來RREP報文所設置的保留位（Rsv）。
2.1.2 Load-balance（負載均衡）算法實現機制
　在LB-DYMO路由協(xié)議的網關發(fā)現過程之后,，由于移動自組網的特性,，網絡中可能存在多個網關。簡單地選取一條跳數最短的路由并不一定是最合適的路由,。在多網關的移動自組網環(huán)境下,，采用負載均衡算法不但能夠使得數據流避開帶寬較小的網關，選擇阻塞較小的網關,，還能均衡各個節(jié)點的業(yè)務流量以及能耗,。

2.2 實現方案
　路由發(fā)現階段：LB-DYMO和DYMO使用同樣的方法，如果發(fā)現到達目的地址在源節(jié)點的路由表中找不到對應路由,，那么源節(jié)點就會廣播發(fā)送RREQ包至所有鄰居節(jié)點,。
　路由回復階段：當源節(jié)點所要到達的目的地址不存在于整個自組網中，那么LB-DYMO的被動網關發(fā)送算法就會被觸發(fā),。IGW收到通往外網網段的RREQ查詢包后,，會在RREP包后加入IGW字段，表明本節(jié)點為網關,。同時在RREP包按原路徑返回源節(jié)點時,，還會綜合計算整個鏈路上的負載以及帶寬。在多網關的情況下,，源節(jié)點會收到多個RREP包用來告知源節(jié)點有多條通往目的地址的路由存在,。LB-DYMO通過RREP包返回時計算出的鏈路MetricGW值選擇合適的網關，在源節(jié)點的路由表中寫一條通往外網的默認IGW,，暫時未使用到的IGW會在路由表的默認路由下寫為備份IGW,。默認網關的使用會分配GWtmin和GWtmax。分別表示默認網關的最小生存以及最大生存時間,。
　路由維護階段：一旦默認IGW的使用時間到達了最大生存時間,，LB-DYMO則會實行新一輪的路由發(fā)現策略,，目的地為前默認IGW節(jié)點以及各個備份IGW節(jié)點,，然后通過收到的RREP包得到最新的鏈路MetricGW值，權衡之后再選出新的默認IGW節(jié)點,。
3 仿真結果及分析

　本文仿真采用NS2網絡仿真模擬軟件,，設計的仿真場景為1 500 m×1 500 m，節(jié)點數量為100個的矩形區(qū)域,，仿真時間為300 s,。NS2中選擇的節(jié)點運動模式為Random waypoint,，MAC層采用IEEE 802.11介質訪問控制協(xié)議。傳輸層采用UDP協(xié)議,，應用層發(fā)送包大小為512 B的恒定比特率（CBR）數據流,，整個自組網絡中的IGW數量為3。
　實驗結果如圖2~圖4所示,，圖2和圖3顯示的是數據包傳輸速率在5~40 packet/s情況下,，LB-DYMO與DYMO的端到端時延與歸一化路由開銷比較。由圖可知,，LB-DYMO的路由開銷和時延都在一定程度上比DYMO高,，這是由于LB-DYMO在路由回應以及路由維護階段均比DYMO復雜。圖4顯示的是在不同數據包傳輸速率下,，LB-DYMO與DYMO分組投遞率的比較,。由圖可知，加入了負載均衡算法的LB-DYMO的表現比DYMO有一定提高,。

　本文在DYMO路由協(xié)議的基礎上進行了改進,，根據各自的MetriGW值來選擇不同路徑到達不同的網關實現負載均衡。仿真結果表明,，LB-DYMO的分組投遞率較DYMO有一定程度的提高,，但是由于協(xié)議復雜度的增加，路由開銷和端到端延時也相應增加,。今后的工作將是研究如何能進一步提高LB-DYMO路由協(xié)議的各項性能,，以及如何從理論出發(fā)更好地實現自組網的網關負載均衡。
參考文獻
[1] 陳林星,，曾曦,，曹毅.移動Ad Hoc網絡：自組織分組無線網絡技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.
[2] PERKINS C,， CHAKERES I. Dynamic MANET on-demand（DYMO）routing[EB/OL]. http：//tools.ietf.org/html/draft-ietf-manet-dymo-26.
[3] 徐煒,，周少瓊，柏詩玉.移動Ad hoc網絡基于路由協(xié)議的擁塞控制[J].微型機與應用,，2011（4）：65-67.
[4] 劉銳,，曾素華.AODV路由協(xié)議負載均衡的改進[J].四川兵工學報，2008（6）：147-148.