Olá amigão.
Eu também já tive esse mesmo problema em vários clientes e em vários modelos de routers, 1751v, 1841, 1905, 2901, 2911, 2811.
eu não fui muito afundo nesse estudo, mais cheguei a conclusão que o serviço de dhcp nos roteadores não tem prioridade, ou algo parecido, o mesmo problema tb ocorre com um único pool no roteador, resolvi o problema transferindo os pools de dhcp para um servidor com Windows server. só consegui resultados plenamente satisfatórios com o dhcp no Windows.
Caso alguém possa explicar o que acontece também vai me ajudar.
Obrigado