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通信学论文-基于Ad Hoc和移动IP的无线移动网络技术分析与研究.doc通信学论文-基于Ad Hoc和移动IP的无线移动网络技术分析与研究.doc -- 2 元

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通信学论文基于AdHoc和移动IP的无线移动网络技术分析与研究摘要简要介绍了AdHoc和移动IP的工作原理,探讨了一种基于AdHoc和移动IP集成的无线移动网络体系结构,并分析了其工作过程和服务性能。关键词AdHoc移动IP无线移动网络0引言随着互联网和移动通信技术的飞速发展,无线移动互联网(WirelessMobileInternet)正日益受到人们的关注。它使全球网络基础设施可以实现随时、随地、无缝地接入,从根本上改变了全球通信业的面貌。目前,通过移动IP实现AdHoc接入Internet以拓展互联网的无线应用范围,正成为无线移动网络技术的研究热点。1AdHoc网络和移动IP技术概述1.1AdHoc网络概述AdHoc网络即自组网(SelfOrganizedNetwork),是一种特殊的对等式网络,它使用无线通信技术,由一组带有无线收发装置的移动节点组成,网络中所有节点的地位平等,无需设置任何的中心控制节点,也被称为多跳无线网(MultihopWirelessNetwork)、无固定设施的网络(InfrastructurelessNetwork),具有无中心、自组织、多跳路由、动态拓扑等特点。AdHoc网络通过移动节点间的相互协作来进行网络互联,而不依赖于任何固定的网络基础设施,每个移动节点都具有报文转发能力当一个节点需要和另一个节点通信时,它或使用直接的无线链路,或通过到目的节点的多个中间节点的转发,即经过多跳路由,从而实现网络的自动组织和运行。AdHoc网络路由协议通常被分为两类先验式(proactive)和反应式(reactive)。先验式协议通过周期性路由控制信息的交换,每个节点始终维护到网络中所有节点的路由,如DSDV和OLSR反应式协议在节点需要时才发现路由,并且仅维护活动路由,如AODV和DSR。1.2移动IP概述移动IP是用于移动主机移动性管理的一组网络层协议,其目的是使移动中的主机在保持原IP地址不变的条件下能保持通信,类似于移动电话系统中的漫游,可适用于各种不同类型的移动通信系统。它定义了四个功能实体移动主机(mobilehost)、通信主机(correspondinghost)、家乡代理(homeagent)和外地代理(foreignagent)。移动主机是一个能在子网间移动的主机,当Internet上的通信主机向移动主机发送IP数据包时,数据包将交付到移动主机的家乡网络,若移动主机离开了家乡网络,数据包将通过隧道(tunnel)机制交付到外地网络,外地代理负责拆封数据包并转发到移动主机。2AdHoc和移动IP集成原因分析AdHoc网络有很强的独立性,但它所使用的路由算法大多数只适用于单个AdHoc网络,很少涉及如何实现AdHoc网络与Internet的互联,这些因素使它难以大范围与互联网通信。移动IP使节点在不同的子网间切换时仍可保持正在进行的通信,它提供了一种IP路由机制,使移动节点能够以一个永久的IP地址连接到任何子网中,它的扩展性使其能在整个Internet上应用。为了达到AdHoc网络中的移动主机可以在不同的AdHoc网络间移动和随时接入互联网,我们利用移动IP的可扩展及可在不同网络中漫游的特性,从而实现AdHoc网络与Internet的互联。3AdHoc和移动IP结合的体系结构及工作过程近几年,许多国内外学者从事AdHoc网络和移动IP集成方面的研究,并且提出了不同的解决方案。在此我们以图1所示的简单结构模型为例来探讨AdHoc和移动IP的结合思想及工作过程。图1体系结构3.1体系结构在图1所描述的体系结构中,无线移动网络由多个AdHoc网组成,每个AdHoc网相当于一个子网,它们都通过相应的网关(即基站)接入Internet,每个网关需配置两块网卡一块连接有线网络,另一块连接无线网络,其职责是在AdHoc网和Internet之间转发/中继数据包为支持移动IP,每一个网关还同时扮演外地代理的角色,周期性地广播代理公告消息,同时运行AdHoc路由协议、移动IP协议和Internet路由协议,保证AdHoc网内的节点利用自组网路由协议来创建和维持路由,并通过移动IP实现移动节点的移动管理。由于移动节点与网关之间可以进行多跳通信,在不添加任何固定设施的情况下,只要有一个支持移动IP的网关节点能够访问Internet,网络就能有效地访问Internet。3.2工作过程在上述无线移动网络中,通过移动IP实现AdHoc接入Internet的几个主要过程简述如下(1)网关发现。网关发现是AdHoc与Internet连接的一个关键技术,通过合适的网关发现方法可以同时解决地址分配及路由等问题。当AdHoc网的移动节点要向其它节点发送数据包时,首先要判断目的节点是否在本网内,这时节点根据路由协议发起路由查找,如果找到就判定目的节点在网内,并使用AdHoc网络路由协议进行通信,如果找不到就判断目的节点在Internet中,就需要通过网关进行外部访问。通常,网关节点通过网关通告算法周期性地在本AdHoc网内发布网关信息通告,以表明它是当前可用的Internet接入网关,当AdHoc网中的节点想要发送数据到Internet节点时,它首先必须将数据发送到网关。对于AdHoc网节点,每当它收到(以直接或间接方式)一个网关通告消息之后,就会立即记录下该网关的信息(包括其IP地址、路由信息以及该信息的有效期TTL等),当需要同本AdHoc之外的节点通信时,便向选择的网关发送接入请求消息,网关决定是否接受该请求,并发送Accept/Reject消息通知该节点。为了避免因多个AdHoc网重叠而造成网关的服务范围变得不清晰,可设置一个参数N来限定网关的服务范围,任何在网关N跳范围内的移动主机可获得网关的服务,如图1中网关G1的服务范围(椭圆范围内区域)N3,主机A虽然和自组网1相连,但它不在网关G1的服务范围内若一台主机处在多个网关的服务范围内,它可以选择距离自己最近(跳数最小)的网关,图1中B、C同时位于自组网2和自组网3中,而B选择网关G2,C选择网关G3。(2)协议转换。网关同时运行AdHoc路由协议、移动IP协议和Internet路由协议,为了确保采用不同的协议AdHoc与Internet进行通信,网关实现了AdHoc协议和Internet中的TCP/IP协议的转换。(3)地址转换。移动节点将数据包发送到网关节点后,网关对发往目的节点的数据包进行封装,通过网络地址转换(NAT)将数据包的源地址改为自己的地址,并将外层报头的目的IP地址设为外地代理的IP地址,从而将数据包转换为由本地网关发往外地代理(即目标节点的家乡代理),在网关节点上,维持一个网络地址转换NAT表用来记录通过本网关访问Internet的节点,以及它们各自的网络地址的映射关系。(4)路由选择。在此体系结构中,路由选择分自组网内路由选择和网间路由选择。自组网内节点之间通信时(图1中D到E的传输),路由选择采用自组网路由协议,如1.1节中AODV路由协议。如果通信的节点中有一个在Internet中,通信节点就通过AdHoc路由协议获得网关的路由,将数据发往网关。一旦数据包经过网关进入Internet,则依据标准IP路由协议进行网间路由,将数据包发送到外地代理,外地代理查询移动节点注册表,将数据转发往目标移动节点(如图1中F到E的传输,即数据包在转发过程中,从F到G2使用AODV,从G2通过Internet到G3使用标准IP路由,从G3到E再次使用AODV),若外地代理在移动节点注册表中没有直接查询到目标移动节点,则要进行外地代理切换或网关切换。(5)切换。当目标主机从一个自组网移动进入了另一个自组网,数据包转发到其代理后,由移动IP负责在自组网间转发数据包,实现原代理到新代理的切换,原代理对数据进行封装,采用移动IP路由协议,利用隧道机制将数据包转发至新代理,最后新代理将数据包直接发送到目的移动节点(如图1中的通信主机CN到D的传输,数据包在转发过程中,从CN到G3使用标准IP路由,从G3到G2使用隧道机制,从G2到D使用AODV,数据包在G3被封装,封装包在G2被拆封)。3.3性能分析总结起来该体系结构具有如下特点(1)AdHoc网内部的通讯可以直接进行。设想在一个校园内部,如果用户的手机之间可以直接或以多跳的方式通信,而不经过公用的基站,就可以省去通过公用基站的费用。(2)增强了无线接入网的可靠性和扩展性。移动节点可能移动到基站覆盖范围以外,也可能因某些无线传输现象(如衰减、多路径干扰等)或是障碍物等因素而无法直接访问基站,这时节点仍可通过多跳路由的方式间接地访问基站。(3)微观移动对家乡代理来说是透明的。当移动节点在AdHoc网内移动时,从网关到移动节点的路由是自动改变的,家乡代理无须更新位置信息。4结束语目前,随着移动通信技术逐渐普及,各种便携式终端大量涌现,底层通信技术层出不穷,越来越多的移动应用正逐渐被人们所发现和熟悉,这都极大地推进了无线移动网络的应用和推广。通过移动IP和AdHoc网络的结合,在不添加任何固定设施的情况下,传统的接入点可以直接利用AdHoc网的灵活性并扩展它们的覆盖范围,从而提高了无线移动网络的工作效率和服务质量,在家庭、办公、工业、商业、医疗、军事等多种领域应用前景广阔。参考文献1(美)JamesF.KurseKeithW.Ross著,陈鸣等译.计算机网络自顶向下方法与Internet特色.机械工业出版社,2005年6月2Y.Sun,E.M.BeldingRoyer,C.E.Perkins.InternetConnectivityforMobileAdHocNetworksJ.internationaljournalofwirelessinformationnetworks,2002,9(2)75883C.Jelger,T.Noel,A.Frey.GatewayandaddressautoconfigurationforIPv6AdHocnetworksZ.IETFInternetDraft,draftjelgermanetgatewayautoconfv64杨波等.移动IP和自组网的集成.计算机系统应用,2004年6月
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