（计算机应用技术专业论文）manet网络中移动管理机制的设计.pdf

内蒙古大学硕士学位论文 m a n e t 网络中移动管理机制的设计 摘要 m a n e t 网络是一种具有高度动态拓扑结构、节点任意移动的无线自组织网 络。随着它在各个应用领域的广泛应用，孤立m a n e t 网络与i n t e r n e t 互连逐渐 被人们重视。m a n e t 网络与i n t e m e t 的互联使得m a n e t 网络内的移动节点可 以在各个不同的m a n e t 网络之间自由移动，而此时m a n e t 网络原有的依赖 路由协议实现的移动管理机制无法完成移动管理，就需要在m a n e t 网络中引 入新的移动管理机制，用来对移动节点进行位置的追踪和定位，实现m a n e t 网络全局互连后的移动管理。 当前在m a n e t 中都采用结合移动i p 的方式解决移动管理问题。而这种方 式对应用环境又提出了限制，使得m a n e t 网络不适应要求快速部署，无需预 先配置任何参数，自动完成网络配置的特定应用场景，如灾难救援环境。本文 结合m a n e t 网络应用环境灾难救援，将m i g r a t e 思想应用到m a n e t 网络 中，提出一种新的移动管理机制，完成m a n e t 网络中的移动管理，使其适应 抢险救灾环境中的自动组网要求，并将此移动管理机制命名为m m a h 。 在m m a h 体系中，每个移动节点使用名字作为唯一标识，通过动态d n s 更新机制的方式实现移动主机定位，利用m i g r a t e 方式完成移动切换，通过会话 层实现移动管理，由此实现强调自动配置属性的m a n e t 网络全局互连中的移 动管理。同时本文提出了m a n e t 网络在灾难救援环境中适用的一种基于局部 路由信息的移动检测算法，完成m a n e t 网络中节点移动的检测。全文对m m a h 体系的整体框架、迁移机制、移动管理机制、移动检测机制、网关检测机制等 姒n e t 网络中移动管理机制的设计 方面进行了详细的阐述。 关键词：会话，移动管理，m a n e t 网络，连接迁移，移动i p 内蒙古大学硕士学位论文 ad e s i g n i n go fm o b i l i t ym a n a g e m e n tm e c h a n i s mi n m a n e t a bs t r a c t m a n e ti sas e l f - o r g a n i z a t i o nw i r e l e s sn e t w o r k ，w h i c hh a sd y n a m i ct o p o l o g i c s t r u c t u r e ，a n dt h en o d e sc a nm o v ef r e e l yi nt h i sn e t w o r k w i t ht h em a n e tu s e d w i d e l yi ns e v e r a lf i e l d s ，p e o p l eb e g i nt oa t t a c hi m p o r t a n c et ot h ei n t e r c o n n e c t e d n e t w o r kb e t w e e nt h ei s o l a t e d l e ta n dt h ei n t e m e t t h i si n t e r c o n n e c t e dn e t w o r k w i l le n a b l et h en o d e sm o v ef r e e l ya m o n gt h ed i f f e r e n tm a n e t , w h i l em o b i l i t y m a n a g e m e n tm e c h a n i s mw h i c hd e p e n d so nt h er o u t i n gp r o t o c o l so fm a n e t c a nn o t a c c o m p l i s ht h em o b i l i t ym a n a g e m e n t t h u sn e wm o b i l i t ym a n a g e m e n tm e c h a n i s m m u s tb ed e s i g n e dt ot r a c ka n dl o c a t et h em o b i l en o d e s ，t h e n ，a c c o m p l i s ht h em o b i l i t y m a n a g e m e n to f t h ei n t e r c o n n e c t i o nn e t w o r ko fm a n e ta n dt h ei n t e r n e t c u r r e n t l y , t h em o b i l ei p , a sam a j o rm e a n so fm o b i l i t y m a n a g e m e n ti nt h e i n t e r c o n n e c t i o no ft h em a n e tt ot h ei n t e r n e t ，s e tal i m i tt ot h es p e c i f i ca p p l i c a t i o n o fm a n e tw h i c hr e q u i r e sf a s td e p l o y m e n t ，a u t o c o n f i g u r a t i o nn e t w o r k ，a n dn o p r e c o n f i g u r e dp a r a m e t e r s ，s u c ha st h ed i s a s t e r - r e s c u es i t u a t i o n s i nt h i st h e s i s ，an e w s y s t e mo fm o b i l i t ym a n a g e m e n tc a l l e dm m a h ( m o b i l em a n a g e m e n tw i t hm i g r a t ei n m o b i l ea dh o cn e t w o r k ) i sp u tf o r w a r dw h e nm i g r a t ei d e ai sa p p l i e dt ot h em a n e t s oa st om e e tt h ea u t o c o n f i g u r a t i o nr e q u i r e m e n t so ft h ed i s a s t e r - r e s c u es i t u a t i o n s s p e c i f i c a l l y , i nm m a h ，d o m a i nn a m ei su s e da st h eu n i q u ei d e n t i f i e ro fe a c h m a n e t 网络中移动管理机制的设计 m o b i l en o d e ，t h ed y n a m i cd n s ( d o m a i nn a m es y s t e m ) u p d a t em e c h a n i s mi su s e d f o rm o b i l eh o s tl o c a t i o na n dm i g r a t ei su s e df o rm o b i l eh a n d o f fs u p p o r t ，a n dt h e s e s s i o nl a y e ri su s e df o rm o b i l i t ym a n a g e m e n t a c c o r d i n g l y , i ti si m p l e m e n t e dt h a t m o b i l i t ym a n a g e m e n ti se m p h a s i z e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fa u t o c o n f i g u r a t i o ni nt h e a r c h i t e c t u r ef o rm a n e t a c c e s s i n gt ot h ei n t e m e t s i m u l t a n e i t y , am o b i l i t yd e t e c t i o n a l g o r i t h mf o rt h ed i s a s t e r - r e s c u es i t u a t i o n su s i n gm a n e tb a s e do nl o c a lr o u t i n g i n f o r m a t i o ni sp r e s e n t e di nt h et h e s i s ，w h i c ha c h i e v e sm o b i l i t yd e t e c t i o n i na d d i t i o n ， m m a ha r c h i t e c t u r e ，m i g r a t i o nm e c h a n i s m ，m o b i l i t ym a n a g e m e n tm e c h a n i s m ， m o b i l i t yd e t e c t i o nm e c h a n i s ma n dg a t e w a yd e t e c t i o nm e c h a n i s ma r ed e s c r i b e di n d e t a i l i nt h et h e s i s k e y w o r d s ：s e s s i o n ，m o b i l i t ym a n a g e m e n t ，m a n e t , c o n n e c t i o nm i g r a t i o n ， m o b i l ei p i v 内蒙古大学硕士学位论文 图表目录 图1 1m a n e t 网络全局互连示例2 图2 1 平面的网络结构9 图2 2 分层的网络结构9 图2 3m a n e t 网络协议栈结构1 2 图3 1i n t e r n e t 网体系结构。1 5 图3 - 2 新的网络体系结构1 5 图3 3 系统层次结构1 6 图3 - 4 系统协议栈1 7 图3 5 会话层模块。18 图3 - 6 会话有限状态机1 9 图3 7t c p 状态转换2 2 图4 1t c p 数据包格式。2 3 图4 2k e y 选项格式2 4 图4 3t o k e n 选项格式2 4 图4 4 首次建立连接过程2 5 图4 5 迁移恢复连接过程：2 9 图4 6 状态转换基本流程2 9 图4 7c l o s e d 状态转变为s y ns e n t 状态图2 9 图4 8m i g r a t ew a i t 状态转变为s y nr e c v 状态图3 0 图4 - 9 增加迁移选项后的t c p 基本流程3l 图5 1 会话计时器函数调用关系3 3 图5 2 会话计数器和计时器函数调用关系3 3 图5 3 会话层模块关系图3 4 图5 4 通信双方迁移处理过程3 5 图5 5 新建t c p 连接处理过程3 6 图5 - 6 地址配置更新消息处理过程3 6 图5 7 移动检测网关更新消息处理过程3 7 图5 8 迁移管理模块处理过程3 7 v u m a n e t 网络中移动管理机制的设计 图5 - 9 移动检测基本流程4 1 图5 10 网关检测基本流程4 2 表4 - 1k e y 选项字段含义2 4 表4 2t o k e n 选项字段含义2 5 表5 1 连接管理主要函数功能表3 8 表5 2 应用程序接口主要函数功能表3 9 表5 3 移动检测检查表各字段含义4 1 v i i i 原创性声明 本人声明：所呈交能j - q = 位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。除本文已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得内墓直太堂及其他教育机构的学位或证j 书而使用过的材料。与我同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：毖埤郴指导教师繇丝 e l 期：硷2 & ：碰：日 期： 在学期间研究成果使用承诺书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古大学有权将 学位论文的全部内容或部分保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件剥磁盘，允 许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论文。 为保护学院和导师的知识产权，作者在学期间取得的研究成果属于内蒙古大学。作者今后 使用涉及在学期间主要研究内容或研究成果，须征得内蒙古大学就读期间导师的同意；若用 于发表论文，版权单位必须署名为内蒙古大学方可投稿或公开发表。 学位论文作者签名： 日 础挞指 籍 z 云 名 期 签 卜e 三一 教导 内蒙古大学硕士学位论文 第一章引言 随着无线设备的快速发展与普及，基于固定接入设施的无线通信已被广为应用。当前， 移动、无线技术领域正处在一个高速发展的时期，各种移动技术、无线技术不断涌现并快速 步入商用，移动、无线应用市场异常活跃，移动、无线技术自身也在快速演进中不断革新， 如w l a n 、w i m a x 、3 g 等各种移动无线技术。但这些无线移动需以接入点( a p ) 或通信基站 ( b s ) 等固定网络设施为基础，而对于某些不具有预先部署通信设施的特殊场合，如战场、灾 难救援现场、临时会议等场合，就需要一种能够快速自动组网的移动通信网络，于是m a n e t 网络( m o b i l ea dh o en e t w o r k ) 应运而生。 m a n e t 网络是一种特殊的无线网络。网络中所有节点的地位平等，没有中心控制节点， 也不需要任何的预设的基础设施。网络中的每个节点不仅具有普通移动终端的功能，而且具 有路由器分组转发的功能。当源节点和目的节点不在直接通信范围之内时，它们可以通过中 间节点转发报文进行通信。与传统的有线固定网络及有基础设施移动无线网络相比，m a n e t 网络具有自组织性、无中心、多跳通信、动态拓扑、分布式控制和带宽限制和变化的链路容 量等基本特征【l 】。m a n e t 网络的这些优良特性为它在军事和民用通信领域得到了广泛的应 用，如军事、灾难救援、临时场合、智能交通、商业应用、传感器网络、个人通信、医学应 用和固定网络的接入网等领域【2 】【3 】【4 】【5 1 。 1 1 课题研究背景 m a n e t 网络具有的基本特征，使得m a n e t 网络存在许多优点。m a n e t 网络的自组 织性使得廉价且快速部署网络成为可能，可以广泛应用于军事、灾难救援、临时组网等一些 无法得到有线网络支持或只需要建立临时通信的环境。其次，m a n e t 网络的多跳通信和中 间节点路由转发特性又可以使在不降低通信覆盖范围的条件下降低每个终端的发射功率，从 而降低了天线和相关发射及接收部件的设计难度与成本，为移动终端的小型化、低功耗提供 了可能。而低功率的无线电波产生的电磁辐射较少，对人体的影响较小，这也符合环保要求， 同时低功率的无线电波还减少了信息被截获和监听的概率。另外，网络的动态拓扑、分布式 控制使得m a n e t 网络具有较好的健壮性、较强的抗毁性。 n n e t 网络中移动管理机制的设计 图卜1m l i b t 网络全局互连示例 f i g i - 1a e x a m p l e o f g l o b a l m c o n n e c t i v i t y f o r m a n e t 随着m a n e t 网络的广泛应用，促使人们考虑将m a n e t 和i n t e r n o t 互联，以拓展固定 网络的无线应用空间并真正实现全球网络的无缝隙化。m a n e t 网络与i n t e r a c t 的互连，又称 m a n e t 网络全局互连，会使m a n e t 网络的应用前景更为广阔。实现全局互连后，m a n e t 网络中只要有一个移动节点在网关覆盖范围之内，其他不在网关覆盖范围之内的移动节点就 可以借助于中间节点与网关进行多跳通信，进而实现与i n t e m e t 的连接。如图1 1 所示，给出 了m a n e t 网络全局互连的一个示例。在m a n e t 网络全局互连后，为了实现移动节点在移 动后能保持正常通信，就需要移动管理的支持。当m a n e t 网络是孤立的平面网络时，移动 管理依靠m a n e t 网络内部的动态路由协议来实现。但在实现与i n t e r n e t 的连接之后，整个 网络是分层路由，仅依靠m a n e t 的动态路由协议无法完成对移动主机进行移动管理，此时 需要专门的移动管理机制的支持。 在灾难救援环境中，来自不同地方执行不同救援任务的小组汇集在灾难发牛地执行救援 任务。这就要求在无需人工干预的情况下，来自不同部门、地域的节点快速组网，互相交换 数据，共享资源，访问i n t c r n c t 上的相关数据资料，有效地完成救援任务。对网络系统提出的 要求必须具有以下特点：1 ) 快速组网；2 ) 自动组阿，无需人工干预：3 ) 节点可以连接到i n t e r n 酿 网络；4 ) 节点可以在不同子网间移动。为此，要求实现强调自动配置属性的m a n e t 网络全 局互连体系。 移动口( m 妒) ”惺m t f 为支持主机移动提出的解决方式。它的核心思想就是每个移动 内蒙古大学硕士学位论文 主机有两个地址：一个全局唯一的静态不变的m 地址称之为家乡地址，供上层的应用程 序使用和随着所属网络变化的转交地址。它需要在移动主机的家乡网络中部署家乡代理，在 移动主机的当前网络中部署外地代理，来支持主机移动。移动主机的家乡代理截获发给移动 主机家乡地址的所有数据包并转发给移动主机当前的转交地址。移动i p 是针对无线局域网设 计的，在这种网络环境下，一个主机发出的广播数据包会到达局域网内的所有主机，两台主 机之间通过数据链路层协议相互通讯。而m a n e t 网络中一个移动节点发出的广播数据包只 能到达相邻主机，而后由邻居主机依次向外转发，主机之间通过路由协议相互通讯。它们通 讯方式的差别就使移动p 的主要机制产生了问题，文献【7 8 】 9 】 1 0 】 1 l 】 1 2 】中对这些问题提 出了解决的方法。但移动i p 机制包含了以下几个基本的要求： 每个移动主机在组成m a n e t 网络之前属于一个家乡网络，该家乡网络有基础骨干设 施覆盖。 每个移动主机在该家乡网络中有一个全局唯一的静态不变的口地址。 家乡网络中已经部署了移动p 的移动代理。 这就限制了m a n e t 网络在一些场合的应用，如灾难救援、临时组网和固定网络的接入 网等，不满足其在灾难救援等场合要求的快速部署，无需预先配置任何参数，自动完成网络 配置的要求。 a l e xc s n o e r e n 在2 0 0 0 年针对无线局域网提出了一种支持主机移动的方法，称之为 m i g r a t e 1 3 】【1 4 】，可以无缝地完成主机移动，并且不需要部署移动代理，且不需要为每个移动节 点分配一个不变的p 地址。它的主要思想是修改传输层协议和应用程序实现移动管理，通过 在t c ps y n 数据包中增加一个迁移选项，可以使一个已经建立连接的两端的任何一台主机从 旧的口地址迁移到新的p 地址。将m i g r a t e 思想结合到m a n e t 网络中实现移动管理，使用 口地址与终端节点标识分离思想的移动管理方式来实现m a n e t 网络中的移动管理，可以避 免使用移动口产生上述限制对部署网络的影响。 本文结合m a n e t 网络应用环境灾难救援，将m i g r a t e 思想应用到m a n e t 网络中， 提出了一种新的移动管理体系，完成m a n e t 网络中的移动管理，使其适应抢险救灾环境中 的自动配置要求，并将此移动管理体系其命名m m a h ( m o b i l em a n a g e m e n tw i t hm i g r a t ei n m o b i l ea dh o en e t w o r k ) 。在m m a h 体系中，每个移动节点使用名字作为唯一标识，通过动 态d n s 更新的方式实现移动主机定位，利用m i g r a t e 方式完成移动切换，通过会话层实现移 动管理，由此实现强调自动配置属性的m a n e t 网络全局互连中的移动管理。 3 m a n e t 网络中移动管理机制的设计 1 2 本文解决的关键技术 本论文解决的关键问题为t ( 一) 阐明一种m a n e t 网络全局互连的系统框架。对该系统框架中移动管理机制、移动切换 机制、移动检测机制进行研究。 ( - - ) 在该系统框架下详细分析移动管理机制的设计，并给出具体的软件模块和实现方法。 ( 三) 在该系统框架下的移动切换机制、移动检测机制的设计，并给出移动切换机制的实现。 1 3 本论文的安排 本论文的第一章主要讨论了论文研究的课题背景以及课题研究的意义。第二章给出 m a n e t 网络中的移动管理概述，说明了m a n e t 网络以及m a n e t 网络中的移动管理问题。 第三章详细描述了m a n e t 网络中基于会话的移动管理机制。第四章和第五章是对第三章所 提出m m a h 系统框架按照迁移机制和移动管理机制两部分分别给出具体实现。 4 内蒙古大学硕士学位论文 第二章m a n e t 网络中的移动管理概述 移动管理是无线通信技术中的一个关键问题，对于无线通信网络的性能具有决定性的作 用。在孤立的m a n e t 网络中，我们使用路由协议来进行移动管理，当m a n e t 和i n t e m e t 网络互连后，这种管理方式无法完成移动管理的功能，所以有了m a n e t 网络和移动d 相结 合的方式解决移动管理问题。 2 1 移动管理 移动管理是无线通信技术中的一个关键问题，当移动节点从一个区域移动到另一个区域 时，移动管理可以保证网络能确定移动节点的当前位置，以便正确地转发数据包，为移动节 点在网络中移动提供无缝连接。移动管理包括两个部分：位置管理和切换管理。位置管理是 用户未发起通信的情况下进行的定位和位置更新，而切换管理是用户处于通信状态下进行的 连接保持或路由更新行为。 位置管理又分为位置注册和数据包转发两个过程。位置注册指移动节点通过更新相应位 置信息，从而将新的网络接入点通知网络中其它节点。数据包转发指当有数据包要转发到移 动节点时，网络查询移动节点的位置信息，从而找到移动节点目前的确定位置。 切换管理使移动节点在改变网络接入点的过程中，仍能与网络保持连接，从而确保通信 数据的连续性。它又分为切换启动、重建连接和数据流控制三个过程。切换启动指移动节点 或网络代理通过监测网络的状态，如信号强度和质量、带宽资源等，确定并启动切换过程。 重建连接指网络为切换连接分配新的资源，并更新相应的路由信息。数据流控制指把数据包 的发送从旧连接转发到新建连接上。 2 2w l a n 中的移动管理 w l a n 是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，通过无线媒介实现传统有线局域网 的功能，能够在局域网范围内支持节点的移动性。在w l a n 中，由于移动节点可能在同一 a p ( 无线接入点，a c c e s sp o i n t ) 内移动，在不同的a p 之间移动，也可能在不同子网之间 移动，因此，w l a n 的移动管理实际上涉及小范围的位置管理，越区切换管理和不同口子网 内的移动疋管理。在w l a n 中，移动节点通过侦听a p 发送的通告，就可以确定为自己服 务的a p ，就可以确定移动节点在w l a n 中的具体位置，这属于链路层的位置管理，而为了 m a n e t 网络中移动管理机制的设计 支持移动节点无缝接入i n t e r a c t ，就需要移动口的支持。本部分将主要说明w l a n 中，网络 层的移动管理移动p 。移动p 中定义了三个功能实体：移动节点，家乡代理，外地代 理。移动m 的工作机制一般可分为以下几个步骤： 1 ) 家乡代理或外地代理组播或广播一个代理广播消息； 2 ) 移动节点收到代理广播消息后，检查自己是位于家乡链路还是外地链路上。当位于家 乡链路时，移动节点像固定节点一样工作；如果是外地节点，则转到第3 步； 3 ) 通过外地代理的代理广播消息，移动节点得到转交地址； 4 ) 移动节点向家乡代理注册它的转交地址； 5 ) 家乡代理向家乡链路上的路由器广播移动节点家乡地址的网络前缀，使发向移动节点 的数据包被家乡代理获得，然后通过隧道向转交地址传送； 6 ) 在外地代理处，数据包从隧道中提取出来给移动节点； 7 ) 当移动节点向外发送数据包时，以正常通信方式处理。 2 3m a n e t 网络的移动管理 在m a n e t 网络中，由于1 r i v e t 网络的孤立性、节点平等性以及网络范围较小等特性， 通常对主机的管理都是借助路由协议完成的。当m a n e t 网络和i n t c r n c t 互联后，原有的 m a n e t 路由协议己经无法追寻该移动节点的踪迹。为了使发往该移动节点的数据包还能够 正确的到达目的地，就只有借助移动管理技术。而m a n e t 网络与i n t c r n c t 连接后，现有的 移动切换的管理技术是建立在移动口协议基础上的引用了移动p 协议的基本概念并遵循了 移动协议的基本工作过程。m a n e t 网络中使用移动的工作原理如下： 1 ) 代理广播：移动代理通过周期性地发送代理广播消息来声明它们的存在，如果一个移 动节点收到直接从移动代理发来的代理广播，就证明自己在代理覆盖范围内距代理为一跳， 则在该广播消息中标明为一跳然后转发出去，之后收到该消息的移动节点将原先标明的跳数 加l 再继续转发，直到所有的节点都已收到该代理广播消息。每个移动节点在收到代理广播 消息之后会将该代理的信息填入自己的移动代理表，根据移动代理表就可以选择向哪个代理 注册或切换。 2 ) 代理搜寻：一个移动节点开机之后，需要判断自己是处在哪一个移动代理的管辖范围 之内。在m a n e t 移动i p 的方式中，采用由移动代理定期地发送代理广播的方式，当这个移 动节点收到了一条代理广播消息，则表示它处在该移动代理的多跳通信范围内，就可以向该 6 内蒙古大学硕士学位论文 移动代理进行注册，加入该子网。一个移动节点有可能同时收到多个移动代理的代理广播消 息，可能代理广播消息中标明的跳数不同，但是这个情况在移动节点开机初期是无法得知的， 所以移动节点会以收到的第一个代理广播消息为准，直接向这个移动代理注册。在这之后， 移动节点会继续收集定期发送的代理广播消息，以发现其它可以通过多跳连接的移动代理， 并且选择跳数最小的进行切换。如果一个移动节点是从一个子网移动到另一个子网，那么也 是通过收集周围所有移动代理的信息，然后比较跳数的大小来决定是否需要重新注册。 3 ) 注册：对于任何一个子网来说，任何一个新加入的移动节点都要向该子网的移动代理 进行注册，不管这个移动节点是刚开机还是移动到本子网，也不管该子网是这个移动节点的 家乡网络还是外地网络。当一个移动节点决定向一个移动代理注册时，就向它发出注册请求， 注册请求中包括了自己的地址和自己家乡代理的地址。如果这个移动节点目前处在家乡网络 内，那么它注册的移动代理收到注册请求后，首先会在家乡代理的本地移动节点表中找到该 移动节点，在经过一定的安全性和有效性检查后，如果通过，则会查看表中对应的转交地址 项。如果为空，则表明这个移动节点刚刚开机，然后将家乡代理的地址填入，表明该移动节 点目前正在家乡网络内，最后向移动节点返回成功的注册应答；如果不为空，则表明这个移 动节点是从其它子网移动至本子网，那么首先要将转交地址项中的内容更新为本代理的地址， 然后根据原转交地址向原外地代理发送一个消息，以告知该移动节点己移动到其它子网，原 外地代理收到该消息后即将外地移动节点表中的相应条目删除，同样这个移动代理要向移动 节点返回成功的注册应答。如果这个移动节点目前处在外地网内，那么在移动代理收到这个 注册请求后，会根据其中的家乡代理地址将这个注册请求转发给该移动节点的家乡代理，家 乡代理收到后，首先会在本地移动节点表中找到该移动节点，经过一定的安全性和有效性检 查后，如果通过，则会查看表中对应的转交地址项。如果为空，则直接将该外地代理的地址 填入，并返回成功的注册应答；如果不为空，则需要用新的外地代理来代替旧的外地代理， 在向新的外地代理发送成功的注册应答的同时还要向旧的外地代理通知该移动节点己离开原 先的子网。新的外地代理收到该应答后，则将其转发给移动节点，并在自己的外地节点表中 增加相应的条目以记录该移动节点的信息。在以上的各种情况中，整个注册过程以移动节点 收到成功的注册应答来作为结束，如果未通过安全性和有效性检查，那么本地代理则会返回 失败的注册应答，外地代理收到后不会更新外地节点表，移动节点收到后则会尝试重新注册。 4 ) 移动节点的定期声明：一个移动节点在成功注册到某一个移动代理后，就要定期的向 这个移动代理发送消息以声明自己的存在。移动代理在收到这个声明后会更新移动节点表里 相应条目的生存时间项。如果在这个生存时间到期时，移动代理还没有收到移动节点的声明， 7 m a n e t 网络中移动管理机制的设计 则认为该移动节点己关机或移出本网络的范围。这时，如果这个子网是该移动节点的家乡网 络，则本地代理将本地节点表中的转交地址项清空；如果这个子网是该移动节点的外地网络， 则外地代理将清除外地节点表中的对应项，并向本地代理发送清除消息，本地代理收到后做 同上的处理。 5 ) 报文发送与接收：任何一个向移动节点发送的报文会按照正常的路由策略会被发送到 移动节点的家乡网，这时家乡代理将截获这一报文，进行封装后通过隧道发送到移动节点的 外地代理，作为隧道出口的外地代理拆掉隧道封包后将报文转发给移动节点。移动节点要发 送数据时则直接通过外地网的路由器发送。 2 4m a n e t 网络移动管理国内外研究现状 9 0 年代以来，m a n e t 网络的研究在世界范围内有很多，已经从无线通信领域中的一个 小分支逐渐扩大到相对较独立的领域。 i e t f 在m a n e t 网络研究方向上成立了m a n e t 工作纠”】，这个组织要致力于m a n e t 的研究和标准制定。虽然工作组也涉及地址分配、网络安全、与低层或高层的接口协议等研 究，但从己发表的草案、文档来看，研究还是主要集中在路由问题上。m a n e t 路由面临的 主要挑战是传统的保存在节点中的分布式路由数据库如何适应网络拓扑的动态变化。新协议 一般以广播或组播方式建立网络路由，核心是减少广播风暴。目前，一般普遍得到认可的代 表性成果有d s d v ( d e s t i n a t i o ns e q u e n c e dd i s t a n c ev e e t 0 0 t 1 6 1 、a o d v ( a dh o eo n d e m a n d d i s t a n c ev e c t o r ) t 1 刀、d s r ( d y n a m i es o u r c er o u t i n g ) 1 8 1 等路由协议。而关于m a n e t 网络和 i n t e r a c t 网络互联后的移动管理也是个具有挑战性的问题，近年来在这方面发表的研究成果比 较多，但没有一种公认的较好的通用解决方式，也没有制订相关的标准。 在国内，学者所发表的网络的研究成果基本上主要集中在路由协议的一些改进上 1 1 9 1 2 0 2 1 】p 】，还有其他方面的研究脚】【2 4 】【2 5 1 ，而专门针对m a n e t 网络中的移动管理的研究较 少。对于孤立的m a n e t 网络的移动管理是依靠路由协议完成的，而m a n e t 和i n t e r n e t 互 联后，其移动管理多采用结合移动口的解决方案。 2 4 1 孤立m a n e t 网络的移动管理 m a n e t 网络由于节点可以移动，其网络结构一般采用分布式控制结构，可分为两种网 络结构，即平面结构和分级结构。 内蒙古大学硕士学位论文 6 图2 - 1 平面的网络结构 f i g 2 1f l a ts t r u c t u r eo fm a n e t 平面结构的网络如图2 1 所示，网络结构比较简单。在平面结构中，所有节点在网络中 的地位和功能都是平等相同的，因此又被称为对等式结构。在平面结构中，所有的节点地位 平等，而且通信范围相对较小，实现起来会比较容易，成本也会相对比较低。但在节点数目 很多，当有大量节点移动的情况下，平面网络结构具有控制开销大、路由经常中断等缺点。 在这种网络结构中，比较有代表性的路由协议有d s d v 、a o d v 、d s r 等。邻居节点通过路 由协议发现对方的存在。 高层 低层 频率l 簇 = 吼岛念 图2 - 2 分层的网络结构 f i g 2 - 2h i e r a r c h i c a ls t r u c t u r eo fm a n e t 在分层结构中如图2 2 所示，网络被划分成- - n 多个簇，每个簇由一个簇头和多个簇成 员组成，这些簇头形成了高一级的网络，并且负责簇间数据的转发。分层结构，由于簇成员 的功能简单，不需要维护复杂的路由信息，大大减少了网络中路由控制信息的数量，并且网 络规模不受限制，具有很好的扩充性。但由于分层结构导致了网络复杂化，且簇间的信息都 9 i a n e t 网络中移动管理机制的设计 要经过簇头，不一定是最佳路径，可能增加报文的延迟，并且集中转发点的簇头可能成为网 络的瓶颈。比较有代表性的路由协议有z r p ( z o n er o u t i n gp r o t o c 0 1 ) 口6 1 、c g s r ( c l u s t e r h e a d g a t e w a ys w i t c hr o u t i n g ) 1 2 7 1 。 平面结构简单，所有节点在网络控制、路由选择和流量管理上是平等的，网络不存在瓶 颈，比较健壮。但平面结构的最大缺点是网络规模受限。在平面结构中，每个节点需要知道 到达其他所有节点的路由，维护这些动态变化的路由信息需要大量的控制信息。网络规模越 大，路由维护和网络管理的开销就越大，当网络规模增加到一定程度时，所有的带宽可能被 路由信息消耗，可扩充性差。而分层结构可以大大减少路由开销，克服平面结构可扩充性差 的缺点。分层结构的网络规模不受限制，可以通过增加簇的个数或网络的层数来提高网络容 量，但分层结构同时也存在需要附加簇头选择算法和簇维护机制，簇头的任务相对较重，可 能成为网络的瓶颈，簇间的路由不一定是最佳路由。当网络规模较大时，适合采用分层结构， 相反平面结构适合中小规模的网络。 2 4 2m a n e t 网络和in t e r n e t 互联后的移动管理 随着m a n e t 网络应用越来越广泛，关于m a n e t 网络接入i n t e r n e t 后的移动管理方案 的研究比较多，主要都是结合移动口对移动管理性能进行优化，如 7 】 8 】 2 8 】 2 9 】 1 1 】【3 0 【1 2 】。 文献 2 8 中，提出了一种移动m 和m a n e t 网络结合解决m a n e t 网络接入到i n t e r n e t 的方案，称为m 口m a n e t 。m i p m a n e t 中详细讨论了m 移动检测、代理选择，以及移动 节点向移动代理注册等在m a n e t 网络中的解决机制。使得m a n e t 网络和移动口相结合实 现m a n e t 网络的移动管理。 文献 2 9 中，提出了簇网关( c l u s t e rg a t e w a y ，c g ) 的概念，c g 既是m a n e t 网络的服 务接入点也是移动m 的外地代理。服务接入点是为m a n e t 网络提供网络地址翻译服务。 m a n e t 网络中的移动节点没有全局可路由的地址。 文献【1 1 】中，主要考虑不同m a n e t 网络之间的覆盖、动态调整移动代理的服务范围等。 该方案为每个网关上关联一个参数n ，由此参数定义网关的服务范围，距离网关n 个无线跳 范围之内的节点可以加入到该网关所管辖的m a n e t 域。因此移动代理功能的网关所管辖的 领域不断变化。 文献【3 0 中，使用了移动网关和基于位置信息服务( o c a t i o n i n f o r m a t i o n - b a s e ds e r v i c e ，l i b s ) 的三层体系结构，移动网关和i n t e r n e t 通信时使用移动，和m a n e t 网络通信时使用l i b s 。 m a n e t 网络中移动节点利用l i b s 定位移动网关，并连接到i n t e r n e t 上。 1 0 内蒙古大学硕士学位论文 文献 1 2 】中，提出了使用组移动( g r o u pm o b i l i t y ) 和多宿主移动网关的一个分层体系结构。 多宿主移动网关同时可以连接到覆盖它的多个移动口的外地代理，由此增强性能和可靠性。 在上述文献中，都是与移动口相结合实现m a n e t 网络与i n t c r n e t 的连接，它们都秉承 了移动m 对移动节点的基本要求，限制了m a n e t 网络应用，这在前一部分已经进行了分析。 2 4m a n e t 网络的体系结构和协议栈1 1 m a n e t 网络的工作环境与传统的有线和无线网络相比都有着许多不同之处，因此所采 用的技术与传统网络相比也有较大的差异。这种差异主要体现在链路层和网络层上。考虑到 t c p i p 协议已经成为事实上的网络互联标准，m a n e t 网络的体系结构也应基于t c p i p ，并 根据自身特点进行必要的修改。根据m a n e t 网络自身的特点，参考o s i 的七层协议栈模型 和t c p i p 协议栈结构，可以将m a n e t 网络的协议栈划分为应用层、传输层、网络层、链路 层和物理层等五层，图2 3 给出了m a n e t 网络的协议栈结构。 应用层提供面向用户的各种应用服务，包括具有严格时延和丢失率限制的实时应用、基 于r t p r t c p 自适应应用( 视频和音频) 和没有服务质量保证的数据报业务等。 传输层用于向应用层提供可靠的端到端服务，使上层和下层相隔离，并根据网络层的特 性来高效地利用网络资源，特别是当m a n e t 网络需要接入i n t e r a c t 等外部网络时，尤其需 要传输层协议的支持。目前m a n e t 网络的传输层还是基于传统的有线网络中的传输协议。 网络层使用m v 4 、i p v 6 或其他网络层协议。通过路由协议提供合适的路由，完成邻居发 现、分组路由、接纳控制、拥塞控制和网络互联等功能。邻居发现用于收集网络拓扑信息。 路由协议发现和维护到目的节点的路由。 数据链路层中的m a c 子层控制节点对共享无线信道的访问，它可以采用竞争接入机制、 基于信道划分的接入机制、动态调度机制等。逻辑链路控制子层负责数据流的复用、数据帧 的检测、分组的确认、优先级排队、差错控制和流量控制等。