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基于w m p l s 的移动自组网组播路由协议研究与仿真 摘要 w m p l s ( 无线多协议标签交换) 是下一代网络路由技术一m p l s 在无线 网络环境下的改进和扩展。w m p l s 的工作框架和它的信令协议可以用来建 立面向连接和面向无连接的标签交换路径。w m p l s 通过路由( 即控制) 和 转发( 即转移数据) 问的完全分离，着眼于可以方便地实现t e ( 流量工程) 、 q o s ( 服务质量) 和d s ( 区分服务) 。 我们的主要目标是基于w m p l s 的网络体系设计一种新的移动自组网 组播路由协议。新协议一方面要具有良好的健壮。陛和灵活性，满足移动自 组网组播应用的基本要求；另一方面要发挥w m p l s 技术的独有优势，满足 移动自组网组播应用对o o s 和t e 的需要。 组播技术和w m p l s 技术是两种互相补充的技术，将二者结合起来，也 就是在w m p l s 网络体系上建立组播树可以提高整个网络的性能、解决组播 协议的扩展性问题和维护花费过大问题。这是我们研究工作的主要出发点。 基于以上分析，本文提出了一种将多协议标签交换技术与移动自组网 组播机制相结合的组播路由协议设计思想，将w m p l s 在分组转发以及q o s 、 t e 等方面的技术优势引入到移动自组网组播路由协议设计中，并详细给出 了一种基于w m p l s 技术的组播路由协议设计方案w m a h ( m u i t i c a s ti na d h o cb a s e do nw ir e i e s $ m p l s ，基于无线多协议标签交换的移动自组网组 播组播) 协议。 w m a h 协议首先将n s 2 中m p l s 模块进行无线扩展，即扩展为w m p l s 模 块，使其支持移动自组网等无线网络。而后通过修改w m p l s 的c r - l d p 信令 协议，将其扩展后使w m p l s 能够支持组播，最后将设计的w m a h 协议和移动 自组网的现有组播协议m a o d v 协议进行仿真对比分析。 最后通过仿真分析证明将w m p l s 技术引入移动自组网不仅具有可行 性，而且还会带来更大的技术优势。这些优势表现在：由标签驱动的分组 转发机制使移动自组网分组转发功能与路由控制功能完全分离，一方面可 以为移动终端节省大量的通信资源，另一方面提高了分组转发速率，提高 了无线信道带宽利用率，可以适应未来无线通信技术的发展。 关键词：移动自组网讯4 p l s 组播树 i i r e s e a r c ha n ds i m u l a t i o no nw m p l sb a s e d m u i j t i c a s tr o u t i n gp r o t o c o li na dh o cn e t w o r k a b s t r a c t w m p l sa saq o sp r o v i s i o n i n gt o o lh a se m e r g e da sa l le l e g a n ts o l u t i o nt om e e tt h e b a n d w i d t h - m a n a g e m e n ta n ds e r v i c er e q u i r e m e n t sf o rn e x tg e n e r a t i o ni pb a s e db a c k b o n e n e t w o r k s w et h i n kt h a tm n l t i c a s ta n dw m p l sa r et w oc o m p l e m e n t a r yt e c h n o l o g i e sa n d m n l t i c a s t i n go v e rw m p l s n e t w o r k sc a nb e n e f i tf r o mt h em u l t i c a s tr e d u c eo ft r a f f i co no n e h a n d , a n dw m p l sf l e x i b i l i t y , s p e e da n dq u a l i t yo f s e r v i c eo nt h eo t h e rh a n d m y t h e s i si nt h i sd i s s e r t a t i o ni st h a tm e r g i n gw m p l si n t om u l t i c a s tr o u t i n gp r o t o c o li n m o b i l ea dh o cn e t w o r ki sn o to n l yav i a b l ea p p r o a c h ，b u ta ne l e g a n ts o l u t i o nt oe n h a n c et h e n e t w o r kp e r f o r m a n c ea n da ne f f i c i e n ts o l u t i o nf o rm u l t i c a s ts c a l a b i l i t ya n dc o n t r o lo v e r h e a d p r o b l e m s t os u p p o r tm yt h e s i ss t a t e m e n t , i nt h i sd i s s e r t a t i o nip r e s e n t e dt h ed e s i g na n de v a l u a t i o n o fan e wm u l f i c a s tp r o t o c o l ，w m a hp r o t o c o lf o rm u l t i - h o pw i r e l e s sa dh o en e t w o r k , w h i c h w a sb a s e do nw i r e l e s sm p l st e c h n o l o g y o u rs t u d yp r o v e st h a tu s i n gw m p l sw i t hm u l t i c a s ti nt h em o b i l ea dh o cn e t w o r kh a s m a n yb e n e f i t sn o to n l y f o rr e d u c i n gm n l t i c a s tf o r w a r d i n gs t a t e sb u ta l s of o r 妞m c e n g i n e e r i n ga n dq o si s s u e s m e r g i n gw m p l s i n t om u l t i c a s tr o u t i n gp r o t o c o li nm o b i l ea d h o cn e t w o r kw i l lg i v er i s et om o r ep o t e n t i a la d v a n t a g e se l s e ，s u c ha ss a v i n gm o r ep r o c e s s i n g r e s o u r c e sa n de n e r g yo fm o b i l eh o s t ，t i m e l ya d a p t i n gt ot h en e t w o r kc o n d i t i o n sw i t h p r o t o c o l sb e h a v i o r , a n de x t e n d i n gw i r e dn e t w o r k s e r v i c e st ow i r e l e s sn e t w o r km o r e c o n v e n i e n t l y , e r e f i r s t l y ，i no r d e rt os u p p o r tw i r e l e s sn e t w o r k ，s u c ha sa dh o c ，0 1 1 1 w o r ke x t e n d e dm p l s t ow m p l si nn s 2 s e c o n d l y ，w em o d i f i e dc r - l d ps i n g n a lp r o t o c o lo fw m p l st os u p p o r t m u l t i c a s t f i n a l l y ，w m a hm u l t i c a s tm u t i n gp r o t o c o lw a sc a m p a r e dw i t hm a o d vp r o t o c o l t oa n a l y s ei t sp 砌o r m a n e e a l lt h e s es i m u l a t i o n ss h o wt h a ta p p l y i n gw m p l st oa dh o cn e t w o r kn o to n l yi sf e a s i b l e b u ta l s oc a l lg e ts o m ea d v a n t a g e s t h e s ea d v a n t a g e sc a nb ee m b o d i e dt h a ti tc a nm a k em o b i l e t e r m i n a ls a v ea b u n d a n tc o m m u n i e a t i o nr e s o u c ea n da l s oi n c r e a s ep a c k e ts w i t c h i n gr a t ea n d l l i t h eb a n d w i d t hu s i n ge f f i c i e n c yo fw i r e l e s sc h a n n e lb e c a u s ew m p l st e c h n o l o g ym a k e s p a c k e ts w i t c h i n ga n dr o u t i n gc o n t r o ls e p a r a t i n g k e yw o r d sa dh o cn e t w o r k ：w m p l s ：m u l t i c a s t t r e e i v 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有，本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文 的研究内容。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果，也不包含 本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集 体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名： 学位论文使用授权说明 年月日 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 口即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名： 剔程轹批唧年月p 日 g - 西大掌司e 士学位论文| ：于硼p l s 的移动自组用组，路由协议研究与仿真 1 1 课题研究的背景 第一章绪论 随着移动技术在全世界的迅速展开。人们对于移动计算( m o b i l ec o m p u t i n g ) 的需求 越来越急迫。有着固定基础设施的移动通信已被广为应用，比如传统的蜂窝通讯网络。 它们的结构都是以基站( b a s es t a t i o n ) 或接入点( a p ：a g c e s s p o i n t ) 为中心的中心控制式结 构，用户必须处于这些事先建立好的设备的覆盖范围内时才能得到网络提供的服务，当 用户有某些特殊的使用要求时网络也无法及时提供合适的服务，而且网络的规模和最大 可以容纳的用户数往往是固定的，这在一定程度上限制了用户使用网络的灵活性和网络 的可扩展性。 然而在许多场合用户希望无线移动网络能提供更灵活、更丰富和更安全的服务，但 在一些有特殊要求场合，比如说抗洪抢险的地区、地形勘测、移动办公和大型户外活动 等，临时铺设固定网络设备将是无谓的浪费，因为这些场合只在一段时间内需要通信网 络的支持。同时在军事应用方面，随着现代战争的发展，准确而及时的获得战场信息越 来越成为战争取胜的重要因素，各兵种和各部队的协同作战需要有灵活且具有抗毁能力 的通信网络的支持，各军事强国都在发展自己的军用移动通信网络发面投入了大量的资 金。为了满足人们的需求，一种新的通信网络一移动自组网应运而生。 随着技术的进步和多媒体业务的需求，组播技术越来越被广泛的使用在移动自组网 中。由于移动自组网具有动态拓朴、带宽有限、以及终端性能受限等特点，所以给其组 播路由协议的设计带来很大的挑战。业己提出的各种组播路由协议各有优缺点，分别适 合不同的网络环境。 移动自组网组播路由协议设计的基本思想【5 闱是以最小的冗余建立组成员间的路 径，近来出现的各种协议都以不同的机制来达到这个目标。在协议的设计中，需要考虑 节点移动性的影响、可能产生的路由环、路由是否按需创建、路由的更新、控制分组的 传送方式等问题。各种组播路由协议都有各自不同的设计目标，在支持移动性、健壮性 和高效率等重要指标之间有着不同的权衡，很难有一种通用的组播协议能够完全满足所 有需要。 w m p l s 【3 4 】是下一代网络路由技术一m p l s l 9 ，1 0 】在无线网络环境下的改进和扩展。 w m p l s 的工作框架和它的信令协议可以用来建立面向连接和面向无连接的标签交换 路径。w m p l s 通过路由( 即控制) 和转发( 即转移数据) 间的完全分离，着眼于可以 方便地实现t e ( 流量工程) 、q o s ( 服务质量) 【”和d s ( 区分服务) i l l 。 我们的主要目标是基于w m p l s 的网络体系设计一种新的移动自组网组播路由协 g - 西大掣啊曩士掌位论文| i 于w 哪l s 的移动自组网组播路由协议研蓦 与仿j 议。新协议一方面要具有良好的健壮性和灵活性，满足移动自组网组播应用的基本要求； 另一方面要发挥w m p l s 技术的独有优势，满足移动自组网组播应用对q o s 的需要。 1 2w m p l s 技术在国内外研究的现状 w m p l s ”。”是m p l s 技术在无线领域的扩展。它最早是由美国的j o n g m o o nc h u n g 在 2 0 0 1 年首先提出的一种协议体系。他提供了将m p l s 扩充为i 憎t p l s 的一项基本策略，阐 述了在移动通信网和移动自组网中实现w m p l s 的基本思路。在此以后，i 聊p l s 技术逐渐 成为研究的热点问题。 在国外，在文献【4 】中对w m p l s 信令协议的基本性能进行了分析，并与a t m 的信 令协议进行对比，指出了w m p l s 技术的主要优势。文献【2 6 】提出了一种在无线局域网 中利用w m p l s 技术进行数据包转发的机制，指出这种机制有助于提高数据包的转发速 率。文献【2 7 】主要研究将w m p l s 技术用于微移动的蜂窝通讯环境下，其主要的转发机 制问题。 在国内，成都电子科技大学，中国科学技术大学，吉林大学等院校都先后对w m p s 的关键技术及其组播应用进行了广泛的研究。文献【l ，2 8 提出了在无线移动自组网中实 现w m p l s 的q o s 路由，以及对支持区分服务下的w m p l s 性能进行了仿真分析。文 献【2 9 】提出一种支持自愈恢复功能的w m p l s 路由技术。文献 3 0 贝l j 提出了一种基于 w m p l s 技术的安全路由技术。文献【2 】主要研究的是w m p l s 的组播技术，它提出了一 种跨层的，完全不依赖于单播路由协议来设计一个基于组播树结构组播路由协议l s f ， 并对l s f 协议与o d m r p 协议进行对比分析。 1 3 本文研究的内容和主要工作 本文主要研究的是将w m p l s 技术和移动自组网组播技术结合。w m p l s 是下一代的网 络路由技术一- m p l s 在无线网络环境下的改进和扩展。将w m p l s 应用于移动自组网的 平台上，能够实现现有路由协议无法实现的q o s 支持，扩充网络服务，充分合理的利 用现有的硬件资源，它将增强移动自组网的服务功能，扩展它的应用范围。 本课题的研究内容主要包括以下几个方面： ( i ) 研究w m p l s 的关键技术，了解w m p l s 这种新的数据传输技术的各种具体 应用，分析其研究现状； ( 2 ) 研究移动自组网的组播路由协议，并对现有的移动自组网的组播路由协议进 行了比较分析。 ( 3 ) 将n s 2 中m p l s 模块进行无线扩展，即扩展为w m p l s 模块，使其支持移动 自组网和无线单跳网络等无线网络。 ( 4 ) 通过修改w m p l s 的c r - l d p 信令协议，将其扩展后使w m p l s 能够支持组 播，从而设计出一个新的组播路由协议一w m a h 协议。而后将设计的w m a h 组播协 2 基于w m p l s 的移动自组用组翔 路由仞峨研冀可仿真 议和移动自组网的现有m a o d v 组播协议进行仿真分析比较与研究。 1 4 论文的组织 本文共分为五章，文章结构及各章主要内容组织如下： 第一章为绪论，主要介绍了本课题研究背景，意义以及主要的研究工作。 第二章w m p l s 关键技术以及其主要优势进行了简要分析。 第三章移动自组网中现有组播路由协议的研究与分析比较。 。 第四章设计一种将w m p l s 协议与移动自组网相结合，能够发挥w m p l s 技术优 势的w m a h 组播路由协议，并对其仿真实验与分析。 第五章对于本文所做的工作进行了总结，并指出了需要继续研究的方向。 3 广西大掌硕士学位论文| i 于删p l s 的移动自组用组扭 路由协议研j 可h 防| 第二章w m p l s 关键技术 2 1w m p l s 的基本概念 m p l s b ”1 是i p 通信领域中得一项技术，是对传统i p 网络传输技术的改进。它采用 集成模型将第三层i p 技术与第二层的硬件交换技术结合在一起，并且使用一个定长的 标记作为分组在m p l s 网络中传输时所需处理的唯一标志。 w m p l s 是m p i j s 技术在无线领域的扩展。它最早是由j o n g m o o nc h u n g 首先提出的 一种协议体系。他提供了将m p l s 扩充为删p l s 的一项基本策略，阐述了在移动通信网 和移动自组网中实现w m p l s 的基本思路。 使用w i p l , s 组建无线网的优点有以下几点： ( 1 ) 可以实现高质量的无线数据通信，满足o o s 、g o s ( g r a d eo fs e r v i c e s ) 的 需求。 ( 2 ) 作为下一代的网络通信协议m p l s 的广泛应用，其无线版本w m p l s 也将大量 应用在以后的无线通信网中；这样，可以方便地与有线骨干网实现互联；可以将骨干网 的服务扩展到无线网络。 ( 3 ) 1 】| m p l s 支持点对点和逐跳的面向连接和面向无连接的移动通信网。 ( 4 ) 可以方便地提供区分服务。 ( 5 ) 提供可靠的安全机制。 w g p l s 中涉及了很多基本的概念和术语，为了后面更好地阐述问题，现将一些最基 本的术语罗列如下： 1 f e c ( 转发等价类) f e e ( f o r w a r d i n ge q u i v a l e n tc l a s s ) 是w m p l s 技术的基础。w m p l s 实际上是一种分 类转发的技术，它将具有相同转发特性( 比如：源或目的地相同、使用的转发路径相同、 具有相同的服务等级、给定相同的丢弃优先级等) 的分组归为一类。这种类别就称为转 发等价类，属于相同转发等价类的分组在w m p l s 网络中将获得完全相同的处理。在l d p ( 标签分配协议) 过程中，各种等价类对应不同的标签。在w m p l s 网络中，各个节点将 通过分组的标签来识别分组所属的转发等价类。 2 标签( l a b e l ) 简短而长度固定的标识符。用于识别转发等价类f e e ，将一个标签指派给一个f e c 4 广西大学硕士掌位论文羞于删p l s 的移动自组网姐播路由协议研囊可仿真 称为标签绑定( b i n d i n g ) ，通常只具有本地意义。 3 标签分配协议l d p ( l a b e ld i s t r i b u t i o np r o t o c 0 1 ) e d p l s 的信令与控制协议，建立相邻l s r 间的信息传输通道，l s r 使用它来交换和协 调f e c 标签绑定信息，使得对等l s r 就一个特定的数值达成一致。l d p 规定了一整套用于 沟通的语言来完成相互之间的理解和同步，这套消息包括发现( d i s c o v e r y ) ，会话 邻接( a d j a c e n c y ) 、通告( a d v e r t i s e m e n t ) 以及通知( n o t i f i c a t i o n ) 消息。 4 标签交换路径l s p ( l a b e ls w i t c h e dp a t h ) 通过标签分配协议，在数据流将要通过的路径沿途，每一个标签交换路由器将标签 和特定的转发等价类绑定完成后，就建立了l s p 。它由一个或多个标签交换跳跃( h o p ) 相连组成，即数据报所经过一个或多个标签交换路由器所形成的转发路径。 5 标签交换路由器l s r ( l a b e ls w i t c h i n gr o u t e r ) 一个支持w m p l s 协议的节点，是w m p l s 网络中的基本元素。l s r 由两部分组成，控制 单元和转发单元。控制单元负责标签的分配、路由的选择、标签转发表的建立、标签交 换路径的建立、拆除等工作。而转发单元则将依据标签转发表对收到的分组进行转发。 它运行着第三层路由协议以及标签分配协议l d p ，位于w m p l s 网络的内部，主要功能是根 据数据包标签进行快速转发。 6 边界标签路由器l e r ( l a b e le d g er o u t e r ) 位于i p l s 网络的边缘，主要完成数据包到标记的映射。当数据包到达边缘标记路由 器时，边缘标记路由器查看它所属的f e c ，并分配相应的标记。如果没有合适的标记，则直 接进行第3 层转发。 7 标签信息库l i b ( l a b e li n f o r m a t i o nb a s e ) 位于标签交换路由器和边缘标签路由器内部，主要包括f e c 和标记的绑定信息，标 签交换路由器( 包括边缘标签路由器) 就是依据此信息对数据包进行快速转发。 2 2w m p l s 技术概述 2 2 1w p l s 的头格式 w m p l s 的头格式扩展了m p l s 的头格式闭，w m p l s 有两种基本的协议头格式。 通过标志字段进行区别。除此以外，标志字段还用来指明是否使用了c r c 字段，以及 控制字段( c o n t r 0 1 ) 使用是1 还是2 字节。 j i 匝工二要二工蔓习 l i ，j i ( a )不带控制字段和c r c 字段的w m p l s 头格式 ( a ) w m p l s h e a d e r w i t h o u t c o n t r o la n d c r c f i e l d 广西大掌司e 士掌位论文| l 于w m p l s 的移动自姐网组期 路由协议研要 号仿， l 勰， l “c 如 s霄l 粼鬣i ”c r 獬c 。i 0b 想 嚣b 4 s ) nb 褂 糟蜮i l - 一一一一，一一一一一一一一一一- 一一- 一- 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一- - - - 一一- 一- - 一- 一- 一一一- - 一- 一一一一- 一一一一- - 一一- j ( b )带控制字段和c r c 字段的w m p l s 头格式 ( b ) w m p l sh e a d e l w i t hc o n t r o la n dc r c 舱i d 图2 - 2w h p l s 协议的头格式 f i g u r e2 - 2w m p l sh e a d 钟 标志字段 控制字段序列：n ( r ) 和n ( s ) 及a 舳流控制字段 ( f i a g ) o0 没有控制字段( c o n t r 0 1 ) 和c r c 字段 01 3 位n ( r ) 和n ( s ) 1o 7 位n ( r ) 和n ( s ) 11 保留为将来用 图2 - 3w m p l s 头格式中的标志字段 f i g u r e 2 3t h ef l a gf i e l do fw m p l sh e a d e r 在控制字段中，n ( s ) 代表发送包或发送帧的序列号，n ( r ) 代表自动重传请求帧 ( a u t o m a t i cr e t r a n s m i s s i o nr e q u e s t ( a r q ) ) 或者流控制确认帧的序列号。 2 2 2w p l s 的节点结构 在v m p l s 网络域中，任意一个v o “p l s 节点的基本结构如图2 4 所示。 6 广西大掌硕士掌位话文基于删p i j 的移动自组用组播路由协议研费，r 防真 n n de r y 瓤pt a i t le i rad i o pr o paga i i o n 醒ode l l l i fq ac 冀e t l h pl ar le l i 1p t j r g l c h4 蕾be l 一“1 而l a r g i cha 曩te i i i 一 图2 - 4w m p l s 节点结构图 f i g u r e2 - 4w m p l sn o d es t r u c t u m 在这里，我们可以看到一个w m p l s 节点实际上是由两部分组合而成的。在l l 层 以上部分，实际上是一个m p l s 节点，它主要由m p l sc l a s s i f i e r ( m p l s 分类器) , a d d r e s s c l a s s i f i e r ( 地址分类器) ，p o r t c l a s s i f i e r ( 端口分类器) 三大部分组成。其中m p l sc l a s s i f i e r 主要功能是判断一个包是带标签的数据包，还是不带标签的数据包。假如是带标签的数 据包，直接进行l 2s w i t i c h i n g ( l 2 层交换) ；如果是未标签的数据包，但是对于这个 数据包的l s p 已经存在，m p l sc l a s s i f i e r 就对这个数据包根据其f e c ( 转发等价类) 建立与标签之间的绑定，并进行l 2 交换，否则m p l sc l a s s i f i e r 将该数据包送给a d d r e s s c i a s s i f i a 执行l 3 转发。 l l 层以下部分则是无线节点部分。它主要由l l 层( 数据链路层) 和连到l l 层的 a r p ，i f q ( 优先接口队列) ，m a c 层，n e t i f ( 网络接口层) 以及c h a n n e l ( 无线信道) 等组成。 l l 层：移动节点使用的l l 与有线网络l l 基本相同。唯一不同的是移动节点的 l l 连接了一个a r p 模块，用来把m 地址解析成物理( m a c ) 地址。通常，对于所有 7 一 一 l l e l g r r 鲁 量 i t 蕴 n _lr，f o o d d 广西大掣嘎士掌位诧。文墓于矾i p l s 的移动自组罔组播路由协议研宴p 手仿真 发出的分组( 发送到无线信道) ，路由代理( a g e n t ) 都会将该包传递给l l 。l l 再把 此包传递给接口队列。而对于所有即将接收的分组( 由信道发出) ，m a c 层将分组传 递给l l ，l l 再将分组传递给n o d ee n t r y ( 节点入口) 。 如果a r p 已经知道了目的节点的物理( m a c ) 地址，它就把该物理地址写入分组的m a c 头中。否则，它就广播一个a r p 请求并暂 时缓存当前分组。对于每一个未知的目的物理地址，都有一个存放一个分组的缓存区。 当更多的传送给同一个目的节点的分组被送到a r p 模块时，前面被缓冲的分组就被丢 弃。一旦a r p 知道了分组的下一跳目的节点的物理地址，该分组就被放入接口队列中。 i n t e r f a c eq u e u e ：接口队列是由类p r i q u e u e 实现的。p r i q u e u e 类是一个优先级队 列。它通过将分组插入到队列首位置以优先处理路由协议分组。它可以对所有队列中的 分组进行过滤，删除那些具有特定目的地址的分组。 n e t w o r ki n t e r f a c e s ：网络各层间的服务作为一个硬件接口，是移动节点访问信道 的接口。这个接口通过碰撞和无线传输模块接收其他节点发送到信道上的分组。它将相 关与传送接口的m e t , a - d a t a ( 比如传输功率，波长等) 作为对每一个已传送包的标记写 入分组头，接收节点的无线模块通过分组头中的这些信息来判断是否这个包以最小功率 接收捕获，检测，只有功率大于某i 临界值是分组才能被正确接收。 r a d i op r o p a g a t i o nm o d d ：无线信号传输模型，这个模型用来计算每个分组在到达 接收节点是的信号强度( 功率) 。在移动节点的网络接口层有一个接收功率闽值，当接 收到的分组的信号强度( 功率) 小于该阈值时，这个分组就被标记为e r r o r 并被m a c 层丢弃掉。n s 中包含了3 个无线信号传输模型：f r e e s p a c e ，模型t w o - r a y g r o u n dr e t i e c t i o n 模型和s h a d o w i n g 模型。 2 3w m p l s 协议在移动自组网中的路由机制 w m p l s 是下一代的网络路由技术一m p l s 在无线网络环境下的改进和扩展。将 w m p l s 应用于移动自组网的平台上，能够实现现有路由协议无法实现的q o s 支持， 扩充网络服务，充分合理的利用现有的硬件资源，它将增强移动自组网的服务功能，扩 展它的应用范围。 采用w m p l s 协议进行选路和建立l s p 的基本思想是：l s p 的建立采用被动的 按需路由机制；标记分发方式为下游按需分发，标记控制方式为有序的控制；标记信息 的保持方式为保守的保持方式。具体的执行过程如下： 2 3 1 邻居发现过程 节点周期性的发出h e l l o 消息，这个消息作为节点的“灯塔信号”，将本节点的 存在性通知给在其无线通讯范围内的邻居节点。每个节点都维护一张邻居节点表( p i n d 表，p o s s i b l e i n t e r m e d i a t e n o d e t a b l e ) ，一旦它收到某个邻居节点发出的灯塔信号后，它 就在自己的邻居节点表建立相应的表项，用于存储该节点的基本信息。这些表项周期性 8 广西大掌硕士掌位论文基于删p l s 的移动自组网组播路由协议研j 与仿真 的根据新收到的h e l l o 消息进行更改维护，如果节点在约定的时间内没有收到邻居节 点发出的h e l l o 消息。它将在邻居节点表里删除其相应表项。 2 3 2 路由建立过程 初始路由选择算法包括两种算法：点对点( e n d - t o e n d ) 路由算法和逐跳 ( h o p - t o h o p ) 路由算法。两种路由算法都是通过受条件约束的广播来进行路径选择的， 不过逐跳路由算法的连接响应消息在每一跳收到连接请求时就进行确认，而点对点路由 算法的连接响应消息是要等整条l s p 建立以后再逐级确认，因此逐跳路由算法的通信 量比点对点路由算法大，但使路径建立的时间更短。 l s p 通道的建立过程如图2 5 所示，源s 向目的地d 发起路由初始化过程：目 的节点d 不在源节点s 的邻居节点表内，源节点s 广播一个路由请求消息r j 也q ，请 求标记消息r r e q 将一直持续下去，直到到达目的节点d 为止。当到达目的节点d 后， 目的节点d 象其它中间节点一样处理这个请求，并给这个请求分配一个标签，如3 ，再 把分配的标签通过标记映射消息r r e p 传给上游节点i 。上游节点i 收到这个标记映射 消息褂也p 后，将更新自己的l s p 表项，随后产生一个新的标记映射消息r r e p 把自 己已经分配好的标记，比如为l ，再传给上游节点s 。这样，一个标记映射流从目的节 点经过与标记请求流经过的同样的路径逐跳反传给源节点s 。当到达源节点s 时，所有 的中间节点都向上游节点通告了分配的标记。这样，各个节点就通过标签建立起了f e c 与l s p 通道的映射关系，以后的数据收发过程都将通过标记来选路和转发。当目的节 点收到不止一条路径时，比如从s 到目的节点d 就有s i d ， s i j - d ，s i - j k - d ，s j i d ，s j d 和s j k - d 七条路径，但只处理收到的第一个请求分组。 。- - - - - - - - 。- - ，- 。- 一- - - - - - - - - _ - - 。- - - 。- - 。- - - 。- - - 。- 图2 - 5l s p 建立过程 殉u i 82 - 5l s pe s t a b l i s h i n gp r o c e s s 9 基于聃p l s 的移动自组网组播路由协议研舅 哼仿j 2 3 3 路由维护 因为移动自组网中节点的移动性，经常会发生链路中断，这时就需要进行路由修复 过程。如图2 - 6 ，网络中存在一条l s p 通道，n 0 - n 1 n 2 - n 3 - n 4 ，节点n 3 因为 移动离开了节点n 2 的传输范围，发生了链路中断，影响到远端连接，在这种情况下， 移动节点n 2 通过向它的邻居节点广播请求消息来建立一条到目的节点n 4 的可替代 路径，当n 3 接收到请求分组时，发现本节点有到目的节点的路径，进行中间节点回 复。这样通过本地修复重新建立起了n o 到n 4 的l s p 通道n 0 - n 1 - n 2 - n 6 - n 3 - n 4 。如果此时节点发现目的节点已经是它的邻居节点，则直接建立和目的 节点的连接就可以了。如果本地修复失败的话，通知源节点，从源节点从新发起一个路 由建立过程，称之为全局修复。 四四 重i重互 龋 一一- 脚 图2 - 6 路由修复过程 f i g u r e 2 - 6r o u t i n gr e p a i rp r o c e s s 2 3 4 路由拆除 当一个远端站点要求拆除连接或者由于节点的移动性，一个新的路由已经建立在这 个时候就需要拆除之前建立的连接，并释放之前占用的网络资源。 2 4l d p 信令系统的选择：c r - l d p r s v p - t e 目前，实现l d p 信令系统的解决方案有两种：c r - l d p 方式和r s v p - t e 方式【3 1 。 r s v p 主要是用来为特殊应用数据流向网络申请特定的服务质量，也可以被路由器 用来向该数据流沿途经过的节点传送q o s 请求，并建立和保持一定状态以提供所请求 的服务。 l o 广西大胄u 藏士掌位论文| k 于w m p l s 的移动白角u 嘲组撸路由恸峨研究与仿真 c r - l d p 是借助于对应于各种q o s 要求的限制参数来进行选路，支持业务量工程 的路由技术。此外，这种路由方式将能够为不同的l s p 指定不同的优先级。路由的选 择将受到各种业务要求的限制，而不再是过去的尽力而为型路由了。它对l d p 的改动 很小，对消息与各种状态的处理十分简单，而且所需的消息数量很少，对于网络的运算 资源的要求不高。 c r - l d p 与r s v p 方式的几大主要区别： ( 1 ) c r - l d p 的端到端建立机制是由入口l s r 发起的，是下游标记分发方式，r s v p 资源预留过程的顺序刚好相反。 ( 2 ) 网络的可扩展性。在r s v p 技术中，当网络的节点数与需要建立的l s p 数增加 时，由于要对各条路径进行刷新，刷新消息的数量将等比增加，最终将导致网络可扩展 性的恶化。c r - l d p 使用的是一种简单的“硬状态”机制。这种硬状态机制使得该技术 对于网络节点数量的增加表现出很强的可扩展性。 ( 3 ) 对q o s 的支持。r s v p 是为了支持综合业务模型设计的，借助于各种灵活的资 源预留方式，在骨干网中，各个节点使用的性能参数与所能提供的服务质量千差万别， 使用综合业务很难实现真正的端到端的服务质量保证。骨干网上的i pq o s 的实现方式 将向区别服务的方向发展。c r - l d p 将i fq o s 性能集成到网络的核心，c r - l d p 信令协 议将把某一流量中继所需的q o s 参数通知各个中间节点，中间节点将依据这些参数决 定对某一流量中继的分组处理方式，即d i f f s c r v ( 区分服务) 中定义的每一跳行为( p h b ) ， 这一方式在w m p l s 中实现了一种强大而灵活的，能够保证端到端区别服务的机制。 2 5 本章小结 本章主要介绍了w m p l s 技术的一些基本概念、工作原理以及路由机制等。并对 w m p l s 技术主要优势进行了简要分析。 基于删p l s 的移动自组用组播路由协议研舅拊真 第三章移动自组网及其组播概述 3 1 移动自组网概述 移动自组网，又可被称为m a n e t ( m o b i l ea dh o en e t w o r k ) ，作为一种全新的网络 架构体系，已经成为目前移动计算的研究热点之一。它是由一系列移动主机节点实时组 成的多跳无线数据包交换和传输网络。与传统的无线移动网络不同，移动自组网络中的 所有节点具有同等的功能，既充当主机又充当路由器，也不需要固定基站与基于网的支 持。因此，这种网络可以被运用于各种特殊和不利的环境，具有更强大的适应性，更广 泛的实用性。 3 1 移动白组网络的特点 图3 - 1 给出了一个由5 个移动节点组成的简单移动自组网。如图所示，移动节点a 和移动节点b 之间可以直接通信，但当彼此相距较远的移动节点如节点a 和节点e ， 需要交换信息时，由于移动节点的通信覆盖范围有限，因此它们需要通过它们之间的移 动节点d 的转发才能完成信息交换。可见，由于每个移动节点的通信范围有限，使得 移动自组网中的路由一般都由多个移动节点组成，数据信息往往需要经过多个移动节点 的转发才能到达目的节点，因此移动自组网也被称为“移动多跳无线网络”。 。o - 。- _ 。o 。- 。_ 。- - _ 。，_ _ 。- - 。- - - - - - - - - - - - - - - j 图3 - 1 简单的移动自组网示倒 f i g u r e3 - ia ne x a m p l eo fs i m p l ea dh o cn e t w o r k 移动自组网作为一种自创建( s e l f - c r e a t i n g ) ，自组织( s e l f - o 培a l l i z i l 曲和自管理 ( s e l f - a d m i n i s t e r i n g ) 的全新网络架构，与传统无线移动网络有着截然不同的的特点。移 动自组网络的特点嘲主要可以归纳为以下几点： 1 易部署，由于移动自组网不需要固定的地面设施和主干网络支持，当需要时， 只需要将多个带有收发装置的节点置于需要部署的区域，这些节点主机就可以自动组成 广西大学硪士掌位论文 墓于删p l s 的移动自组用组播路由协议研究与仿真 一个网络。 2 健壮性强，因为移动自组网是一种对等网络，无集中的控制和管理中心，故当 某些节点出现故障时，并不导致整个网络瘫痪，但是网络的性能将会受到不同程度的影 响。 3 移动快，移动自组网本身就是由一些既充当主机又充当路由器的移动节点组成，