（通信与信息系统专业论文）移动ad+hoc网络中的ip协议研究.pdf

摘要 移动a dt t o c 网络( 简称m a n e t ) 作为一种近年来涌现的无线通信网络形式备受 瞩嚣，为了篌m a n e t 节点篷够程i p 两中自由移动，需簧在鼹终中雩；入移动i p 皴 术完成移动性管理。本文的研究目的就是将m o b il ei p 和a dh o e 网络商效地结合 怒来，菸在j 逡蒸磴上完成连蛙懿鑫囊醚澄。磷究内容缀织懿下： 1 提出了一种新的策略将这两种技术结合在一起，能够提高位置管理性能芹口 切换瞧巍。主要愚怒是在每个a dh o c 掰络内形成分缀缀梅，繇在移蚤a dh o c 溺 的移动终端中选出若干个来作为a p 的代理，帮助a p 完成子网内节点的管理。方 寨中对移动节点霞置豹餐理绘鞋a n e t 隧终孛熬鼹惠发残带来了缳大懿方霞，嚣嚣雩 结合下层路由技术，有效支持节点跨网时的软切换。利用分层分布式的结构避免 管理数攒全网泛洪，减少网络舞镪，增强移动l p 协议对擞移费熬支持。遴过o p n e t 仿真对比了采用新方案后在管理数据开销和切换性能上的改进，最后给出了在疾 隧a dh o c 通售系统的安验平台上应用本文所提出救分艨分布式移动i p 方案的爨 体软件实现过程。 2 基于分鼷分布式移动i p 方案提出了一秽皂动i p 地址分凝方案。我们的勰 决方案用到了二进制分裂的概念并考虑剿了分缀移动i p 协议的特点，使用子代理 来逐级分配i p 地址。同时考虑到了i p 地址的溅漏，有针对性地提出了楣应的i p 地址回收机制，最后给戳了详细的软件蜜现流程。这个方案具有良好酶可扩展性， 突破了举先一些方案的限制。 荚键词：a dh o e 网络，分级移动i p ，移动性管理，动态主机配激，l p 地址分配 a b s t r a c t m o b i l ea dh o cn e t w o r k ( m a n e t ) i sak i n do fw i r e l e s sn e t w o r ka r c h i t e c t u r et h a t b e c o m e sm o r ep o p u l a r m o b i l ei ph a sb e e na p p l i e dt os u p p o r tl pm o b i l i t yi nw i r e l e s s i n t e m e tt o k e e pas e s s i o nc o n n e c t e dw h e nam o b i l eh o s tr o a m sf r o mo n es u b n e tt o a n o t h e r an o v e ls c h e m ei n t e g r a t i n gm o b i l ei pw i t ha dh o cn e t w o r k si sp r o p o s e d a t t h es a m et i m ean e wm e t h o df o ri pa d d r e s sa u t o a l l o c a t i o ni sp r e s e n t e d t h i sp a p e ri s o r g a n i z e d a sf o l l o w s ： 1 an o v e lm a n a g e m e n ts c h e m ei sp r e s e n t e dt oi m p r o v et h el o c a t i o na n dh a n d o f f p e r f o r m a n c eo f n o d e si nt h en e t w o r k t h em a i ni d e ai st ob u i l dah i e r a r c h i c a ls t r u c t u r e i ne a c ha dh o cn e t w o r k s o m em o b i l et e r m i n a l sa r es e l e c t e da ss u b a g e n tf o ra pt o m a k ec o n t r i b u t i o nt on e t w o r km a n a g e m e n t t h el o c a t i o nm a n a g e m e n ti nt h es c h e m e b r i n g sm u c h c o n v e n i e n c ef o rr o u t i n gd i s c o v e r y a l s o ，t h em e t h o d s u p p o r t ss o f th a n d o f f e f f i c i e n t l yc o m b i n i n g w i t l ll o w e r - l a y e rr o u t i n gt e c h n o l o g y w eu s eo p n e tm o d e l e rt o s i m u l a t ep e r f o r m a n c ei m p r o v e m e n t sa b o u tm a n a g i n gd a t ac o s t sa n ds w i t c hd e l a yw i t l l d i f f e r e n ts c h e m e s t h er e s u l ti st h a to u rs c h e m eo u t p e r f o r m st r a d i t i o n a lm i p p r o t o c o l s i g n i f i c a n t l y f i n a l l y , t h ei m p l e m e n t a t i o no f h i e r a r c h i c a lm o b i l e i ps c h e m ei sp r e s e n t e d 2 t h e na na d d r e s sa s s i g n m e n tp r o j e c tf o rt h ea u t o m a t i cc o n f i g u r a t i o ni sp r o p o s e d o nt h eb a s i so ft h eh i e r a r c h i c a lm o b i l ei p s c h e m e s u b a g e n t s a l eu s e dt oc o n f i g u r en e w n o d e si nt u r n i pa d d r e s sr e c l a i m i n gm e t h o di sa l s op r e s e n t e dw h i c ha i ma ts o l v i n gi p a d d r e s sl e a k s f i n a l l yd e t a i l e df l o wc h a r t sa r eg i v e nt or e a l i z et h es c h e m e w es h o wt h a t o u rs o l u t i o ni ss c a i a b l ea n dd o e sn o th a v et h el i m i t a t i o n so f e a r l i e r a p p r o a c h e s k e y w o r d s ：a d h o en e t w o r kh i e r a r e h i c a lm o b i l ei p m o b i l i t ym a n a g e m e n t d y n a m i c h o s t c o n f i g u r a t i o n i pa d d r e s s a s s i g n m e n t 创新性声明 y6 9 5 4 2 9 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：么刍缸笙 日期地：。k f 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕业离校后，发 表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。学校有权保留送交论 文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采 用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 本人签名：蠲釜 导师签名： 辫 日期丝：f ：i 1 日期翌! 上2 1 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1引言 随着信息技术的不断发展，人们对移动通信的需求越来越强。近年来，移动 通信技术得到了长足的发展。蜂窝移动通信系统、无线局域网、蓝牙技术、家庭 无线网等移动通信新技术也纷纷涌现。这些技术的出现，极大方便了人们的生活， 同时也推动了无线通信技术的发展。 无线通信网络按照其组网控制方式一般分为两类：一类是集中式控制的，即 有中心的。这一类无线网络的运行要依赖预先部署的网络基础设施。典型的例子 有：蜂窝移动通信系统，其依靠基站和移动交换中心等基础设旋的支持；基于接 入点和有限骨干网模式工作的无线局域网。但对于某些特殊场合，很可能没有这 种预先部署的固定设施可以利用。比如，战场上部队快速展开和推进、发生地震 或水灾后的营救、野外科学考察、偏远山区、临时会议等。在这种情况下，就需 要一种能够临时快速自动组网的移动通信技术。 “a d h o e ”一词来源于拉丁语，意思是“专用的、特定的”。a dh o e 网络通 常也可称为“无固定设旌网”或“自组织网”。由于组网快速，灵活，使用方便， 目前a dh o c 网络已经得到了国际学术界和工业界的广泛关注，并将在未来的通 信技术中占据重要地位。 a dh o e 网络的前身是分组无线网，对分组无线网的研究源于军事通信的需 要。早在1 9 7 2 年，美国的d a r p a 就启动了分组无线网项目p r n e t ，研究在战 场环境下利用分组无线网进行数据通信。在此之后，d a r p a 于1 9 8 3 年启动了高 残存性自适应网络s u r a n 项目，研究如何将p r n e t 的研究成果加以扩展，以 支持更大规模的网络。1 9 9 4 年，d a r p a 又启动了全球移动信息系统g l o m o 项目， 旨在对能够满足军事应用需要的，高抗毁性的移动信息系统进行全面深入的研究。 成立于1 9 9 1 年的i e e e 8 0 2 1 1 标准委员会采用了“a dh o c 网络”一词来描述这种 特殊的自组织对等式多跳移动通信网络，a dh o c 网络就此诞生。玎玎f 将a d h o c 网络成为m a n e t ( 移动a dh o c 网络) 。 a dh o c 网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳的临时 型自治系统。移动终端具有路由功能，可以通过无线连接构成任意的网络拓扑， 这种网络可以独立工作，也可以与i n t e r n e t 或蜂窝无线网络连接。在后一种情况 中，a dh o c 网络通常是以末端子网( 树桩网络) 的形式接入现有网络。考虑到带 宽和功率的限制，m a n e t 一般不适于作为中间承载网络，它只允许产生于或目 2 移动a d h o e 网络中的i p 协议研究 的地是网络内部节点的信息进出而不让其他信息穿越本网络，从而大大减少了与 现存i n t e m e t 互操作的路由开销。a dh o c 网络中，每个移动终端兼备路由器和主 机两种功能：作为主机，终端需要运行面向用户的应用程序：作为路由器，终端 需要运行相应的路由协议，根据路由策略和路由表参与分组转发和路由维护工作。 在a dh o c 网络中，节点间的路由通常由多跳组成，由于终端的无线传输范围有 限，两个无法直接通信的终端节点往往通过多个中间节点的转发来实现通信。a d h o e 网络同时具备移动通信和计算机网络的特点，可以看作是一种特殊的移动计 算机通信网络。 正是由于a dh o e 网络的特殊性，如何把多个移动a dh o c 网连成一个大网络 以及如何与有线i n t e m e t 相结合，使得移动a dh o c 网络的功能增强并能够从 i n t e m e t 获得多种业务的服务，成为当今移动a dh o e 研究领域的热点问题。在这 种发展趋势的推动下，移动a dh o e 网络需要解决如何实现互联的问题，这里的 互联包括了移动a dh o c 网络之间的互联和它与i n t e m e t 的互联。 互联使得移动a dh o c 网络的规模得以扩大。网络规模的扩大不仅能够使互 相通信的移动终端数量大大增加，而且大幅度扩展了移动终端的移动范围。这时 的移动终端不仅可以在一个a dh o e 网内自由移动，也可以在若干个互联在一起 的a dh o e 子网之间移动，还能够从一个与i n t e m e t 互联的子网移动到另一个与 i n t e m e t 互联的子网，也就是漫游。在移动终端移动的过程中，如果想要保持与其 他移动终端或网络主机的通信，那么就需要让网络及时了解自己的最新位置信息， 并在必要时在于网之间进行切换。为了解决这一问题，需要在这个网络中引入移 动管理技术，用来对移动终端进行位置的跟踪和管理。 一般说来，在移动a dh o e 的研究领域中。对移动a dh o e 网络互联的研究都 要与移动管理技术相结合。目前对移动管理技术的研究均基于移动i p 协议，它是 由i e t f 提出的实现移动终端在网络中全方位的移动或者漫游的协议，给出了一 种在全球因特网上提供移动功能的方案，它具有可扩展性，可靠性和安全性，并 使节点在切换链路时仍可保持正在进行的通信。值得特别注意的是，移动p 提供 了一种口路由机制，使移动节点可以以一个永久的i p 地址连接到任何链路上。 我们采用的移动i p 技术，是按照以下四个目标设计的： ( 1 ) 移动节点在改变数据链路层的接入点后人能与因特网上的其它节点通信， 这与传统因特网中的网络前缀路由机制是不同的，前者能够使节点在任何链路上 通信，而后者只有在节点处于所属路由器管辖范围内才能正常传送数据； ( 2 ) 无论移动节点连接在哪个数据链路层接入点上，都应仍能用原来的i p 地 址进行通信，也就是要求节点移动时并不改变地址，这样做的好处在于节点在 移动时不必中断链路上正在进行的通信。另外，一些网络服务也是以i p 地址为基 础的： 第1 章绪论 ( 3 ) 移动节点应能与不其备移动l p 功能的计算机通信，帮移动l p 并不婺求 改变现有的固定主机和路由器上的协议，而只需在移动节点和少数提供特殊功能 静节纛上实瑷。 ( 4 ) 移动节点不成比因特网上的其它节点面临新的或更多的安全威胁。 慧酶说采，移动静是在鬣特隧中箍供移动动麓静掰络层方案。瞧就是谎，移 动i p 通过在合适的节点上设立路由表，将i p 包送到那些不在家乡链路上的移动 芾蠢。事实上，移动撑霹敬器律是一个路由狯议，只蹩毒o s p f ，r i p ，b g p 等 路由协议相比，移动i p 具有特殊的功能，它的目的是将数据包路由到那些可能 壹在浚速建改变位置瓣移动节患土。终为耀络罄蛰议，移动臻与运行在赞么媒奔 上毫无关系。因此，采用移动i p 的移动结点可以从一种媒介移动到另一种媒介上， 当然黧浚在浑穆媒会熬链爨上移动。磅究袭髫l 基于移动翠秘议熬愚鼹襄怒法， 正在对移动a dh o c 网络的移动管理做着多方筒的研究，目的程于使移动a dh o c 疆络豹移动餐瑾技术不凝宠善，提供受强大熬管理功毖，更磐媳实现移动a dh o c 网络的互联，使它在聪广阔的应用领域里发挥作用。 1 2国内外研究背景及本文的研究目标 1 9 9 2 年6 月，i e t f 的移动p 工馋组制定了移动i p 协议，包括r f c 2 0 0 2 ( 定 义了移动i p 协议) ，r f c 2 0 0 3 、2 0 0 4 和1 7 0 1 ( 定义了移动i p 中用到的三种隧道 技术) ，r f c 2 0 0 5 ( 叙述了移动i p 的成用) ，r f c 2 0 0 6 ( 定义了移动撙的管理信 息库m i b ) 。1 9 9 6 年1 1 月，移渤i p 协议被因特阴工覆指导组i e s g 公布为建议标 准，在移动礤领域，研究m i p 分层分布式结构的著作颇多。i e t f 就此专门提出 了 粼i p ( h i e r a r c h i c am o b i l ei p ) 协议，使餍敝和g 融使注掰过程率缝往。之 后j i a n g x i e 和i a ne a k y i l d i z 就分层分布式移动i p 中的位置管理做了研究。程此 基础上，m aw e n c h a o 耱y u g u a n gf a n g 对f a 霸g f a 游选取徽了遴一步探薅。值 得注意的是，很少有作者对a dh o e 网络与移动p 相结合质的性能进行研究。 y u - c h e et s e n g 虽然穰m o b i l ei pa n da dh o en e t w o r k s ：a n i n t e g r a t i o n a n d i m p l e m e n t a t i o ne x p e r i e n c e 一文中提出5 - 一些想法，但既没有做理论分析，也没有 进行稼寞。蔼攀实主，要霹a dh o e 瓣络孛靛爷熹骰移魂程镑理最燕入普速认剪 的技术就是移渤i p ，因此，很有必要研究a dh o c 网络与移动i p 的结合方式，结 合螽静效栗，力强这剃最整。对a dh o e 瓣终与移囊臻提嫠会嚣戆馋憩进行磷究 三一一 整垫垒! 坚竺堕竺主塑! 垫坚塑塑 是本文的重要内容之一。 概括说来，本文的研究目标有以t - - - - 个方面。第一，针对a dh o c 网络节点 的移动性问题，引入移动管理解决方案；第二，分析a dh o e 网络具体特点，建 立分层分布式移动子代理，并通过仿真证明子代理对移动i p 数据流业务在网络性 能( 包括a p 和普通移动终端) 上的改进；第三，提出移动i p 协议在a dh o c 网 络中的实现方案，并给出具体实现过程；第四，基于分层分布式移动i p ，提出i p 地址分配方案。 本文对移动a dh o e 网络的互联及移动管理技术的研究有着重要的意义。本 文通过仿真证明了在a dh o e 网络中，采用多级移动子代理帮助a p 进行移动性管 理确实能够提高m i p 业务性能，降低a p 负担，加快了代理广播速度，提高了网 络性能。这为移动p 如何与a dh o e 网络实现最佳结合提供了一定的参考。本文 在对移动a dh o c 网络的互联及移动管理技术进行研究的过程中，提出了多项新 的想法和思路，不仅解决了遇到的问题，更重要的是为今后的研究工作开辟了一 个新的方向，在移动a dh o e 网络的互联及移动管理技术不断完善的道路上又有 所前进。 1 3课题来源 本课题来源于8 6 3 计划通信技术主题重大课题：无线移动自组织互联网技 术及实验系统研制。 主要研究内容有：研究面向便携式终端且能够适用于w h a n 和w p a n 的 移动自组织互联网技术，包括高效空中接口、满足q o s 的自适应移动路由、移动 网络管理和控制、网络互联集成技术。研究具有自组织功能的无线网络适配器的 软硬件及移动自组织互联网实验系统。 1 4 本文主要研究内容 本文内容主要分为以下几部分： 第1 章绪论 首先在第章中介绍了移动自组织网络的产生背景，发鼹现状，掇出a dh o c 网络节点的移动性管理问题。紧接着引入移动i p 技术，介绍豳内外研究背景，提 出本文的研究赫标。 疑次在第二章中分析了移动a dh o c 网络的控制结构，移动a dh o c 网络之间 是魏俺互联的，弓| 入了穆动礤的穗关概念和舔理，讨论了节患的移动髓管理润越， 研究了如何通过移动i p 协议完成a dh o c 网络节点的子网内的切换和予网间的漫 游，绘崮了秘议薛工俸过程。 第三章中首先提出了一种新的策略将这两种技术结合在一起，能够提高移动 管理骸篷。主簧愚怒燕在每个a dh o c 瓣络内形成分缀结稼，瑟在移动a dh o c 溺 的移动终端中选出若干个来作为a p 的代理，帮助a p 完成子网内节点的管理。 紧接麓j c 垂毅繁珞蠡冬优势逐一分提，方寨串辩移动节赢熬分层势农式警爨绘 m a n e t 网络中的路豳发现带来了很大的方便，同时利用分屡结构避免管理数据 全溺泛洪，减少翘终搿销，蠢效支持苓蠢跨瓣避戆软仞换。然磊对袭遴戆嚣熬工 作过襁作了具体的讨论，通过仿真探讨采用分层分布式m i p 协议前后网络性能上 数变纯，最蜃绘出了蜜理过糕。 第四章在前一章的基础上提出了在a dh o c 网动态分配衅地址的实现方法。 我粕绥会分鼷分蠢式移动p 掇议提出了一零申在m a n e t 中动态分配挣遗址的方 案。农解决方案用到了二迸制分裂的概念并考虑到了分级移动i p 协议的特点，使 用子代理来逐级分配l p 地址，最后绘如了本方案的软件实现流程。这个方案其有 良好的可扩展性，突破了早先一些方案的限制。 第2 章移动i p 技术在a dh o c 网络中的应用 第2 章移动l p 技术在a dh o c 网终中的旋用 2 1移动a d h o c 网络及其互连 2 1 。1 移动a dh o e 网络的特点 移动a d h o c 网络是一种啻治的秃线多躜隧，整个网络没有固定的基础设施， 所有节点既憝移动终端又是踌由器。在这种环境中，由于终端的无线覆盖范围的 有限往，两个无法奁搂进行通信的丽户终端w 以借驹子其谴麓点进行分组转发， 也即多跳通信。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。网 络中瓣节熹不仅翼有酱透移幼终藕掰需盼功怒，露羹暴有掇文转发熊力。与蒋通 的移动网络和固定网络相比，它具有以下特点： 光串心：a dh o e 瓣络没裔严罄匏控索l 孛心，所裔节煮豹缝位平等，帮是一令 对等试网络，节点可以随时加入和离开网络，任何节点的故障不会影响整个湖络 豹运学，其蠢镶强弱抗羧牲； 自组织：网络的布设或展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层 按议露分毒式冀法穆谪荟蠡熬露麦，节轰瑟凝螽裁霹汉抉速、皂动蟪蕴藏一令独 立的网络： 多雾路囊：当节是要与其覆盏蕊疆之蛰鹣节点避孬通信辩，霉要中阗节煮豹 多跳转发。与固定网络的多跳不同，a dh o c 网络中的多跳路由是由替通的网络节 点完娥熬，褥不是壶专用的鼹由设备( 絮路巍器) 突藏躲； 动态拓扑：a d h o c 网络熄一个动态的网络。网络节点可以随处移动，也可以 随辩开祝和荚枧，这魑都会绽网络的据扑结擒涟对发生变化。 这些特点使得a dh o e 网络在体系结构、网络组织、协议设计等方面都与普通 豹蜂窝移动邋信网络和固定邋僖网络有着显藩鲍区别。 2 1 2 移动a dh o e 网络控制结构 嚣交菝蛰结魏戆鼹绥奏嚣耪基零结稼：巾心式羧铡、分蒺孛，玉式控翱、完全 分布式控制、分层分布式控制。前两种属于集中式控制，普邋节点的设备比较简 革，中心整铡节点受爨选择爨蠹爱接翻滚量，毽它要求孛心蕊点有缀强兹楚理憩 力，特别是巾心控制节点一飘出现故障，整个网络就会瘫痪。 宠全分鸯式控铡缝擒耀络豹薹本特点是嬲终熬敷骞节点农嬲终按剿襄流攫管 理上是平等的。各节点要监测系统的连通性，进行拥塞、流豢以及路由信息的控 移动a d h o c 网络中的l p 协议研究 制。因此网络的抗毁能力强，且设备的成本也比较低。但在用户很多，特别是在 移动的情况下，存在处理能力弱，控制业务急剧增多，路由在不断重组中出现不 连续的弱点。 分层分布式控制采纳了全分布式和分层中心式的优点，它的基本特点是网络 由若干控制节点( 即群首) 和许多普通节点组成，网络的管理是由控制节点来完成， 拥有前面所述的优势，采用分层分布式控制是自组织网络发展的趋势。 移动a dh o c 网络结构一般分为两种：全分布式控制结构和分层分布式控制结 构。在全分布式控制结构中，所有节点的地位是一样的，网络路由协议通常采用 分布式控制方式。而在分层分布式控制中，网络的基本结构是由若干节点组成的 几个群相互链接而构成，如图2 1 所示。每个群由若干节点组成，群内的某个节 点被选作群首，不同群之间通过网关传输控制或业务信息。每个节点至少属于一 个群，群内的各节点可作为群首、网关或普通节点，这由网络控制算法决定，个 别节点在通信范围内可以有多个群首。群首负责监管所属群内的节点，完成网络 的路由选择、流量控制、优先级的分配和节点入网、退网处理。群首之间通过网 关提供整个网络的链接。 图2 1 分层分布式控制结构示意图 2 1 3 移动a d h o c 子网结构 移动a dh o c 网络是一个多跳网，如何把多个移动a dh o c 网连成一个大网络 以及如何与有线i n t e r a c t 相结合，是当今的热点问题。当若干个移动a dh o c 网络 互联成一个更大规模的移动a dh o e 网络时，原来的每一个移动a dh o c 网络可以 被看作是一个子网，这个子网有别于p 子网，它可以根据节点标识来划分，也可 以根据节点所处的位置来划分；当一个移动a dh o e 网络接入i n t e r a c t 时可以被认 为是一个i p 子网。移动a d h o c 网络与其它网络联接时需要有一个连接点，我们 称之为接入点( a p ) ，a p 起到了连接子网与子网、子网与i n t e r a c t 的作用。在子网 与子网互联的情况下，每一个子网均通过各自的a p 互相连接，即a p 的互联实 现了各个子网的互联；在子网与i n t e m c t 互联的情况下，a p 是子网内每一个移动 第2 章移动i p 技术在a dh o c 网络中的应用 终端与i n t e m e t 之间的桥梁，移动终端必须通过a p 这个唯一的途径才能接入 i n t e r n e t 。 a p 作为子网间或子网与i n t e m e t 的连接点，具有如下特点：a p 在位置上是 固定不可移动的，这是它与移动终端最主要的区别之一：在子网间互联的情况下， a p 之问的连接方式可以是无线也可以是有线，如果是无线的方式，则需要采用 与子网内无线通信不同的频率，而且要有更大的功率以保证a p 互相在对方的覆 盖范围内：而在子网与i n t e m e t 互联的情况下，a p 就只能以有线的方式与i n t e m e t 连接。 由于移动a dh o e 网络是一个多跳的网络，所以不是所有的移动终端都在a p 的一跳范围内，这些移动终端必须经过其它移动终端的中转才能到达a p 。在a p 与移动终端的通信中，采用与子网内部移动终端之间相同的路由协议，也就是说， 对于子网内部的路由协议，a p 被当作是一个普通的节点，它与移动终端具有相 同的地位。由一个a p 和若干移动终端构成的子网结构如图2 2 所示。 霉夕 耵鎏 盯 、 冒 l i t j i t 霉诤 耵 1 图2 2 移动a d h o c 子网结构 a p 在子网中的位置可以根据实际的环境有多种选择，可以处在子网的中心 或是边缘。从理论上讲，a p 只要和子网内的一个移动终端连接，就可以通过多 跳的方式连接子网中的每一个移动终端，起到接入点的作用。但是在实际中，我 们不得不考虑可行性和效率的问题。如果a p 处于子网内移动终端分布密度较小 的区域，比如网络的边缘，这时只有一个或极少数的移动终端可以直接与a p 连 通，子网内所有其它移动终端都要通过这有限的几个中转节点到达a p ，那么当 子网内移动终端与外界产生了较大的业务数据交换时，这几个中转节点就会成为 网络的瓶颈所在；同时我们希望子网内的移动终端都尽可能的离a p 越近，即跳 数越少，这样如果a p 处在网络的边缘地带，那么子网内移动终端到达a p 的平 均跳数就会很高，如果a p 尽可能的靠近子网的中心，则上面提到的平均跳数会 移动a d h o e 网络中的i p 协议研究 显而易见的降低。所以在实际选择a p 位置的时候，需要在考虑实际环境的前提 下尽量满足这些要求，找到一个最佳的结合点。 多个移动a dh o c 网络通过互联来实现网络规模和覆盖范围的扩大，或者满足 相互之间信息交互的需要。这里每一个参与互联的移动a dh o e 网络都被看作是 一个子网。每一个子网有自己的接入点a p ，子网中的移动终端通过本子网的a p 与其它子网内的移动终端通信。网络结构如图2 3 所示。 图2 3 移动a d h o e 子网互联结构 由图2 3 可以看出，这里采用的是一个两层的结构，第一层为参与互联的子 网，每个子网中的移动终端均通过一跳或多跳与a p 连接；第二层为骨干网，a p 是构成第二层网络的节点，负责完成不同子网间数据的传输。在这样的网络结构 中，a p 作为一个子网的出口和入口，不仅要为本子网内移动终端向外发送的数 据包选择路由，同时也要向其它子网提供自己管辖范围内移动终端的信息。这就 要求a p 不得不具有路由器的功能。a p 需要掌握最新的自己管辖范围内移动终端 的位置信息，再通过与其它a p 的信息交互，就可获取到达全网移动终端的路由 信息。 如果a p 是以有线方式连接，那么各个a p 之间必然是全连通的，而且带宽 资源不受限制。这样就可以采用类似p 路由协议的方式，a p 定期向其它a p 广 播有哪些移动终端在自己的管辖范围内，这样即使移动终端在贯穿各个子网的范 围内移动，也能够使得网络中所有的a p 都及时地掌握到达网内每一个移动终端 的最新路由信息。 如果a p 是以无线方式连接，则各个a p 之间并非是全连通的，而是形成了 一定的拓扑结构，那么就需要采用一种相对于子网内移动终端的路由协议而言独 第2 章移动i p 技术在a dh o c 网络中的应用 1 1 立的机制，来构成a p 与a p 之间的路由；而且无线阐络的带宽资源蹙限，不允 许有大量定期的广播数据，那么要保畦a p 为移动终端的数据传输提供有效的路 由，可以采用种按需查询的方式，淤少量的数据交换达到获墩路由僚惠的目的。 多个移动a dh o c 网络形成互联后，如果移动节点从一个子网移动到了另一个子 网，那么势必要解决节点在多 魄网络如何正常通信的闷题。这是个移动往管瓒静 问题，我们将通过下节介绍的移动i p 技术来解决。 2 。2 移动l p 技术 移动p 燕一季孛套纛联网主提供移动凌髓瓣方案，它提镶了穆魏国撬铡，镬 移动节点可以以一个永久的i p 地址连接到任何链路上。具体地说，就是一个节点 姨一个子弱移溺至l 另一令子弼瑟重，不瓣浚交| p 建蛙，仍毙与其它节煮正攀逶接， 并且程切换链路时不中断正在进行的通信。为实现这热功能，移动i p 协议定义了 三秘凌裁实髂： 移动节点( m t ) ：一个可移动的擞机或路由器，当它在切换链路时可以不改 变i p 遮蛙嚣仍能保持逛在进行翡逶馕； 本地代理( h o m ea g e n t ) ：一个涟接到移动节点本地网络的主机或路由器， 它缳移寿移动节点豹像星售惑，当移动节点离开本地阙络对能够将发往移动节点 的数据包截获并转发缭移动节点； 辨地代理( f o r e i g n a g e n t ) ：移动节点当前所在的”地网络上的一个主规或路 由器，它能够把由本蛾代理送来的数糖包转发给移动爷点。 幽于每一个子网内都必须同时具裔本地代理和外地代理，所以通常把它们合 起来通称为移动代理。 谯移动衅中还有几个重要的概念： 转交建班( c a r e o l a d d r e s 8 ) ：当移动节煮澄游虱夕 遣网辩，它获乡 缝代壤处 获得一个转交地址并通知其本地代理。此后，移动节点的本地代理将把发给该移 动节煮原来魄缝的礤氆接收下来并羹新打龟瑟发送弼它静转交遗蛙( 通常是夕 途 代理的p 地址) ，再由外地代理转交剿移动节点。 隧遥( t u n n e l ) ：警移动节点漫游翔岁 瑰丽潜，鸯予其它圭橇并不翔遒它殴漫 游，故发给它的m 包仍然送鬻其本地网，移动节点的本地代理将把这些i p 包接 浚下来并重薪打包爱敷送鬟移动节点瓣转交穗缓。所谓移动繁点静逡遂，指传送 移动a dh o e 网络中的i p 协议研究 这些重新打包后的i p 包的由本地代理至转交地址的通道。在隧道的发送端，本地 代理依据隧道协议把需传送的i p 包重新封包，在隧道的接收端即外地代理完成拆 包。 移动i p 的工作过程如下： 代理搜寻( a g e n td i s c o v e r y ) ：m t 开机后，首先要确定自己是在本地网还是 在外地网，这个过程称为代理搜寻。实现代理搜寻的方法有两种：由移动代理发 送代理公告报文的方法和由m t 发送代理征求报文的方法。前者由移动代理定期 地发送代理公告广播报文，m t 接收到该报文后判断自己处在何处。后者由m t 主动发送代理请求广播报文，依据移动代理的应答报文m t 判断自己处在何处。 如果m t 在外地网，它会从外地代理的代理公告或应答中获得转交地址，然后开 始注册过程。 注册( r e g i s t r a t i o n ) ：首先由m t 向外地代理发出注册请求，外地代理会对注 册请求消息作有效性检查，如果没有问题，则将该消息转发给m t 的本地代理。 本地代理收到注册请求消息后，绑定m t 的i p 地址和转交地址，并向外地代理发 送注册应答消息指示注册成功。外地代理收到注册应答消息后，更新来访移动节 点表，并将该消息转发给m t 。m t 收到成功的注册应答后就可以开始正常的报文 发送与接收。 报文发送与接收：任何一个主机向m t 发送的报文按照正常的路由策略会被 发送到m t 的本地网，这时本地代理将截获这一报文，进行封装后通过隧道发送 到m t 的转交地址( 通常是外地代理) ，作为隧道出口的外地代理拆掉隧道封包后 将报文转发给m t 。m t 要发送数据时则直接通过外地网的路由器发送。 图2 4 说明了各个功能实体之间的关系，图中的虚线指明了一个数据报文由外 部主机发给移动节点所经过的路径。 图2 4 移动i p 协议的网络构成 第2 章移动i p 技术在a dh o c 网络中的应用1 3 2 3a d h o c 网络中的移动i p 技术 2 _ 3 1 漫游的管理 移动a dh o e 网络互联的主要目的是使得移动终端能够在更大的范围内移动。 那么当移动终端在全网范围内移动时，也就是说远远超出了原先所在子网的范围， 以往传统的路由协议已经无法追寻该移动终端的踪迹。为了使发往该移动终端的 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。正如上一节所述， 移动i p 协议给出了移动终端跨子网移动或漫游的实现方案。于是基于移动i p 协 议，移动a dh o c 网络找到了一种解决自己网内移动终端漫游的方法。这种方法 引用了移动i p 协议中的功能实体和工作过程，并结合了移动a d h o c 网络自身多 跳的特点，适合在各种互联模式下使用”。具体描述如下： 1 功能实体： 在一个子网内必须具备的功能实体有移动代理、a p 和移动终端，其中移动 代理包括本地代理和外地代理。而且a p 和移动代理的关系可以有两种方式，一 种是a p 和移动代理作为两个物理实体连接在一起直接进行数据交换，在这种情 况下，一个移动代理有可能和多个a p 连接，即一个子网内有多个a p ，a p 和移 动代理各自具有不同的标识，另一种是a p 和移动代理被包含在一个物理实体中， 它们具有相同的标识。在我们的实验平台中，采用的是后一种关系，即a p 同时 也是移动代理。 2 数据结构：在上述这些功能实体中包含以下的数据结构。 本地移动节点表： 该表是由本地代理储存并维护的。表中记录了全部归属于本子网的移动终端 的信息，包括移动终端全网唯一的标识，当前的转交地址，即它的外地代理，以 及生存时间。该表格式如图2 5 所示： i n i t 的i dm 盯的转交地址生存时间 图2 5 本地移动节点表 如果这个移动a dh o c 网络是作为一个i p 子网与i n t c m c t 互联，则表中第一 项的标识就是这个移动终端的i p 地址。如果当一个移动终端就在本地网内，则这 个转交地址项中填入的是本地代理的地址；如果一个移动终端未开机，则表中转 1 4 移动a d h o e 网络中的i p 协议研究 交地址项为空。表中的每一个条目都只在标明的生存时间内有效，那么移动终端 就需要定期的向所在子网的移动代理声明自己的存在来更新这个生存时间，否则 当生存时间过期，移动代理就会认为这个移动终端已经关机或移出该子网的范围。 如果归属于一个子网内的移动终端在组网初期就已经确定了，即不允许新的 移动终端加入，则这个表格的大小是固定的，表中填写的各移动终端的标识也是 不会改变的，只有转交地址这一项会随着这些移动终端的开机、关机或移动而变 化。如果这个子网允许一定数量新的移动终端经过安全性检查或认证之后随时加 入并以它为本地网，那么这个表格的大小可以随着本地移动终端数量的多少而变 化，但有一个最大值的限制，即一个子网可以支持的移动终端数是有限的：当一 个新的移动终端加入后，本地代理会在这个表中增加一个条目，用来存储这个新 移动终端的信息。 外地移动节点表： 该表是由外地代理储存并维护的。表中记录了目前本子网内的外地移动终端 的信息，包括移动终端全网唯一的标识，它的本地代理，以及生存时间。该表格 式如图2 5 所示： m t 的i dm t 的本地代理生存时间 图2 5 外地移动节点表 这个表格的大小是不固定的，每当有一个其它子网内的节点移动到本子网或 在本子网开机，外地代理就会在这个表中为这个外地移动终端新增一个条目，用 来存储它的相应信息。表中的生存时间与本地移动节点表中的这一项作用相同， 也是用来判断这个移动终端是否已经关机或移出该子网，同时需要及时向它的本 地代理报告这个信息，所以身处外地网的移动终端同样要定期向外地代理声明自 己的存在。 移动代理表： 该表由移动终端储存并维护，用来记录从代理广播消息中获得的移动代理的 信息。当移动终端从移动代理收到代理广播消息时，它就在自己的移动代理表中 创建一个条目并插入该移动代理的标识、a p 的标识、该a p 距自己的跳数、和生 存时间。该表格式如图2 6 所示： 第2 章移动i p 技术在a dh o e 网络中的应用1 5 i d间 图2 6 移动代理表 表中第一项移动代理的标识是指该移动终端能够接受到的所有的移动代理的 标识，这些移动代理中只有一个是本移动终端目前所在的子网的移动代理。第二 项是发送这个代理广播的a p 的标识，由于一个移动代理有可能连接多个a p ，那 么移动终端就有可能从多个a p 收到同一个移动代理的广播消息，而且跳数不同， 保存这些信息是为了给越区切换提供候选。第三项是指发送这个代理广播的a p 距自己有几跳，这个信息供移动终端选择一个距自己最近即跳数最少的a p 作为 自己的接入点，这也是越区切换或漫游的基本准则。移动代理的生存时间表示移 动终端从同一a p 接收同一代理广播消息的时间周期。移动终端每次从某个a p 接收一个代理广播消息，就更新生存时间。如果在规定的生存时间内移动终端没 有从特定的a p 接收到代理广播消息，那么移动终端就认为它己不在此a p 的多 跳链接中。当移动终端在移动代理处注册成功，它就在移动代理表条目中设置一 个标记来表明它所注册的移动代理。 3 工作过程 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 果一个移动终端收到直接从a p 发来的代理广播，就证明自己在a p 覆盖范围内， 距a p 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 移动终端将原先标明的跳数加1 再继续转发，直到所有的节点都已收到该代理广 播消息。每个移动终端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，根据这个表就可以选择向哪个代理注册或切换。 代理搜寻：一个移动终端开机之后，需要判断自己是处在哪一个移动代理的 管辖范围之内。这里采用由移动代理定期地发送代理广播的方式。当这个移动终 端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链接范围内，那么 就决定向该移动代理进行注册，加入该子网。一个移动终端有可能同时与多个移 动代理通过多跳连接，而且跳数不同，但是这个情况在移动终端开机初期是无法 得知的，所以移动终端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，移动终端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终端，并且选择跳数最小的进行切换。如果一个移动终 端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。 6 移动a d h o c 网络中的l p 协议研究 注册：对于一个子网来说，任何一个新加入的移动终端都要向该子网的移动 代理进行注册，不管这个移动终端是刚开机还是移动到本子网，也不管该子网是 这个移动终端的本地网还是外地网。当一个移动终端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本地代理的地址。如果这 个移动终端目前处在本地网内，那么它正在注册的移动代理收到注册请求后，首 先会在本地代理的本地移动节点表中找到该移动终端，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 个移动终端刚刚开机，然后将本地代理的地址填入，表明该移动