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l 芸 j 一 j 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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，除了文中特蔓l i j j n 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 不包含为获得北京邮电大学或其他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 作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， 本人签名_ 查笙楹 本人承担一切相关责任。 日期：泖；喜谚 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电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北 京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 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、汇编 学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权 书。非保密论文注释；h 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 缝笙掏日期：超! ：圭：盐 剔醛锄善 一 日期：咖6 呓 r 一 i 产 u 矽， ，fj， 嘤 2 ， p 北京邮电大学硕士学位论文 摘要 a dh o e 网络管理技术的研究与实现 摘要 近年来，随着计算机和无线通信技术的飞速发展，先进的无线移 动技术将获得越来越广泛的应用。目前的移动通信大多需要有线基础 设施( 如基站) 的支持才能实现。为了能够在没有固定基站的地方进 行通信，一种新的网络技术a dh o c 网络技术应运而生。a dh o e 网络不需要有线基础设备的支持，可以通过移动主机自由的组网实现 通信。a dh o e 网络的出现为军事通信、灾难救助和临时通信提供了有 效的解决方案，同时也推进了人们实现在任意环境下的自由通信的进 程。 移动a dh o e 网络的拓扑结构具有动态的、快速变化、任意移动、 多跳等特性，被视为一种强大而有效的无线移动网络。由于a dh o c 网络的动态特性，管理这类网络难度大，网络管理的作用显得尤为重 要。 本文首先详细阐明了a dh o c 网络自身的特点及其在网管方面不 同于其他网络的要求；然后具体分析了几种可能应用于a dh o c 网络 管理的管理模式，探讨它们的优缺点以及是否适合应用于a d h o c 网 络管理模型；在深入分析了目前现有的a dh o c 网络管理相关技术的 基础上，提出自己的管理模型。根据模型设计和实际的网络环境，对 a dh o c 网络管理系统做出了一种实现方式，并且简要分析了该实现方 式的系统性能。在文章的最后对a dh o c 网络管理今后的发展方向做 出了展望。 关键字：a dh o e 网络网络管理模式簇算法实现 产，k_ ， 一 二、 、 爿 、a 瞧 i 竹 一 北京邮电大学硕士学位论文 摘要 r e s e a r c ha n di m 噼l e n 【e n t a t i o no fa d h o c n e t w o r kn 【a n a g e n 压n tt e c h n o l o g y a b s t r a c t r e c e n t l y , w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rs c i e n c ea n d w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s a d v a n c e dw i r e l e s sm o b i l et e c h n i q u ew i l lb e w i d e l ya p p l i e d s of a r , m o s t m o b i l ec o m m u n i c a t i o n sn e e dw i r e d f o u n d a t i o n a li n s t r u m e n t i no r d e rt oc o m m u n i c a t ei nt h ea r e a sw i t h o u t f i x e db a s es t a t i o n ，an e wn e t w o r kt e c h n o l o g yn a m e da dh o cn e t w o r k a p p e a r s t h i sk i n do fn e t w o r kd o e sn o tn e e dt h es u p p o r to f w i r e dd e v i c e s ， a n dm a k e st h ec o m m u n i c a t i o ni m p l e m e n t e db yt h em o b i l eh o s t s t h e a p p e a r a n c e o fa dh o cn e t w o r kh a sw i d e n e dt h ei m p l e m e n t a t i o no f c o m m u n i c a t i o n si na n ys i t u a t i o n a l s oi tp r o v i d e se f f e c t i v es o l u t i o n sf o r m i l i t a r yc o m m u n i c a t i o n s ，d i s a s t e rr e s c u ea n dt e m p o r a r yc o m m u n i c a t i o n s t h ed y n a m i c ，v a r i a b l ea n dm u l t i h o p e dt o p o l o g yo fm o b i l ea dh o c n e t w o r km a k e si t s e l far o b u s ta n de f f e c t i v ew i r e l e s sm o b i l en e t w o r k b u t b e c a u s eo ft h ec h a r a c t e r i s t i c s ，t h em a n a g e m e n to ft h en e t w o r ki sq u i t e d i f f i c u l t t h i sp a p e rf i r s ts t a t e st h ep r i n c i p l e so fa dh o cn e t w o r ka n dp o i n t s o u tt h ed i f f e r e n c e sb e t w e e no t h e rn e t w o r k sa n da dh o c ，t h e na n a l y s e s s e v e r a lm a n a g e m e n tm o d e sa n dg i v e st h e i rp o s i t i v ea n dn e g a t i v et r a i t s a f t e rt h a tt h e p a p e rp r o p o s e s as c h e m eo ft h ea dh o cn e t w o r k m a n a g e m e n ta n dt h er e a l i z a t i o n o fp a r to fi t ，f i n a l l yd i s c u s s e ss o m e r e s e a r c hd i r e c t i o n s k e yw o r d s ：a dh o cn e t w o r km a n a g e m e n tm o d ec l u s t e r i i i 一 ，： 一 v r ， 唾 囊 一 北京邮电大学硕士学位论文 目录 目录 第一章a dh o c 网络概述一1 1 1 关于a dh o c 网络1 1 2a dh o e 网络应用领域。2 1 3 与其他移动通信系统的比较o 3 1 3 1 现有的移动通信系统3 1 3 2a dh o e 网络与现有主要移动通信网络的区别4 1 3 3 移动m 和a dh o e 网络的结合4 1 4a dh o c 网络体系组织结构5 1 4 1 节点结构5 1 4 2 网络结构5 1 5a dh o e 网络的路由协议6 第二章a dh o c 网络管理的特点和难点9 2 1 网络管理概述9 2 1 1 网络管理功能9 2 1 2 常见网络管理协议1 0 2 3a dh o c 网管难点1 l 2 4a dh o c 网管研究现状12 第三章a dh o c 网管模式探讨1 4 3 1 平面结构：。1 4 3 2 链路结构15 3 3 分级结构17 3 4 几种结构的分析对比18 第四章现有a dh o c 网络管理技术的研究o 2 0 4 1a n m p 协议2 0 4 2 基于策略的管理方案2 1 4 3 方案比较2 2 4 4 多种分簇算法的研究2 3 4 4 1 分簇算法概述2 3 4 4 2 典型的分簇算法分析2 4 4 4 2 1 最小d 值算法2 4 4 4 2 2 最大连接度算法2 4 4 4 2 3 自适应加权算法2 5 4 4 2 4 基于位置预测的算法2 5 4 4 2 5 被动的分簇算法2 5 第五章网络管理系统模型设计2 7 5 1 课题的提出2 7 5 2 场景分析2 7 5 2 1 几种典型场景分析2 8 5 2 2 场景适应情况对比2 9 5 3 网管系统结构设计2 9 北京邮电大学硕士学位论文 目录 5 4 系统中各部分功能设计3 1 5 4 1 管理者功能设计31 5 4 2 被管者功能设计3 2 第六章网络管理系统的实现3 4 6 1 项目实现背景3 4 6 1 1 整个项目的演示环境一3 4 6 1 2 网络管理实现的内容3 5 6 1 3 网络中的路由协议3 6 6 2 系统实现3 7 6 2 1 系统框架设计3 7 6 2 2 角色间信息交互模型3 7 6 2 3 系统各部分的工作流程3 8 6 2 4 系统各部分的实现方法4 1 6 2 4 1 被管者4 1 6 2 4 2 管理者4 2 6 2 4 3 数据库4 2 6 2 4 4 用户界面4 3 6 3 数据格式定义4 6 6 4 信息交互机制4 7 6 5 测试与结果分析4 8 6 5 1 测试数据4 8 6 5 2 数据分析5 0 第七章总结与展望5 2 参考文献5 4 致谢5 6 2 厂i ： 零 j 一 北京邮电大学硕士学位论文 第一章a dh o e 网络概述 第一章a dh o c 网络概述 1 1 关于a dh o e 网络 我们经常提及的移动通信网络一般都是有中心的，要基于预设的网络设施才 能运行。例如，蜂窝移动通信系统要有基站的支持；无线局域网一般也工作在有 a p 接入点和有线骨干网的模式下。但对于有些特殊场合来说，有中心的移动网 络并不能胜任。比如，战场上部队快速展开和推进，地震或水灾后的营救等。这 些场合的通信不能依赖于任何预设的网络设施，而是需要一种能够临时快速自动 组网的移动网络。在这种背景和要求下，a dh o e 网络应运而生。 一般认为，没有基础设施的网络出现在2 0 世纪7 0 年代，在最初开发报文交 换技术( 后来发展成因特网) 不久，美国图防部高级研究规划署( d a r p a ) 资 助了一项特别的研究分组无线网络( p a c k e tr a d i on e t w o r k ) ，即让报文交换 技术在不受固定或有线的基础设施限制的环境下运行。最初的动机之一就是满足 战场生存的军事需求。在战场恶劣的环境下，通信设备不可能依赖已经铺设的通 信基础设施，一方面这些设施可能根本不存在，另一方面，这些设施会随时遭到 破坏。因此，能快速装备、自组织的移动基础设施是这种网络区别于其他商业蜂 窝系统的基本要素。在结构上，这种网络是由一系列移动节点组成，是一种自组 织的网络，它不依赖于任何已有的网络基础设施。网络中的节点动态且任意分布， 节点之间通过无线方式互连，它将分组交换阔络的概念引伸到广播网络的范畴。 这项工作丌辟了移动自组网( m o b i l e a dh o en e t w o r k ，简称a dh o e 网络或 m a n e t ) 研发的先河。与此同时，美国政府还资助了其他一些相关研究项目， 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 b a lm o b i l ei n f o r m a t i o ns y s t e m s ) 项目。在分组无线网已有成果的基础上对能够满足军事应用需要的、可快速展丌、 高抗毁性的移动信息系统进行全面深入的研究，并一宜持续至今。不过，这些研 究内容在当时并没有公开，在2 0 世纪7 0 年代到9 0 年代早期，我们很难从公开 的出版物上获得有价值的理论与技术成果。 1 9 9 1 年成立的i e e e 8 0 2 1 1 标准委员会采用了“a dh o e 网络”一词来描述这种 特殊的对等式无线移动网络。在a dh o e 网络中，节点具有报文转发能力，节点 间的通信可能要经过多个中间节点的转发，即经过多跳, ( m u l t i h o p ) ，这是a dh o e 网络与其他移动网络的最根本区别。节点通过分层的网络协议和分布式算法相互 协调，实现了网络的自动组织和运行。因此它也被称为多跳无线网( m u l t i h o p 北京邮电大学硕士学位论文 第一章a dh 网络概述 w i r e l e s sn e t w o r k ) 、自组织网络( s e l f - o r g a n i z e dn e t w o r k ) 或无固定设施的网络 ( i n f r a s t r u c t u r e l e s sn e t w o r k ) 。 由于自组网可以广泛地应用于战场通信指挥与控制、警察与医疗部门的抢险 救灾、传感器网络、课堂教育等众多领域，其战略意义非常重要。9 0 年代中期， 随着一些技术的公开，a dh o c 网络开始成为移动通信领域一个公开的研究热点。 目前a dh o c 网络尚未达到完全实用阶段，大部分工作仍处在仿真和实验阶段， 仿真规模在数百至数千节点，实验规模在几十个节点左右。 1 2a dh o c 网络应用领域 a dh o c 网络的应用范围很广，大体说来，可以用于以下场合： a ) 没有有线通信设施的地方，如没有建立硬件通信设施或有线通信设 施遭受破坏 b ) 需要分布式特性的网络通信环境 c ) 现有有线通信设施不足，需要临时快速建立一个通信网络的环境 d ) 作为生存性较强的后备网络 a dh o c 网络技术的研究最初是为了满足军事应用的需要，军队需要的通信 系统具有以下特性： 抗毁性 在战争中，通信系统很容易受到敌方的攻击，因此，需要通信系统能够抵御 一定程度的攻击。若采用集中式的通信系统，一旦通信中心受到破坏，将导致整 个系统的瘫痪。分布式的系统可以保证部分通信节点或链路断开时，其余部分还 能继续工作。 自组性 战场很难保证有可靠的有线通信设施，因此，通过通信节点自己组合，组成 一个通信系统是非常有必要的。 机动性 机动性是部队战斗力的重要部分，这要求通信系统能够根掘战事需求快速组 建和拆除。 a dh o e 网络满足了军事通信系统的这些需求。a dh o e 网络采用分布式技术， 没有中心控制节点的管理。当网络中某些节点或链路发生故障，其他节点还可以 通过相关技术继续通信。a dh o e 网络由移动节点自己自由组合，不依赖于有线 设备，因此，具有较强的自组性，很适合战场的恶劣通信环境。a dh o c 网络建 立简单、具有很高的机动性。目前，一些发达国家为作战人员配备了尖端的个人 2 北京邮电大学硕士学位论文第一章a dh 网络概述 通信系统，在恶劣的战场环境中，很难通过有线通信机制或移动护机制来完成 通信任务，但可以通过a dh o c 网络来实现。因此，研究a dh o c 网络对军队通信 系统的发展具有重要的战术价值和战略意义。 一 近年来，a d h o c 网络的研究在民用和商业领域也受到了重视。在民用领域， a dh o c 网络可以用于灾难救助。在发生洪水、地震后，有线通信设施很可能因 遭受破坏而无法正常通信，通过a dh o c 网络可以快速地建立应急通信网络，保 证救援工作的顺利进行，完成紧急通信需求任务。a dh o c 网络可以用于偏远或 不发达地区通信。在这些地区，由于造价、地理环境等原因往往没有有线通信设 施，a dh o e 网络可以解决这些环境中的通信问题。a dh o c 网络还可以用于临时 的通信需求，如商务会议中需要参会人员之间互相通信交流，在现有的有线通信 系统不能满足通信需求的情况下，可以通过a dh o c 网络来完成通信任务。 a dh o c 网络在研究领域也很受关注，近几年的网络国际会议基本都有a dh o c 网络专题，随着移动技术的不断发展和人们自由通信需求的日益增长，a dh o c 网络会受到更多的关注，得到更快速的发展和普及。 1 3 与其他移动通信系统的比较 1 3 1 现有的移动通信系统 1 蜂窝系统 蜂窝系统是覆盖范围最广的陆地公用移动通信系统。在蜂窝系统中，覆盖区 域一般被划分为类似蜂窝的多个小区。每个小区内设置固定的基站。为用户提供 接入和信息转发服务。移动用户之间以及移动用户和非移动用户之间的通信均需 通过基站进行。基站则一般通过有线线路连接到主要由交换机构成的骨干交换网 络。蜂窝系统是一种有连接网络，一旦一个信道被分配给某个用户，通常此信道 可一直被此用户使用。蜂窝系统一般用于语音通信。 2 集群系统 集群系统与蜂窝系统类似，也是一种有连接的网络，一般属于专用网络，规 模不大，主要为移动用户提供语音通信。 3 卫星通信系统 卫星通信系统的通信范围最广，可以为全球每个角落的用户提供通信服务。 在此系统中，卫星起着与基站类似的功能。卫星通信系统按卫星所处位置可分为 静止轨道、中轨道和低轨道3 种。卫星通信系统存在成本高、传输延时大、传输 3 北京邮电大学硕士学位论文第一章a f th 网络概述 带宽有限等不足。 1 3 2 a dh o c 网络与现有主要移动通信网络的区别 上述移动通信系统都需要有线网络通信基础设施的支持，如基站、交换机、 卫星等。这些设施的建立和运转需要大量的人力和物力，因此成本比较高，同时 建设的周期也长。而a dh o e 网络不需要基站的支持，由主机自己组网，因此， 网络建立的成本低，同时时间短，一般只要几秒钟或几分钟。上述通信系统中， 移动终端之间并不直接通信，并且移动终端只具备收发功能，不具备转发功能。 而a dh o c 网络由移动主机构成，移动主机之间可以直接通信，而移动主机不仅 收发数据，同时还转发数据。此外，目前的移动通信系统主要为用户提供语音通 信功能，通常采用电路交换，拓扑结构比较稳定。而a dh o c 网络使用分组转发 技术，主要为用户提供数据通信服务，拓扑结构易于变化。 1 3 3 移动i p 和a d h o c 网络的结合 实现移动和全i p 是当今网络发展的两大趋势。随着手机使用的r 益广泛和 人们对移动服务所能提供的信息要求越来越高，人们更加希望能随时随地接入互 联网。 对于a dh o c 网络，网络是随时生成而且具有易构性的，不需要事先存在的 网络来支持，因此，应用很广泛也很简单。但是这种网络有很强的独立性，它可 以单独存在，它的特性和它所使用的主动的、按需驱动的路由协议都令它难以与 互联网通信，达到交互信息的目的。为了达到a dh o c 网络中的移动主机可以在 不同的a dh o c 网络问移动和随时接入互联网，我们利用移动i p 协议可在不同网 络中漫游的特性，结合移动坤和a dh o c 网络，即m i p m a n e t ，能够提供一种 将a dh o c 网络使用按需驱动的路由机制，移动i p 提供代理地址和反向隧道的 a dh o c 网络接入互联网的解决方案。图1 1 显示了一个a dh o c 网络接入互联网 的模型。 4 北京邮电大学硕士学位论文第一章a d h 网络概述 。，。j t 。k 。j 。，k 翻馘建辫糟壤事毽绋 图1 - 1h dh o c 网络接入互联网的模型 1 4a dh o c 网络体系组织结构 1 4 1 节点结构 a dh o c 网络中的节点不仅要具备普通移动终端的功能，还要具有报文转发 能力，即要具备路由器的功能。因此，就完成的功能而言可以将节点分为主机、 路由器和电台三部分。其中主机部分完成普通移动终端的功能，包括人机接口、 数据处理等应用软件。而路由器部分主要负责维护网络的拓扑结构和路由信息； 完成报文的转发功能。电台部分为信息传输提供无线信道支持。从物理结构上分， 结构可以被分为以下几类：单主机单电台、单主机多电台、多主机单电台和多主 机多电台。手持机一般采用的单主机单电台的简单结构。作为复杂的车载台，一 个节点可能包括通信车内的多个主机。多电台不仅可以用来构建叠加的网络，还 可用作网关节点来互联多个a dh o c 网络。 1 4 2 网络结构 ，a dh o c 网络一般有两种结构：平面结构和分级结构。 在平面结构中，所有节点的地位平等，所以又可以称为对等式结构。 分级结构中，网络被划分为簇。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。在高一级网络中，又可以分簇，再次形成更高一级的 网络，直至最高级。在分级结构中，簇头节点负责簇间数据的转发。簇头可以预 先指定，也可以由节点使用算法自动选举产生。 北京邮电大学硕士学位论文 第一章a d h 网络概述 分级结构的网络又可以被分为单频分级和多频分级两种。单频率分级网络 中，所有节点使用同一个频率通信。为了实现簇头之间的通信，要有网关节点( 同 时属于两个或多个簇的节点) 的支持。而在多频率分级网络中，不同级采用不同 的通信频率。低级节点的通信范围较小，而高级节点要覆盖较大的范围。高级的 节点同时处于多个级中，有多个频率，用不同的频率实现不同级的通信。在两级 网络中，簇头节点有两个频率。频率l 用于簇头与簇成员的通信。而频率2 用于 簇头之间的通信。分级网络的每个节点都可以成为簇头，所以需要适当的簇头选 举算法，算法要能根据网络拓扑的变化重新分簇。多频分级网络能够很好的解决 a dh o c 网络中经常出现的信道冲突问题，但是多极分频网络对节点的物理性能 要求较高，在一般组网过程中很难满足。 平面结构的网络比较简单，网络中所有节点是完全对等的，原则上不存在瓶 颈，所以比较健壮。它的缺点是可扩充性差：每一个节点都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消息。在分级结构 的网络中，簇成员的功能比较简单，不需要维护复杂的路由信息。这大大减少了 网络中路由控制信息的数量，因此具有很好的可扩充性。由于簇头节点可以随时 选举产生，分级结构也具有很强的抗毁性。分级结构的缺点是，维护分级结构需 要节点执行簇头选举算法，簇头节点可能会成为网络的瓶颈。 因此，当网络的规模较小时，可以采用简单的平匝式结构；而当网络的规模 增大时，应用分级结构。 1 5a dh o c 网络的路由协议 a dh o c 网络的路由协议大致可以分为先验式( p r o a c t i v e ) 路由协议、反应式 ( r e a c t i v e ) 路由协议以及混合式路由协议。先验式路由协议又称为表驱动路由 协议，在这种路由协议中，每个节点维护一张包含到达其它节点的路由信息的路 由表。当检测到网络拓扑结构发生变化时，节点在网络中发送更新消息，收到更 新消息的节点将更新自己的路由表，以维护一致的、及时的、准确的路由信息， 所以路由表可以准确地反映网络的拓扑结构。源节点一旦要发送报文，可以立即 获得到达目的节点的路由。因此这种路由协议的时延较小，但是路由协议的开销 较大；反应式路由协议，又称为按需路由协议，是一种当需要发送数据时才查找 路由的路由算法。在这种路由协议中，节点不需要维护及时准确的路由信息，当 向目的节点发送报文时，源节点才在网络中发起路由查找过程，找到相应的路由。 与先验式路由协议相比，反应式路由协议的开销较小，但是数据报传送的时延较 大。在a dh o e 网络中单纯采用先验式或反应式路由协议都不能完全解决路由问 6 北京邮电大学硕士学位论文第一章a t l h o e 阿络概述 题。在高速动态变化的a dh o e 网络中，使用单纯的先验式路由协议会产生大量 的控制报文，并且很多控制报文经常是无用的；如果单独采用反应式路由协议， 需要为每个报文查找路由，这也是不合理的( 特别是当连续向某个目的节点发送 多个报文时) 。由此可见，应用结合先验式和反应式路由协议优点的混合式路由 协议是一种较好的折衷方案。在局部范围内使用先验式路由协议，维护准确的路 由信息，并可缩小路由控制消息传播的范围，当目标节点较远时，通过查找发现 路由，这样既可以减少路由协议的开销，时延特性也得到了改善。 下面列出的是目前a dh o e 网络研究领域比较著名的几种路由协议，其中 d s r 、a o d v 等都已经成为i e t f 中已经发布的r f c 标准路由协议了。 1 目的序列距离矢量路由协议( d s d v ) d s d v 对b e l l m a n - - f o r d 路由算法进行了改进。在d s d v 中，每个移动节点 都需要维护一个路由表。路由表表项包括目的节点、跳数和目的地序号，其中目 的地序号由目的节点分配，主要用于判别路由是否过时，并可防止路由坏路的产 生。每个节点周期性必须与邻节点交换路由信息，当然也可以根据路由表的改变 来触发路由更新。路由表更新有两种方式：一种是全部更新( f u l ld u m p ) ，即拓 扑更新消息中将包括整个路由表，主要应用于网络变化较快的情况；另一种方式 是部分更新( i n c r e m e n t a lu p d a t e ) ，更新消息中仅包含变化的路由部分，通常适 用于网络变化较慢的情况。在d s d v 中只使用序列号最高的路由，如果两个路 由具有相同的序列号，那么将选择最优的路由( 如跳数最短) 。 2 动态源路由协议( d s r ) d s r 是一种基于源路由的按需路由协议，它使用源路由算法而不是逐跳路 由的方法。d s r 主要包括两个过程：路由发现和路由维护。当节点s 向节点d 发送数掘时，它首先检查缓存是否存在未过期的到目的节点的路由，如果存在， 则直接使用可用的路由，否则启动路由发现过程。具体过程如下：源节点s 将使 用洪泛法发送路由请求消息( r r e q ) ，r r e q 包含源和目的节点地址以及唯一的 标志号，中问节点转发r r e q ，并附上自己的节点标识。当r r e q 消息到达目的 节点d 或任何一个到目的节点路由的中间节点时( 此时，r r e q 中已记录了从s 到d 或该中间节点的所经过的节点标识) ，d 或该中问节点将向s 发送路由应答 消息( r r e p ) ，该消息中将包含s 到d 的路由信息，并反转s 到d 的路由供r r e p 消息使用。此外，中间节点也可以使用路由缓存技术( r o u t i n gc a c h e ) 来对协议 作进一步优化。d s r 的优点：节点仅需要维护与之通信的节点的路由，减少 了协议开销；使用路由缓存技术减少了路由发现的耗费；一次路由发现过程 可能会产生多条到目的点的路由。d s r 的缺点：每个数据报文的头部都需要 携带路由信息，数据包的额外开销较大；路由请求消息采用洪泛方式，相邻节 7 北京邮电大学硕士学位论文 第一章a dh o e 网络概述 点路由请求消息可能发生传播冲突并可能会产生重复广播；由于缓存，过期路 由会影响路由选择的准确性。 3 临时按需路由算法( t o r a ) t o r a 是一个基于链路反转方法的自适应的分布式路由算法，主要用于高速 动态的多跳无线网络。作为一个由源端发起的按需路由协议，它可以找到从源到 一个目的节点的多条路由。t o r a 的主要特点是：当拓扑发生改变时，控制消息 只在拓扑发生改变的局部范围传播。因此，节点只需维护相邻节点的路由信息。 协议由3 部分构成：路由产生、路由维护和路由删除。初始化时，目的节点的高 度( 即传播序列号) 被置为0 。然后由源端广播一个含有目的节点i d 的q r y 分 组，一个高度不为0 的节点响应一个u p d 分组。收到u p d 分组的节点的高度将 比产生该u p d 分组的节点的高度大1 ，并且具有较大高度值的节点被规定为上 游节点。通过这种方式能够创建一个从源到目的节点的一个有向无环路图。当节 点移动时，路由需要重建。在路由删除阶段，t o r a 通过广播一个c l r 分组来 删除无效的路由。t o r a 存在的一个问题是当多个节点同时进行选路和删除路由 时会产生路由振荡现象。 4 a dh o c 按需距离矢量路由协议( a o d v ) a o d v 是d s d v 算法的改进，但它与d s d v 的区别在于它是反应式路由协 议。为了找到通往目的节点的路由，源端将广播一个路由请求分组，邻居节点依 次向周围节点广播此分组直到该分组被送到一个知道目的节点路由信息中间节 点或目的节点本身。一个节点将丢弃重复收到的请求分组，路由请求分组中的序 列号用来防止路由环路，并能判断中间节点是否响应了相应的路由请求。当节点 转发路由请求分组时，它会将其上游节点的标志i d 录入路由表，从而能够构建 一条从目的节点到源节点的反向路由。当源端移动时，它会重新发起路由发现算 法；如果中问节点移动，那么与其相邻的节点会发现链路失效并向其上游节点发 送链路失效消息并一直传到源节点，而后源节点根据情况重新发起路由发现过 程。 由于a dh o c 自身复杂多变的动态特性，路山协议的设计目前仍是人们关注 的一个热点问题。尽管上述的路有算法已经能够很有效的支持a dh o c 网络正常 运行了，但是由于a dh o c 网络的路由协议是一个比较复杂的问题，真正实现令 人满意的路由算法和机制还需要通过长期的探索和研究。 北京邮电大学硕士学位论文第二章a dh 网络管理的特点和难点 第二章a dh o c 网络管理的特点和难点 2 1 网络管理概述 随着网络技术与应用的不断发展，计算机网络在我们的日常生活中已经变得 越来越普遍。特别是2 0 世纪9 0 年代以来，随着i n t e m e t 在世界范围的普及，计 算机网络逐渐成为人们获取信息、发布信息的重要途径，与此同时，基于计算机 网络的应用也越来越多，许多人们生活中的重要环节都可以利用网络方便、快捷 地实现。例如：网络商店的出现，使得人们在家里就可以选购到自己满意的商品； 金融网络的发展，使得货币完全电子化，人们再也不用在钱包中塞满纸币；还有 邮电网络、各种专业大型网络等等。这些网络的发展使得大到国家经济命脉小到 个人同常生活严重依赖于计算机网络，因此网络运行的稳定性、可靠性就显得至 关重要，于是网络管理就应运而生。 网络管理是指针对网络的运行状态进行监测和控制，使其能够有效、可靠、 安全、经济地提供服务。从这个定义中可以看出，网络管理包括两个任务：一是 对网络的运行状态进行监测，二是对网络的运行状态进行控制。通过监测了解当 前状态是否正常，是否存在瓶颈问题和潜在的危机；通过控制对网络状态进行合 理调节，提高性能，保证服务质量。监测是控制的前提，控制是监测的结果。简 单说来，网络管理就是对网络的监测与控制。 2 1 1 网络管理功能 在实际网络管理过程中，网络管理应具有的功能非常广泛，包括了很多方面。 o s i 将网络功能划分最基本的5 大功能：配置管理、性能管理、故障管理、安伞 管理和计费管理。 ( 1 ) 配置管理：自动发现网络拓扑结构，构造和维护网络系统的配置。监测 网络被管对象的状态，完成网络关键设备配置的语法检查，配置自动生成和自动 配置备份系统，对于配置的一致性进行严格的检验。配置管理是最基本的网络管 理功能，它负责建立网络资源管理信息库，支持其他管理所需要的管理信息。配 置管理的关键是如何定义管理信息和通过网络对其进行读取和修改。 ( 2 ) 故障管理；过滤、归并网络事件，有效地发现、定位网络故障，给出排 错建议与排错工具，形成整套的故障发现、告警与处理机制。迅速发现和纠正网 络故障，动态维护网络的有效性。进行故障管理，一方面要进行有效的告警监测、 9 北京邮电大学硕士学位论文第二章a dh o e 网络管理的特点和难点 故障定位和故障修复，但由于网络自身所固有的脆弱性，绝对避免故障是不可能 的，因此另一方面还必须有业务恢复机制和手段。 ( 3 ) 性能管理：采集、分析网络对象的性能数据，监测网络对象的性能，对 网络线路质量进行分析。同时，统计网络运行状态信息，对网络的使用情况做出 评测、估计，为网络进一步规划与调整提供依据。进行性能管理，要设立有效的 网络性能指标，通过对性能指标的监测和计算，对网络所提供的服务质量和运营 效率进行评价。 ( 4 ) 安全管理：结合使用用户认证、访问控制、数据传输、存储的保密与完 整性机制，以保障网络管理系统本身的安全。维护系统日志，使系统的使用和网 络对象的修改有据可查，控制对网络资源的访问。 ( 5 ) 计费管理：正确地计算和收取用户使用网络服务的费用，进行网络资源 利用率的统计和网络成本的效益核算。计费管理主要提供费率管理和账单管理功 能，计费管理的关键不在于网络技术本身，而是如何运用经济理论制定合理的资 费政策和计费方法。 事实上，网络管理还应该包括其他一些功能，比如网络规划、网络操作人员 的管理等。不过除了上述基本的网络管理5 大功能，其他的网络管理功能实现都 与具体的网络实际条件有关，因此我们通常大多只需要关注o s i 网络管理标准中 的这5 大功能。 2 1 2 常见网络管理协议 目前最有影响的网络管理协议有两个：一个是简单网络管理协议 s n m p ( s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) ；另一个是公共管理信息服务和公 共管理信息协议c m i s c m i p 。 i s o 早在提出o s i r m 的同时，就提出了网络管理标准的框架，并制定了基 于丌放系统互连参考模型的c m i s c m i p 。然而由于种种原因，符合o s i 网络管 理标准的可供实用的产品几乎没有。与此同时，i n t e r n e t 组织在长期运行因特网 的实践中，提出了一个基于t c p i p 协议簇的网络管理标准协议s n m p ，并得到 了众多网络产品生产厂家的广泛支持，使之成为事实上的网络管理工业标准。 s n m p 的前身是1 9 8 7 年发布的简单网关监控协议( s g m p ) 。与c m i s c m i p 相比，s n m p 流行更广、应用更多、获得的支持更广泛。s n m p 的最大的优点是 简易性与可扩展性，它体现了网络管理系统的一个重要准则，即网络管理功能的 实现不能影响网络的正常功能，不给网络附加过多的开销。扩展性是s n m p 的 又一个优点。由于其简单化的设计，用户可以很容易地对其进行修改来满足他们 特定的需要。s n m p 的扩展性还体现在它对m i b 的定义上。各厂商可以根据 l o 北京邮电大学硕士学位论文第二章a dh o c 网络管理的特点和难点 s n m p 制订的规则，很容易地定义自己的m i b ，并据此使自己的产品支持s n m p 。 c m i s c m 口是o s i 提供的网络管理协议簇。c m i s 定义了每个网络组成部 分提供的网络管理服务，这些服务在本质上是很普通的，c m i p 则是实现c m i s 服务的协议。 o s i 网络协议旨在为所有设备在i s o 参考模型的每一层提供一个公共网络结 构，而c m i s c m i p 正是这样一个用于所有网络设备的完整网络管理协议簇。出 于通用性的考虑，c m i s c m i p 的功能与结构跟s n m p 不相同，s n m p 是按照简 单和易于实现的原则设计的，而c m i s c m i p 则能够提供支持一个完整网络管理 方案所需的功能。 2 3a dh o c 网管难点 从上面的分析我们不难看出，传统的网络管理已经形成了一套非常完整的理 论体系，不论是从协议的研究还是实际产品化都已经很成熟了。但是传统的网络 管理技术应用在a dh o c 网络管理中时，会存在许多不相适应的问题。a dh o c 网 络的特性决定了其在管理上比传统的网络管理复杂许多。a dh o c 网络的拓扑是 频繁的动态变化的，要求网络管理也是动态自动配置。a dh o c 组网的移动节点 本身的也不同于传统的网络节点，例如它们一般能源有限、节点间链路状态随时 会发生变化以及节点有限的存储能力等，这些特性带来了许多传统网管没有涉及 到的问题。 、 具体a dh o c 网络管理需要解决的问题可以表述为以下几方面： a ) 网络管理协议的一个重要任务是使网管知道网络的拓扑结构。在有线网 络中，由于网络变化不频繁，所以这点容易做到。但在移动网络中，节点的移动 导致拓扑结构变化太频繁，网管需定期收集节点的连接信息，这无疑会加大网络 的负荷。 b ) 大多数节点使用电池供电，所以要保证网络管理的负荷限制在最小值以 节省能源。要尽量减少收发和处理的节点数，但这是与需要拓扑结构的定期更新 相矛盾的。 c ) 能源的有限性和节点的移动性导致节点随时可能与网络分离，这要求网 络管理协议能够及时觉察节点的离开和加入而更新拓扑结构。 d ) 无线环境下信号质量变化大。信号的衰退和拥塞都会使网管误认为节点 已离开，因此，网管必须能够区分是由于节点移动还是由于链路质量的原因导致 连接中断。网管必须询问物理层，但这样会违反o s i 的层次管理结构。 e ) a dh o c 网络通常应用于军事，因此，要防止窃听、破坏和侵入。所以网 北京邮电大学硕士学位论文 第二章a dh o c 网络管理的特点和难点 管需要结合加密和认证过程。 由上可见a dh o c 网络的网络管理是与传统网络不同的，研究的难点包括如 何有效地收集网络的拓扑信息，如何处理动态的网络配置和安全保密问题等。 2 4 a dh o c 网管研究现状 9 0 年代以来，移动a dh o e 网络的研究在世界范围内方兴未艾，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。目前，无