（计算机应用技术专业论文）manemo中访问节点多重连接的协议研究与仿真.pdf

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h o m i n ga c c e s s p r o t o c o ls t u d ya n ds i m u l a t i o no fm a n e m of o rv i s i t e dn o d e m u l t i h o m i n ga c c e s s a bs t r a c t m a n e m o t e c h n i q u ec o m b i n e sn e m ow i t hm a n e t , a n di sa ne f f e c t i v es o l u t i o nt o t h er o u t i n go p t i m i z a t i o ni nn e s t e dn e m o ，w h i c hi s d r a w i n gm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n ， e s p e c i a l l yi nv e h i c l e t o - v e h i c l ec o m m u n i c a t i o n m e a n w h i l e ，w i t ht h ed e v e l o p m e n ta n d a p p l i c a t i o no fw i r e l e s sa c c e s sa n db r o a d b a n dt r a n s m i s s i o nt e c h n i q u e s ，m a n ys t u d i e sb e g i n t of o c u so nt h ei n t e g r a t i o no fm u l t i p l ei n t e r f a c e s ，w h i c hf o r m sam u l t i - i n t e r f a c en e t w o r k a tp r e s e n t ，t h ew i r e l e s sn e t w o r kh a ss o m ed e f e c t si t s e l f , s u c ha ss c a r c i t yo fb a n d w i d t h , f r e q u e n tl i n kf a i l u r e sa n dl i m i t e dc o v e r a g e f o rt h i sr e a s o n s ，m a n e m oc a n n o ts a t i s f yt h e r e q u i r e m e n t sf o rm o b i l i t yi nc u r r e n tn e t w o r k t h i st h e s i sh a sm a d ea ni n - d e p t hs t u d yt ot h ec h a r a c t e r i s t i c s ，w o r k i n gp r i n c i p l e s ， p r o t o c o l sa n di m p l e m e n t a t i o n si nm a n e m o t oi m p r o v et h er e l i a b i l i t yo fi n t e r n e t c o n n e c t i o n sa n dt h ec a p a b i l i t i e so ff l o wd i s t r i b u t i o nf o rm a n e m on o d e s ，t h i st h e s i sh a s s t u d i e da n dd e s i g n e dat h e m ef o rv i s i t e dn o d em u l t i - h o m i n ga c c e s s i nt h ep r o c e d u r eo f s y s t e mi m p l e m e n t a t i o n ，t h em a n e m oe x t e n d e dd e s i g ni sm a d ei np r o t o t y p es o u r c ec o d e a n dp r o t o c o l sa n dt h es y s t e mi ss i m u l a t e da n dt e s t e di nn s 2 t h et h e s i sr e v i e w st h ep r e s e n tr e s e a r c hs i t u a t i o na n de x i s t i n gp r o b l e m so fm a n e m o t h ec h a r a c t e r i s t i c so fm a n e m oi t s e l fa n dt h em a n e m o k e yt e c h n i q u e s ，s u c ha sn e m o a n dm a n e t , a r ea n a l y z e d t h er o u t i n go p t i m i z a t i o np r o b l e mi nn e s t e dn e m oa n dt h e o l s r r o u t i n gp r o t o c o li nm a n e t a r ea l s or e s e a r c h e da n dd i s c u s s e di nd e p t h o nt h eb a s i so ft h o r o u g hr e s e a r c ht om a n e m oa n dt h ed e t a i l e da n a l y s i st ol o t so f s o u r c ec o d e ，t h et h e s i sh a si l l u s t r a t e dm u l t i p l ec a r e - o fa d d r e s sr e g i s t r a t i o nt e c h n i q u ea n d d i s c u s s e di t si m p l e m e n t a t i o nf l o wi nm a n e m o i nn s 2s i m u l a t i o np r o g r a m ，t h ee x t e n d e d d e s i g ni sm a d ef o rs o u r c ec o d er e l a t i v et om u l t i p l ec a r e - o fa d d r e s sr e g i s t r a t i o ni nn e m o m o d u l ea n dt h em u l t i h o m i n ga c c e s sm e t h o d sa r ee m p l o y e dw h e nf a i l u r eo c c u r si na r e g i s t e dp a t h i nt h ee n d ，t h et h e s i sh a sd i s c u s s e dt h ei m p l e m e n t a t i o no ff l o wd i s t r i b u t i o n s t r a t e g yu s i n gm u l t i h o m i n ga c c e s s 1 1 p r o t o c o ls t u d ya n ds i m u l a t i o no fm a n e m of o rv i s i t e dn o d em u l t i - h o m i n ga c c e s s a b s t r a c t t h et h e s i sh a sm a d es i m u l a t i o na n dt e s t st om a n e m om u l t i - h o m i n ga c c e s ss y s t e m a n dv e r i f i e di t sf u n c t i o n s t h ea n a l y s i st ot h et e s tr e s u l t si n d i c a t e st h a tt h et h e m eo f m u l t i - h o m i n ga c c e s sa n d f l o wd i s t r i b u t i o ni nm a n e m oi sf e a s i b l e k e y w o r d ：m a n e m o ，m u l t i p l ec a r e - o fa d d r e s s ，m a n e t , n e m o ，n s 2 i i i w r i t t e nb ys h ix i a n h u a s u p e r v i s e db yl uj i a n d e 目录 第一章绪论1 1 1 课题研究背景1 1 2 研究现状3 1 3 论文主要内容与相关工作4 1 4 论文的组织结构5 第二章m a n e m o 相关协议与技术研究7 2 1n e m o 技术研究7 2 1 1n e m o 网络基本支持协议7 2 1 2 嵌套n e m o 网络9 2 1 3 嵌套n e m o 网络的路由优化问题9 2 2 m a n e t 技术研究一1 1 2 2 1m a n e t 概j 苤1 1 2 2 2o l s r 路由协议1 4 2 3n s 2 仿真实验平台2 0 2 3 1n s 2 基本原理2 0 2 3 2n s 2 网络模拟方法和过程21 2 4 本章小结2 l 第三章m a n e m o 中访问节点多重连接系统的总体设计2 2 3 1 系统设计目标2 2 3 2 系统的网络架构选择与总体设计2 3 3 2 1 配置选择2 3 3 2 2 系统总体设计2 4 3 3 系统模块的划分2 5 3 4 本章小结2 6 第四章系统中多重连接的设计2 7 4 1m c o a 概j 述2 7 4 1 1m c o a 注册过程2 7 4 1 2 多个绑定的管理3 0 4 2m c o a 注册在n s 2 中的实现3 0 4 2 1 重要的数据结构3 0 4 2 2 多转交地址注册实现流程3 4 4 2 3 重要的函数3 5 4 2 4 重新选路4 0 4 3 本章小结4 l 第五章系统中m r a 的设计4 2 5 1m r a 的总体设计4 2 5 2 流量分配表的设计4 3 5 2 1m n n 流量分配策略的设计4 3 5 2 2m i p v 6m f d 消息格式的设计4 4 5 2 3 流量分配表4 6 5 3 连接表的设计4 7 5 3 1 端到端可用带宽测量算法4 7 5 3 2 连接表5 0 5 4 分配策略的设计51 5 5 本章小结5 3 第六章系统的仿真实现与测试5 4 6 1 系统仿真测试5 4 6 1 1 系统初始化设置5 4 6 1 2 测试内容选择与结果分析5 7 6 2 本章小结6 1 第七章总结与展望6 2 7 1工作总结6 2 7 2未来展望6 2 参考文献6 5 英文缩写词6 9 攻读硕士学位期间公开发表( 录用) 的论文。7 0 致 射7 1 r o a d s4 锄 缀，搋渤8 纱v e h i c e s 喜 t r a n s p o r te f f i c i e n c y , c o n f o r t , s a f e t y , e n v l r o m e n t a ic o n s e r v a t i o n 图1 1i t s 总体模型 由于通信技术是i t s 的关键技术，在车辆流通系统中实现移动变得至关重要。 i p v 6 2 1 由于其扩展的地址空间，安全性，增强的移动性支持和易配置等优势，满足了 i t s 的要求。因此，未来的车辆系统将引入一系列i p v 6 的传感器和其他一些i p v 6 设 备【3 1 。车辆配置的传感器连接到互联网并在车辆之间共享这些数据，就可以实现实时 的获取交通情况的信息、提前通告危险等各种应用。如：2 0 4 技术委员会1 6 工作组 第一章绪论m a n e m o 中访问节点多重连接的协议研究与仿真 ( t c 2 0 4 w g l 6 1 4 1 ) 制定的c a l m 架构；日本的w i d ei n t e m e t c a r 工作组和i n t e m e t l t s 财团组织的i t s 活动【5 1 ；2 0 0 3 年秋，r e n a u l t 与c i s c o 进行的i p v 6e v e h i c l e 工程获得 了村井奖。 为了支持i t s 的应用需求，网络移动和不间断的互联网连接是必要的，支持单个 节点移动的移动i p v 6 ( m o b i l ei p v 6 ，m i p v 6 【6 1 ) 已经不能满足i t s 的要求，因此，i e t f n e m o 工作组【7 】制定了n e m o 基本支持协议( n e m ob a s i cs u p p o r t l 8 1 ) 以实现移动车 辆的互联网连接。n e m o ( n e t w o r km o b i l i t y ，网络移动) 是对移动i p 协议的扩展，它 是一个比移动i p 更加复杂的系统。n e m o 支持子网的移动，它的运行机制和m i p v 6 协议有些相似。在n e m o 内的所有节点可以在不改变i p 地址的情况下，在任何地方 接入互联网。m r ( m o b i l er o u t e r ，移动路由器) 是移动网络内所有节点的默认路由出 口，在网络发生移动后，m r 与h a ( h o m ea g e n t ，家乡代理) 之间运行n e m o 协议， 进行绑定，建立双向隧道。对于移动网络中m r 以外的其它节点来说，该协议是透明 的，它们并不知道自己移动到了外地链路。移动网络与外界通信节点必须通过m r 和 h a 之间的双向隧道来交换数据包。 n e m o 实现网络移动的同时，引入了嵌套n e m o ( n e s t e dn e m o ) 网络的路由 优化问题。在没有第三方基础设施的支持下，m a n e t ( m o b i l ea d h o cn e t w o r k ，移动 自组网) 被应用于智能交通系统中。 m a n e t ，即移动无线自组网络，是一种没有基础设施支持的移动网络。它是由 一组带有无线收发装置的移动节点组成的一种多跳的临时自治系统。在网络拓扑结构 不断变化的情况下，m a n e t 中节点的通信也不会中断。在一些没有可利用的设备或 者某些因素限制( 费用、安全、政策、地形等) 的特殊环境中，可以通过终端的自组 网络来完成用户间信息的交流和协同工作，弥补缺乏固定网络通信基础设施的缺陷。 在移动自组网络中，当两个移动节点在彼此通信的覆盖范围内的时候，它们可以互相 通信。但是由于移动节点的通信覆盖范围有限，两个相距较远而无法直接通信的节点， 需要通过它们之间的其他节点进行分组转发来实现数据通讯。因此每个移动节点都具 有路由和主机的功能。一方面移动节点作为终端主机运行相应的应用程序，另一方面， 移动节点作为路由器需要运行相关的路由协议，进行路由发现，路由维护等常见的路 由操作，对于不属于自己的数据包，需要进行转发。 移动自组网路由协议和n e m o 基本支持协议被认为是车辆流通网络的关键技 2 m a n e m o 中访问节点多重连接的协议研究与仿真第一章绪论 术。移动自组网和n e m o 网络的结合( m a n e m o ) 带来了很多好处，特别是在嵌套 n e m o 网络的路由优化问题方面。通过从n e m o 切换到m a n e t ，移动车辆连接互 联网的路由得到了优化。 然而，随着无线接入技术和宽带传输技术的开发和应用，如b l u e t o o t h ，i e e e ， 8 0 2 1l a b g ，w i m a x ，c d m a ，g p r s 等，人们的生活中出现了许多不同应用的网络， 如w p a n ( w i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r k ) ，w l a n ( w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ) ， w m a n ( w i r e l e s sm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ) ，3 g 移动通信网络等。这些网络在接入 技术、覆盖范围、传输速率上不尽相同，彼此相互独立却又相互嵌套，呈现出多元化 的特点，这就是多介面网络。而无线网络有自身的缺陷，如：带宽稀缺，链路故障频 繁及覆盖范围有限等。面对这样的网络，m a n e m o 也不能很好满足当前这样融合多 种模式，拓扑结构复杂的网络对移动性管理的要求。针对这种情况，i e t f 和国外的 研究组织已经开展一些相关的讨论和研究。 1 2 研究现状 m a n e m o 是近几年才发展起来的技术，它主要是为了解决嵌套n e m o 网络中 的路由优化问题而被提出来的，现在被应用于许多领域，如：c 2 c ( c a r - t o c a r ) 、军事、 搜救，灾后重建等。其中，在i t s 中的应用得到广泛关注和重视。 在国内，对m a n e m o 的研究才刚起步。2 0 0 8 年，北京邮电大学申请了“m a n e m o 网络的理论和应用研究”的国家自然科学基金项目。 在国外，m a n e m o 已经得到了一定的发展，特别是在c 2 c 领域中。在“v a r o n ： v e h i c u l a ra dh o cr o u t eo p t i m i s a t i o nf o rn e m o t 9 j ”一文中提出了将v a n e t ( v e h i c u l a r a dh o cn e t w o r k ) 应用于n e m o 来优化n e m o 的路由问题；在“v e h i c l ec o m m u n i c a t i o n e x p e r i m e n te n v i r o n m e n tw i t hm a n e t a n dn e m o t l o 】，一文中将n e m o 与m a n e t 结 合起来应用于车辆通讯系统，并在现实的环境中对其进行了测试，测试证明将 m a n e m o 应用与车辆通讯系统提高了系统的吞吐量并降低了时延。h i p e r c o m i n r i a ( f r a n c e ) 、w i d e ( j a p a n ) 、a s i af i - a p a nj o i mw o r k s h o p ( t a i w a n ) 等组织开发的 d u m b oi i 【l l 】是用于灾后重建的，其中也使用了m a n e m o 的场景，该项目得到了泰 国国家电子和计算机技术中心智能交通系统工程的支持。英国兰克斯特大学从几年前 就开始对m a n e m o 的研究，并在登山搜救项目中使用m a n e m o t l 2 】，在“u s i n g 协议。对嵌套n e m o 中的路由优化问题及m a n e t 中的o l s r 路由协议进行研究和 探讨。 ( 2 ) 深入研究m c o a 技术，跟踪和分析大量的开源代码，在此基础上在m a n e m o 中实现m c o a 注册的扩展设计。 ( 3 ) 设计m r a ( m o b i l er o u t e ra g e n t ，移动路由器代理) 实现n e m o 中m n n ( m o b i l e n e t w o r k n o d e ，移动网络节点) 的流量分配。m a n e m o 中的访问节点为一个 n e m o 网络，n e m o 网络由移动路由器( m o b i l er o u t e r ，m r ) 和移动网络节点m n n 构成。m r a 位于m r 中，在其上设计实现m n n 的流量分配策略。 ( 4 ) 设计实现m a n e m o 中访问节点的多重连接系统，采用n s 2 对系统进行仿真 测试，分析测试结果，验证系统功能。 4 m a n e m 0 中访问节点多蕈连接的协议研究与仿真 第一章绪论 本论文的特色与主要贡献有： ( 1 ) 在n e m 0 中设计实现了m a n e m o 多转交地址注册的代码仿真，为以后在 现实移动网络中实现多介面无线连接提供了研究开发基础。 ( 2 ) 利用i p v 6 流标签字段实现m n n 流量分配策略，设计新m i p v 6 消息格式m f d 携带该流量分配策略，发送给m r 执行。这一m a n e m o 中的流量分配设计具有创新 性。 ( 3 ) 提出一种新的端到端可用带宽测量算法b u - s l o p s ( b i n d i n gu p d a t e - s e l f l o a d i n gp e r i o d i cs t r e a m s ) ，该算法是对原s l o p s 算法的一种改进，将原s l o p s 算法 的双端测量功能改造为单端测量，在保持原算法功能的同时，简化了算法计算的复杂 性。 1 4 论文的组织结构 本文的总体结构大致分为四个部分：第一部分为第一章的绪论，概要介绍论文的 主要内容和结构；第二部分为论文第二章的相关协议和背景知识介绍；第三部分是 m a e m o 中访问节点多重连接的总体设计及各模块的详细设计，以及仿真测试和结果 分析，包括第三章到第六章；最后是第四部分的第七章，总结与展望。全文结构及各 章主要内容如下： 第一章为绪论，介绍了课题研究的背景，m a n e m o 网络的研究现状，论文的研 究内容以及组织结构。 第二章为相关协议分析及技术研究，重点分析了n e m o 技术、嵌套n e m o 网络 的路由优化问题、m a n e t 的0 l s r 路由协议。 第三章为m a n e m o 中访问节点多重连接系统的总体设计。给出了系统设计的目 标、系统架构及各模块的概略设计。 第四章为多重连接的设计。分析了m c o a 技术及其注册流程，在n s 2 中对 m a n e m o 进行m c o a 注册扩展设计与实现。 第五章为m r a 的设计。m r a 的设计主要包括分配策略以及流量分配表、连接 表的设计。本章设计m n n 的流量分配策略，同时，设计新的m i p v 6 消息格式将m n n 的分配策略发送给m r 以实现流量分配表。还设计一种新的端到端可用带宽测量算法 b u s l o p s 以实现连接表。 m a n e m o 中访问节点多重连接的协议研究与仿真 与结果分析。论文采用目前的主流仿真器n s 2 进行系统仿真 行分析，对系统的功能进行验证。 对全文进行总结，展望了未来进行的工作。 m a n e m o 中访问节点多重连接的协议研究与仿真第二章m a n e m o 相关协议与技术研究 第二章m a n e m o 相关协议与技术研究 本章分析m a n e m o 系统中的关键技术n e m o 网络基本支持协议和m a n e t 协 议。并对嵌套n e m o 网络的路由优化问题及o l s r 路由协议进行详细的分析。 2 1n e m o 技术研究 2 1 1n e m o 网络基本支持协议 为了支持智能交通系统i t s 的应用需求，i e t f n e m o 工作组【7 1 制定了n e m o 基 本支持协议( n e m ob a s i cs u p p o r t 引) 以实现移动车辆的互联网连接。在车辆内引入若 干i p v 6 传感器和i p v 6 节点设备，组成一个i p v 6 子网，车辆不断移动，就构成一个 不断移动的n e m o ，车辆内配置的这些传感器和节点设备组成的n e m o 可以连接到 互联网并与其它车辆共享数据，实现实时获取交通信息、提前通告危险等各种应用。 n e m o 支持子网的移动，它的运行机制与m i p v 6 协议比较相似。在n e m o 内的所有 节点可以在不改变口地址的情况下，在任何地方接入互联网。移动路由器m r 是 n e m o 移动网络内所有节点的默认路由出口，在网络发生移动后，m r 与家乡代理 h a 之间运行n e m o 协议，绑定建立双向隧道。对于n e m o 移动网络中除m r 以外 的其它m n n 节点来说，该协议透明，它们并不知道自己移动到了外地网络。n e m o 移动网络内的m n n 与n e m o 移动网络外的对端节点必须通过m r 和h a 之间的双 向隧道来交换数据包。 n e m o 网络基本支持协议【8 1 是i e t f 的n e m o 工作组对移动i p 协议的扩展，它 保证n e m o 网络在移动过程中与互联网的连接和内部节点的通信不中断，并保证 n e m 0 网络的移动对内部节点的透明性。n e m o 网络的结构如图2 1 所示。 图2 1 中，n e m o 网络由一个或多个移动路由器m r 、本地固定节点( l o c a lf i x e d n o d e ，l f n ) 和本地固定路由器( l o c a lf i x e dr o u t e r ，l f r ) 组成。l f r 和l f n 统称位 m n n 。l f r 可以接入其它的移动节点( m o b i l en o d e ，m n ) 或m r 。n e m o 网络可以移 动到互联网的任意位置，由m r 管理并负责与外部互联网的连接。n e m o 网络在家 乡网络上有一个路由器作为家乡代理h a ，并从家乡网络得到永久的i p 地址前缀， 通过h a 对外宣告路由，m r 在家乡网络分配有家乡地址( h o m e o fa d d r e s s ，h o a ) 。 当c n 向n e m o 网络内部节点发送数据包，数据包首先发送给h a 。h a 收 到数据包后，通过双向隧道转发给n e m 0 网络的m r ，再由m r 解封后转发到相应 的目标节点。 m a n e m o 中访问节点多重连接的协议研究与仿真第二章m a n e m o 相关协议与技术研究 2 1 2 嵌套n e m o 网络 由于n e m o 中的l f r 可以接入其它的m n 或m r ，而m r 本身也可以为其他 m n 或m r 提供附着点，这样，移动网络依次附着、层层嵌套，如果将每个移动网络 作为一个节点，用其m r 作为代表，而且避免出现环状嵌套现象，就形成了树型的嵌 套n e m o 网络。当这样一个嵌套n e m o 网络形成以后，将在每对m r 和h a 之间建 立一条双向隧道，数据包将通过多个h a 和多重封装进行传送。嵌套n e m o 网络模 型如图2 2 所示： 图2 2 嵌套n e m o 网络模型 图2 2 中，若将每个移动网络中的移动路由器m r 作为其代表，m r l 、m r 2 、 m r 3 分别代表一个n e m o 网络，其对应的家乡代理分别是h a l 、h a 2 、h a 3 。m r l 、 m r 2 、m r 3 都移动到外地访问链路上，在移动过程中，m r 2 附着在m r l 上，m r 3 附着在m r 2 上，形成了一个嵌套的n e m o 网络。另外，在n e m 0 3 附近的m i p v 6 节点v m n ( v i s i t e dm o b i l en o d e ，访问移动节点) 也可以再附着到m r 3 上。 2 1 3 嵌套n e m o 网络的路由优化问题 n e m o 工作组在文献 2 0 中详细阐述了n e m o 基本支持协议中存在的路由问题。 其中较为详细阐述的有以下两点： 9 究与仿真 更为严重。 图2 2 中，如果m r 3 打算向自己的家乡代理h a 3 注册，那么注册报文必须经过 路径m r 3 一m i 也一m r l - - - a r ( a c c e s sr o u t e r ，即m r l 附着的外地链路上的路由器) 一h a l 一h a 2 一h a 3 ，才能转发到h a 3 。类似的，如果m r 3 中的节点l f n 3 同c n 通信，那么报文必须经过这样一条路径：l f n 3 一m r 3 一m r 2 一m r l 一a r h a l h a 2 一h a 3 一c n 。反向过程也类似。而如果嵌套n e m o 网络内部的节点l f n 3 同l f n l 通信，需要经过的路径为l f n 3 一m r 3 一m i 也一m r l 一a r h a l h a 2 一h a 3 一h a l 一a r m r l 一l f n l 。 ( 2 ) 多重封装导致系统开销过大。 如果设嵌套的级数为n ，则包含原i p v 6 包头在内，经n 层隧道封装后总的i p v 6 包头数为n + i 。可以看出对于一个嵌套n e m o 而言，嵌套的级数越深，封装的数目 就越大。嵌套n e m o 经多重隧道的多重封装如图2 3 所示。 图2 3 嵌套n e m o 中的多重封装 图中，t u n n e l l 、t u n n e l 2 和t u n n e l 3 分别为m r l 与h a l 、m r 2 与h a 2 、m i b 与h a 3 之间的双向隧道，m r 3 和l f n 3 是在n e m o 内部传递数据包，而c n 和h a 3 之间是在互联网上传递数据包。从图中可以看出，以上m r 3 到h a 3 的注册路径需要 依次在m r 2 和m r l 经过t u n n e l 2 和t u n n e l l 的封装，并在h a 2 和h a l 处分别进行 1 0 t m a n e m o 中访问节点多重连接的协议研究与仿真第二章m a n e m o 相关协议与技术研究 解封装；而在m r 3 向h a 3 注册完形成双向隧道后，l f n 3 到c n 的数据包发送时需 依次在m r 3 、m r 2 和m r l 经过t u n n e l 3 、t u n n e l 2 和t u n n e l l 的封装，在h a 3 、h a 2 和h a l 处分别解封装，最后由h a 3 发送给c n 。这种多重封装造成包头严重过大， 导致无线链路严重的系统开销，并会影响系统的总体性能。多重封装也可能导致数据 包的长度超过一个链路的最大传输单元( m a x i m u mt r a n s m i s s i o nu n i t ，m t - c ) ，这就要 求把数据包分割成若干个小包进行传送，这将会导致严重的网络拥塞，网络延迟以及 丢包现象。 从上面的分析不难看出，在嵌套移动网络中存在着严重的路由优化问题，并且这 种情况随着嵌套层次的增加而变得严重。此外，由于数据包每经过一个m r 就要加一 层封装，隧道封装也是一个重要问题。 2 2m a n e t 技术研究 2 2 1m a n e t 概述 m a n e t ，即移动自组网，是一种在没有骨干网络条件下由系统中的通信节点通 过分布式协议互联并组织起来的网络系统。它是由一组带有无线收发装置的移动终端 组成的多跳的临时性自治系统，支持节点的自由移动。这种自组网络体系结构追求的 主要目标是网络的灵活性、可移动性和管理的方便性。移动自组网中的各节点不仅具 有普通移动终端所需的功能，而且具有报文转发能力。当通信的源节点与目的节点不 在彼此的直接通信范围之内时，它们便可通过其它节点转发报文进行通信。m a n e t 中的每个移动终端设备兼具主机和路由器两种功能。随着节点的移动及无线连接状态 的不断改变，整个网络的拓扑结构也在动态变化，这也是移动自组网络和其它网络体 系结构的本质差别。 与传统有线通信网络相比，移动自组网具有以下显著特点【2 3 】： ( 1 ) 网络的自组性 相对传统的无线网络通信，移动无线自组网络的构建不依赖现有的网络设施，是 一个可以自由移动的通信网络，具有很强的独立性，因此它非常适合用于灾难救助等 没有网络基础设施或基础设施已被摧毁的场合。 ( 2 ) 网络拓扑结构的高度动态性 在移动无线自组网中，移动节点可以以任意速度和方式在网络中移动。节点的移 第二章m a n e m 0 相关协议与技术研究 m a n em o 中访问节点多重连接的协议研究与仿真 动导致节点之间链路的增加和减少，加上无线发送装置发送功率的变化、无线信道间 的相互干扰因素、地形因素等影响，节点间通过无线信道形成的网络拓扑结构随时都 会发生变化。 ( 3 ) 有限的无线传输带宽 由于移动自组网采用无线传输技术作为底层通信手段，而无线信道本身的物理特 性使移动自组网的带宽相对于有线方式要低的多，此外还需考虑无线信道竞争时产生 的信号衰落、碰撞、阻塞、噪声干扰等各种因素，移动终端可获得的实际带宽要远远 小于理论上的最大带宽值。 ( 4 ) 多跳的通信方式 由于无线移动节点的信号传播范围有限，移动无线自组网要求支持多跳的通信方 式，即当移动节点与其信号覆盖范围之外的节点进行通信时，需要借助中间节点的转 发。与传统的单跳节点网络相比，多跳的组网方式大大降低了网络节点的发射功率， 减少了功耗、电磁干扰以及成本，提高移动终端的灵活性和便携性。 ( 5 ) 网络的分布式控制 移动无线自组网络中的节点都兼有独立路由和主机的功能，不存在一个类似于基 站的网络控制中心，节点间地位平等，可以随时加入或退出网络。分布式控制增强了 网络的健壮性和抗毁性。 ( 6 ) 移动终端设备的局限性 移动无线自组网中主机都是一些移动的终端设备，这些移动设备存在如能源受 限、内存较小、c p u 处理能力较低等缺陷，使得移动无线自组网的设计更加艰难。 如何尽量减少节点功耗是移动无线自组网络的一个重要研究问题。 ( 7 ) 短暂的网络生存时间 移动无线自组网主要用于满足临时性通信需要，通信结束后网络会自动拆除，因 此m a n e t 的生存时间是短暂的。 ( 8 ) 单向信道的存在 由于移动无线自组网采用无线信道作为通信媒介，受地理环境和接收灵敏度等问 题的影响，无线信道可能是单向信道。 移动无线自组网的环境与有线网络和传统的无线网络相比有着很多的不同，因此 其采用的技术与这些网络有较大的差异。这些差异主要体现在网络的低三层：物理层、 m a n e m o 中访问节点多重连接的协议研究与仿真第二章m a n e m o 相关协议与技术研究 链路层和网络层。根据移动自组网的特点，参照o s i 的标准七层协议栈模型，可以将 移动自组网的协议栈划分为五层【2 4 1 f 2 5 】。如表2 1 所示。 表2 1 协议层参考模型 移动无线自组网络高层( w a p 、i n t e m e t 应用、移动核心网业务) 无线t c p u d p 移动无线自组网络路由协议层 移动无线自组网络数据链路层 移动无线自组网络物理层 路由是无线移动自组网的重要研究内容，路由协议的主要作用是监控网络拓扑结 构的变化、交换路由信息、负责路由信息的产生、维护和选择路由及根据选择的路由 机制转发