摘要：提出一種新主機(jī)加入移動(dòng)自組網(wǎng)的地址自配置機(jī)制。針對(duì)OLSR路由協(xié)議網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重的情況，特別考慮了路由協(xié)議的原理特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于代理鄰居的簡(jiǎn)單地址自配置方法；針對(duì)代理鄰居的發(fā)現(xiàn)、局域地址的分配、全局地址的檢測(cè)與分配提出了完整的解決方案，設(shè)計(jì)了相關(guān)分組格式，并保持了與OLSR通用數(shù)據(jù)格式的一致性。該方法算法簡(jiǎn)單，對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷影響極小。

關(guān)鍵詞：OLSR；地址自配置；鄰居代理；地址池

0 引言

移動(dòng)自組網(wǎng)MANET(Mobile ad hoc NETworks)是一種臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)，它由一些固定節(jié)點(diǎn)或移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成，沒(méi)有一些預(yù)先存在的節(jié)點(diǎn)，可用在軍事、救災(zāi)和家庭網(wǎng)絡(luò)及其它一些類似的應(yīng)用環(huán)境。移動(dòng)自組網(wǎng)中路由問(wèn)題很復(fù)雜，存在各種不同的路由方案，而這些路由方案都有一個(gè)基本的前提，即在建立無(wú)環(huán)路由和實(shí)現(xiàn)單播通信之前，網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)都必須有一個(gè)全網(wǎng)惟一的網(wǎng)絡(luò)地址。本文提出一種簡(jiǎn)單的基于OLSR協(xié)議的路由方案，只使用極小的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，并且可以方便地?cái)U(kuò)展到其它路由協(xié)議中去。本文第一部分是對(duì)OLSR協(xié)議的簡(jiǎn)單介紹，第二部分提出地址自配置方案的原理及實(shí)施方法，第三部分對(duì)本方法的效率進(jìn)行分析，最后總結(jié)了本次研究的成果和以后需要完善的問(wèn)題。

1 OLSR路由協(xié)議

移動(dòng)自組網(wǎng)是由處于一定地理范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)以自組織方式組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)之間要求互聯(lián)互通并且協(xié)同工作。移動(dòng)自組網(wǎng)具有高度變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各節(jié)點(diǎn)可以任意移動(dòng)，節(jié)點(diǎn)之間利用無(wú)線技術(shù)傳送數(shù)據(jù)包，所以該網(wǎng)絡(luò)的路由問(wèn)題很復(fù)雜。優(yōu)化鏈路狀態(tài)路由協(xié)議OLSR(optimized link state routingprotocol)是解決MANET路由的常用辦法之一。

OLSR路由協(xié)議是由IETF MANET工作組提出的一種表驅(qū)動(dòng)式的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，主要采用兩種控制分組，HELLO分組和TC(Topology Control)分組。HELLO用于建立一個(gè)節(jié)點(diǎn)的鄰居表，其中包括鄰居節(jié)點(diǎn)的地址以及本節(jié)點(diǎn)到鄰居節(jié)點(diǎn)的延遲或開銷，OLSR采用周期性地廣播HELLO分組來(lái)偵聽(tīng)鄰居節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)、節(jié)點(diǎn)之間無(wú)線鏈路的狀態(tài)，同時(shí)HELLO分組用于計(jì)算該節(jié)點(diǎn)的MPR(Multi Point relay)，只有MPR節(jié)點(diǎn)被用作路由選擇節(jié)點(diǎn)，非MPR節(jié)點(diǎn)不參與路由計(jì)算，OLSR還利用MPR節(jié)點(diǎn)有效地廣播控制信息，非MPR節(jié)點(diǎn)不需要轉(zhuǎn)發(fā)控制信息。HELLO分組只在一跳的范圍內(nèi)廣播，不能被轉(zhuǎn)發(fā)。與之相反，TC分組必須被廣播到全網(wǎng)，在TC分組中包含了將發(fā)送TC分組的節(jié)點(diǎn)選為MPR的鄰居節(jié)點(diǎn)的信息，節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的TC分組來(lái)計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D，從而建立網(wǎng)絡(luò)路由表。

OLSR路由協(xié)議是先驗(yàn)式的，也就是說(shuō)它們查找路由不依賴于路徑上的節(jié)點(diǎn)是否要發(fā)包，而是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都維護(hù)一張包含到達(dá)其它節(jié)點(diǎn)的路由信息表。節(jié)點(diǎn)間通過(guò)周期性地交換路由信息來(lái)不斷更新自身的路由表，以便能夠及時(shí)地反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和變化，以維護(hù)一致的、及時(shí)的、準(zhǔn)確的路由信息。OLSR不斷地收集節(jié)點(diǎn)之間能相互通信的數(shù)據(jù)，并對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)保持一個(gè)最優(yōu)化的路由表，所以連接可以很快地建立。但是OLSR相對(duì)比較大而且復(fù)雜，同時(shí)頻繁地找尋網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點(diǎn)，加重了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，所以建立基于OLSR協(xié)議的地址自配置系統(tǒng)一定要充分考慮網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)問(wèn)題。本文提出的地址配置方案的特點(diǎn)，即對(duì)網(wǎng)絡(luò)自身的數(shù)據(jù)量負(fù)荷影響很小。

2 基于OLSR的簡(jiǎn)單地址配置方案

本文中的地址配置方案之所以稱為簡(jiǎn)單方案，是因?yàn)樵摲桨傅哪繕?biāo)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)運(yùn)行OLSR路由協(xié)議的移動(dòng)自組網(wǎng)。當(dāng)然該方法可以根據(jù)不同路由協(xié)議特點(diǎn)方便地進(jìn)行擴(kuò)展，另外不考慮網(wǎng)絡(luò)的合并與分割問(wèn)題。本自配置方案可分為三個(gè)階段：

(1)所有OLSR網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)周期性發(fā)送ADDR_EXPL數(shù)據(jù)包，以發(fā)現(xiàn)新加入節(jié)點(diǎn)。將其確定為新節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行地址配置的代理節(jié)點(diǎn)叫做代理鄰居。

(2)在新加入節(jié)點(diǎn)與地址配置代理節(jié)點(diǎn)確定了代理關(guān)系后，代理鄰居為新節(jié)點(diǎn)配置網(wǎng)絡(luò)的臨時(shí)地址，并與新節(jié)點(diǎn)進(jìn)行HELLO數(shù)據(jù)包的通信，對(duì)該過(guò)程中出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行處理。

(3)根據(jù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的地址分配表為新加入節(jié)點(diǎn)配置全局網(wǎng)絡(luò)地址，并負(fù)責(zé)對(duì)該網(wǎng)絡(luò)地址的惟一性進(jìn)行檢查，同時(shí)更改全局網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)表。

下面詳細(xì)說(shuō)明在這個(gè)三個(gè)過(guò)程中涉及的問(wèn)題以及解決方案。

2．1確定代理鄰居

在運(yùn)行OLSR路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，周期性發(fā)送HELLO分組和轉(zhuǎn)發(fā)TC(TopologyControl)分組的節(jié)點(diǎn)，可以作為為新加入節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址的代理主機(jī)。為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)新加入節(jié)點(diǎn)，利用OLSR協(xié)議中的HELLO交換周期性地發(fā)送ADDR_EXPL分組。該分組是一個(gè)局部數(shù)據(jù)包，任何收到該分組的主機(jī)不必轉(zhuǎn)發(fā)，以減小網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。

新力UN主機(jī)收到—個(gè)ADDR_EXPL分組后，確定該鄰居節(jié)點(diǎn)作為自己地址配置的鄰居代理，如果同時(shí)收到多個(gè)ADDR_EXPL分組，則在多個(gè)鄰冒節(jié)點(diǎn)中選擇—個(gè)地址較低的作為其鄰居代理。

OLSR網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)可能隨時(shí)發(fā)現(xiàn)新主機(jī)，并且為之配置局部臨時(shí)地址。因?yàn)樵谛轮鳈C(jī)得到全局性地址前，需要擁有一個(gè)局部的臨時(shí)地址與其進(jìn)行通信和鏈路監(jiān)測(cè)，最后再為該主機(jī)分配全局永久地址。

如何為新節(jié)點(diǎn)分配臨時(shí)地址，并在局部監(jiān)測(cè)地址沖突?本文采取這樣的策略：

(1)每—個(gè)OLSR網(wǎng)絡(luò)中的主饑選取—個(gè)局部的地址段，用作新主機(jī)分配臨時(shí)地址的地址池。并目通過(guò)不斷交換ADDR_EXPL分組來(lái)分析網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中是否存在局部的地址沖突。

(2)如果兩個(gè)或多個(gè)沒(méi)有進(jìn)行地址代理的節(jié)點(diǎn)發(fā)生沖突，則由低地址主機(jī)重新選擇局部地址段。

(3)如果有一個(gè)或多個(gè)正在為新主機(jī)進(jìn)行地址配置的節(jié)點(diǎn)發(fā)生了沖突，因?yàn)楫?dāng)前的地址配置必須完成，則代理地址節(jié)點(diǎn)縮小其臨時(shí)地址段至當(dāng)前新節(jié)點(diǎn)分配的地址。

(4)如果地址代碼段小于一定的空間，需進(jìn)行重新選擇。

為了減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，所設(shè)計(jì)的ADDR_EXPL分組格式(如圖1所示)，與OLSR協(xié)議通用數(shù)據(jù)分組一致。其中全1段對(duì)應(yīng)于HEELO分組的鏈接代碼段，用于表示與新加入主機(jī)鏈接的標(biāo)識(shí)；全零字段與HELLO分組一致，為保留字段。這樣ADDR_EXPL分組即可作為HELLO分組的一部分進(jìn)行周期發(fā)送。因?yàn)镠ELLO分組的鏈接代碼段高四位為0，所以經(jīng)過(guò)對(duì)這四位非0判斷接收方很容易區(qū)分這部分內(nèi)容為ADDR_EXPL分組內(nèi)容。如果地址代理節(jié)點(diǎn)在地址分配過(guò)程中出現(xiàn)沖突需要置臨時(shí)地址池至當(dāng)前分配地址時(shí)，則開始地址置零，結(jié)束地址作為當(dāng)前分配地址的標(biāo)識(shí)。

圖1 ADDR_EXPL分組格式

2．2代理鄰居分配臨時(shí)地址

當(dāng)新主機(jī)收到一個(gè)或多個(gè)ADDR_EXPL分組后，需要確定一個(gè)作為其地址配置的鄰居代理，可根據(jù)所有鄰居鏈路的延遲或信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行決策。在確定了代理鄰居后，對(duì)該主機(jī)發(fā)送ADDR_CONFIG分組，使其確認(rèn)為代理鄰居并進(jìn)行臨時(shí)地址的分配，由代理鄰居從自己的臨時(shí)地址池中跳選地址并分配給新的主機(jī)。該過(guò)程采用以下處理方法：

(1)新主機(jī)在給代理鄰居發(fā)送ADDR_CONFIG分組并請(qǐng)求分配臨時(shí)地址，同時(shí)發(fā)送自己的物理地址，為進(jìn)一步分配全局的永久地址做準(zhǔn)備；

(2)代理鄰居在收到新主機(jī)的ADDR CONFIG分組后，從自己的臨時(shí)地址池中挑選地址分配給新主機(jī)，并從自己的地址池中將相應(yīng)部分去除；

(3)新主機(jī)得的臨時(shí)地址在自己的一跳范圍內(nèi)并不能保證惟一，所以在等待分配永久地址時(shí)，不能使用該地址進(jìn)行局部通信，而只是周期性地和自己的代理鄰居進(jìn)行HELLO分組的交換，直到得到全局永久地址，從而成為一個(gè)完全獨(dú)立的OLSR網(wǎng)絡(luò)主機(jī)。在此期間兩主機(jī)鏈路發(fā)生變化，新主機(jī)可重新發(fā)送ADDR_CONFIG分組或者重新選擇代理鄰居。

我們所設(shè)計(jì)的ADDR_CONFIG分組如圖2所示，同樣采用OLSR的通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。需要說(shuō)明的是：如果源地址、局域臨時(shí)地址及全局永久地址段為O時(shí)，表示這個(gè)一個(gè)新主機(jī)請(qǐng)求局域臨時(shí)地址的ADDR_CONFIG分組；如果只有全局永久地址段為0，表明這是一個(gè)分配局域臨時(shí)地址的分組，否則是一個(gè)分配全局永久地址的分組。

圖2 ADDR CONFIG分組格式

2．3分配全局地址方案

當(dāng)新主機(jī)和代理鄰居利用臨時(shí)地址進(jìn)行通信后，代理鄰居就需要在全局地址空間中為新主機(jī)選擇永久地址。對(duì)于全局惟一地址的選擇可以有多種機(jī)制。比如類似DHCP的地址配置方案，在全網(wǎng)范圍內(nèi)建立地址服務(wù)器，用以滿足地址分配請(qǐng)求和回收。但是這種方案降低了移動(dòng)自組網(wǎng)的靈活性和網(wǎng)絡(luò)健壯性，同時(shí)也增加了組網(wǎng)代價(jià)。

本文采用一種分布式的分配機(jī)制。如果代理鄰居不是多點(diǎn)中繼站MPR(MultiPoint relay)，則從其選定的MPR路由表中選取沒(méi)有使用的地址分配給新的主機(jī)。如果代理鄰屆是—個(gè)MPR，則可直接選擇一個(gè)路由表中沒(méi)有的全局地址作為新節(jié)點(diǎn)的永久地址?？紤]到無(wú)線局域網(wǎng)的動(dòng)態(tài)性，必要的地址沖突監(jiān)測(cè)是必須的，可以將要分配的全局地址寫入TC分組中，由接收該TC分組的主機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果存在沖突則通矢口該TC分組的產(chǎn)生主機(jī)。

3 性能分析

在上面提出的地址自配置方法中，在OLSR網(wǎng)絡(luò)中加入了三類數(shù)據(jù)的分組交換：用于發(fā)現(xiàn)新主機(jī)的ADDR_EXPL分組；用于確定代理鄰居并請(qǐng)求局域臨時(shí)地址的ADDR_CONFIG分組，代理鄰居分配臨時(shí)地址和全局地址也使用ADDR_CONFIG分組；代理鄰居從全局地址空間中獲取空閑地址并進(jìn)行惟一性檢查的數(shù)據(jù)分組。

在以上的三類中，ADDR_EXPL分組是加在HELLO分組后面的，不會(huì)額外增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，ADDR_CONFIG只有在進(jìn)行地址配置時(shí)才會(huì)發(fā)送，并且長(zhǎng)度只有32個(gè)字節(jié)，這兩種數(shù)據(jù)分組只限于局域，也就是一跳的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)，整個(gè)地址分配過(guò)程只需要四個(gè)分組的交換即可完成，所以對(duì)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷影響很小，這是該地址配置方法的一大特點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的基于OLSR路由的移動(dòng)自組網(wǎng)的簡(jiǎn)單地址自配置方案，概念清晰實(shí)施簡(jiǎn)單。OLSR網(wǎng)絡(luò)路由信息交換頻繁，額外負(fù)荷較重，對(duì)于這種先驗(yàn)式的路由協(xié)議來(lái)講，本方法有著對(duì)網(wǎng)絡(luò)額外負(fù)荷影響極小的好處。

但是本方法只適用于新主機(jī)節(jié)點(diǎn)加入一個(gè)連通的移動(dòng)自組網(wǎng)的情況，也就是說(shuō)必須有一個(gè)屬于OLSR的主機(jī)為其地址自配置提供鄰居代理，這正是移動(dòng)自組網(wǎng)中最頻繁的一種需要地址自配置的情況。對(duì)于兩個(gè)MANET進(jìn)行合并時(shí)存在的潛在地址沖突問(wèn)題，還有待進(jìn)一步研究。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。