通信學(xué)論文-基于AdHoc和移動(dòng)IP的無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析與研究摘要簡(jiǎn)要介紹了AdHoc和移動(dòng)IP的工作原理，探討了一種基于AdHoc和移動(dòng)IP集成的無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，并分析了其工作過程和服務(wù)性能。關(guān)鍵詞AdHoc移動(dòng)IP無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)0引言隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，無線移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)（WirelessMobileInternet）正日益受到人們的關(guān)注。它使全球網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地、無縫地接入，從根本上改變了全球通信業(yè)的面貌。目前，通過移動(dòng)IP實(shí)現(xiàn)AdHoc接入Internet以拓展互聯(lián)網(wǎng)的無線應(yīng)用范圍，正成為無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究熱點(diǎn)。1AdHoc網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)IP技術(shù)概述1.1AdHoc網(wǎng)絡(luò)概述AdHoc網(wǎng)絡(luò)即自組網(wǎng)（SelfOrganizedNetwork），是一種特殊的對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)，它使用無線通信技術(shù)，由一組帶有無線收發(fā)裝置的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的地位平等，無需設(shè)置任何的中心控制節(jié)點(diǎn)，也被稱為多跳無線網(wǎng)（MultihopWirelessNetwork）、無固定設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)（InfrastructurelessNetwork），具有無中心、自組織、多跳路由、動(dòng)態(tài)拓?fù)涞忍攸c(diǎn)。AdHoc網(wǎng)絡(luò)通過移動(dòng)節(jié)點(diǎn)間的相互協(xié)作來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，而不依賴于任何固定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都具有報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)能力；當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要和另一個(gè)節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，它或使用直接的無線鏈路，或通過到目的節(jié)點(diǎn)的多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，即經(jīng)過多跳路由，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)組織和運(yùn)行。AdHoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議通常被分為兩類：先驗(yàn)式（proactive）和反應(yīng)式（reactive）。先驗(yàn)式協(xié)議通過周期性路由控制信息的交換，每個(gè)節(jié)點(diǎn)始終維護(hù)到網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的路由，如DSDV和OLSR；反應(yīng)式協(xié)議在節(jié)點(diǎn)需要時(shí)才發(fā)現(xiàn)路由，并且僅維護(hù)活動(dòng)路由，如AODV和DSR。1.2移動(dòng)IP概述移動(dòng)IP是用于移動(dòng)主機(jī)移動(dòng)性管理的一組網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，其目的是使移動(dòng)中的主機(jī)在保持原IP地址不變的條件下能保持通信，類似于移動(dòng)電話系統(tǒng)中的漫游，可適用于各種不同類型的移動(dòng)通信系統(tǒng)。它定義了四個(gè)功能實(shí)體：移動(dòng)主機(jī)（mobilehost）、通信主機(jī)（correspondinghost）、家鄉(xiāng)代理（homeagent）和外地代理（foreignagent）。移動(dòng)主機(jī)是一個(gè)能在子網(wǎng)間移動(dòng)的主機(jī)，當(dāng)Internet上的通信主機(jī)向移動(dòng)主機(jī)發(fā)送IP數(shù)據(jù)包時(shí)，數(shù)據(jù)包將交付到移動(dòng)主機(jī)的家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)，若移動(dòng)主機(jī)離開了家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)包將通過隧道（tunnel）機(jī)制交付到外地網(wǎng)絡(luò)，外地代理負(fù)責(zé)拆封數(shù)據(jù)包并轉(zhuǎn)發(fā)到移動(dòng)主機(jī)。2AdHoc和移動(dòng)IP集成原因分析AdHoc網(wǎng)絡(luò)有很強(qiáng)的獨(dú)立性，但它所使用的路由算法大多數(shù)只適用于單個(gè)AdHoc網(wǎng)絡(luò)，很少涉及如何實(shí)現(xiàn)AdHoc網(wǎng)絡(luò)與Internet的互聯(lián)，這些因素使它難以大范圍與互聯(lián)網(wǎng)通信。移動(dòng)IP使節(jié)點(diǎn)在不同的子網(wǎng)間切換時(shí)仍可保持正在進(jìn)行的通信，它提供了一種IP路由機(jī)制，使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能夠以一個(gè)永久的IP地址連接到任何子網(wǎng)中，它的擴(kuò)展性使其能在整個(gè)Internet上應(yīng)用。為了達(dá)到AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)主機(jī)可以在不同的AdHoc網(wǎng)絡(luò)間移動(dòng)和隨時(shí)接入互聯(lián)網(wǎng)，我們利用移動(dòng)IP的可擴(kuò)展及可在不同網(wǎng)絡(luò)中漫游的特性，從而實(shí)現(xiàn)AdHoc網(wǎng)絡(luò)與Internet的互聯(lián)。3AdHoc和移動(dòng)IP結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)及工作過程近幾年，許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者從事AdHoc網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)IP集成方面的研究，并且提出了不同的解決方案。在此我們以圖1所示的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)模型為例來探討AdHoc和移動(dòng)IP的結(jié)合思想及工作過程。圖1體系結(jié)構(gòu)3.1體系結(jié)構(gòu)在圖1所描述的體系結(jié)構(gòu)中，無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)AdHoc網(wǎng)組成，每個(gè)AdHoc網(wǎng)相當(dāng)于一個(gè)子網(wǎng)，它們都通過相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)（即基站）接入Internet，每個(gè)網(wǎng)關(guān)需配置兩塊網(wǎng)卡：一塊連接有線網(wǎng)絡(luò)，另一塊連接無線網(wǎng)絡(luò)，其職責(zé)是在AdHoc網(wǎng)和Internet之間轉(zhuǎn)發(fā)/中繼數(shù)據(jù)包；為支持移動(dòng)IP，每一個(gè)網(wǎng)關(guān)還同時(shí)扮演外地代理的角色，周期性地廣播代理公告消息，同時(shí)運(yùn)行AdHoc路由協(xié)議、移動(dòng)IP協(xié)議和Internet路由協(xié)議，保證AdHoc網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)利用自組網(wǎng)路由協(xié)議來創(chuàng)建和維持路由，并通過移動(dòng)IP實(shí)現(xiàn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)管理。由于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間可以進(jìn)行多跳通信，在不添加任何固定設(shè)施的情況下，只要有一個(gè)支持移動(dòng)IP的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)能夠訪問Internet，網(wǎng)絡(luò)就能有效地訪問Internet。3.2工作過程在上述無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，通過移動(dòng)IP實(shí)現(xiàn)AdHoc接入Internet的幾個(gè)主要過程簡(jiǎn)述如下：（1）網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)。網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)是AdHoc與Internet連接的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，通過合適的網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)方法可以同時(shí)解決地址分配及路由等問題。當(dāng)AdHoc網(wǎng)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)要向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，首先要判斷目的節(jié)點(diǎn)是否在本網(wǎng)內(nèi)，這時(shí)節(jié)點(diǎn)根據(jù)路由協(xié)議發(fā)起路由查找，如果找到就判定目的節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)內(nèi)，并使用AdHoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議進(jìn)行通信，如果找不到就判斷目的節(jié)點(diǎn)在Internet中，就需要通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行外部訪問。通常，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)關(guān)通告算法周期性地在本AdHoc網(wǎng)內(nèi)發(fā)布網(wǎng)關(guān)信息通告，以表明它是當(dāng)前可用的Internet接入網(wǎng)關(guān)，當(dāng)AdHoc網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)想要發(fā)送數(shù)據(jù)到Internet節(jié)點(diǎn)時(shí)，它首先必須將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)。對(duì)于AdHoc網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，每當(dāng)它收到（以直接或間接方式）一個(gè)網(wǎng)關(guān)通告消息之后，就會(huì)立即記錄下該網(wǎng)關(guān)的信息（包括其IP地址、路由信息以及該信息的有效期(TTL)等），當(dāng)需要同本AdHoc之外的節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，便向選擇的網(wǎng)關(guān)發(fā)送接入請(qǐng)求消息，網(wǎng)關(guān)決定是否接受該請(qǐng)求，并發(fā)送Accept/Reject消息通知該節(jié)點(diǎn)。為了避免因多個(gè)AdHoc網(wǎng)重疊而造成網(wǎng)關(guān)的服務(wù)范圍變得不清晰，可設(shè)置一個(gè)參數(shù)N來限定網(wǎng)關(guān)的服務(wù)范圍，任何在網(wǎng)關(guān)N跳范圍內(nèi)的移動(dòng)主機(jī)可獲得網(wǎng)關(guān)的服務(wù)，如圖1中網(wǎng)關(guān)G1的服務(wù)范圍（橢圓范圍內(nèi)區(qū)域）N=3，主機(jī)A雖然和自組網(wǎng)1相連，但它不在網(wǎng)關(guān)G1的服務(wù)范圍內(nèi)；若一臺(tái)主機(jī)處在多個(gè)網(wǎng)關(guān)的服務(wù)范圍內(nèi)，它可以選擇距離自己最近（跳數(shù)最?。┑木W(wǎng)關(guān)，圖1中B、C同時(shí)位于自組網(wǎng)2和自組網(wǎng)3中，而B選擇網(wǎng)關(guān)G2，C選擇網(wǎng)關(guān)G3。（2）協(xié)議轉(zhuǎn)換。網(wǎng)關(guān)同時(shí)運(yùn)行AdHoc路由協(xié)議、移動(dòng)IP協(xié)議和Internet路由協(xié)議，為了確保采用不同的協(xié)議AdHoc與Internet進(jìn)行通信，網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)了AdHoc協(xié)議和Internet中的TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換。（3）地址轉(zhuǎn)換。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)后，網(wǎng)關(guān)對(duì)發(fā)往目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝，通過網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）將數(shù)據(jù)包的源地址改為自己的地址，并將外層報(bào)頭的目的IP地址設(shè)為外地代理的IP地址，從而將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為由本地網(wǎng)關(guān)發(fā)往外地代理（即目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)代理），在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上，維持一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)表用來記錄通過本網(wǎng)關(guān)訪問Internet的節(jié)點(diǎn)，以及它們各自的網(wǎng)絡(luò)地址的映射關(guān)系。（4）路由選擇。在此體系結(jié)構(gòu)中，路由選擇分自組網(wǎng)內(nèi)路由選擇和網(wǎng)間路由選擇。自組網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間通信時(shí)（圖1中D到E的傳輸），路由選擇采用自組網(wǎng)路由協(xié)議，如1.1節(jié)中AODV路由協(xié)議。如果通信的節(jié)點(diǎn)中有一個(gè)在Internet中，通信節(jié)點(diǎn)就通過AdHoc路由協(xié)議獲得網(wǎng)關(guān)的路由，將數(shù)據(jù)發(fā)往網(wǎng)關(guān)。一旦數(shù)據(jù)包經(jīng)過網(wǎng)關(guān)進(jìn)入Internet，則依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IP路由協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)間路由，將數(shù)據(jù)包發(fā)送到外地代理，外地代理查詢移動(dòng)節(jié)點(diǎn)注冊(cè)表，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)往目標(biāo)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（如圖1中F到E的傳輸，即數(shù)據(jù)包在轉(zhuǎn)發(fā)過程中，從F到G2使用AODV，從G2通過Internet到G3使用標(biāo)準(zhǔn)IP路由，從G3到E再次使用AODV），若外地代理在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)注冊(cè)表中沒有直接查詢到目標(biāo)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，則要進(jìn)行外地代理切換或網(wǎng)關(guān)切換。（5）切換。當(dāng)目標(biāo)主機(jī)從一個(gè)自組網(wǎng)移動(dòng)進(jìn)入了另一個(gè)自組網(wǎng)，數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到其代理后，由移動(dòng)IP負(fù)責(zé)在自組網(wǎng)間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)原代理到新代理的切換，原代理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，采用移動(dòng)IP路由協(xié)議，利用隧道機(jī)制將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)至新代理，最后新代理將數(shù)據(jù)包直接發(fā)送到目的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（如圖1中的通信主機(jī)CN到D的傳輸，數(shù)據(jù)包在轉(zhuǎn)發(fā)過程中，從CN到G3使用標(biāo)準(zhǔn)IP路由，從G3到G2使用隧道機(jī)制，從G2到D使用AODV，數(shù)據(jù)包在G3被封裝，封裝包在G2被拆封）。3.3性能分析總結(jié)起來該體系結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：（1）AdHoc網(wǎng)內(nèi)部的通訊可以直接進(jìn)行。設(shè)想在一個(gè)校園內(nèi)部，如果用戶的手機(jī)之間可以直接或以多跳的方式通信，而不經(jīng)過公用的基站，就可以省去通過公用基站的費(fèi)用。（2）增強(qiáng)了無線接入網(wǎng)的可靠性和擴(kuò)展性。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可能移動(dòng)到基站覆蓋范圍以外，也可能因某些無線傳輸現(xiàn)象（如衰減、多路徑干擾等）或是障礙物等因素而無法直接訪問基站，這時(shí)節(jié)點(diǎn)仍可通過多跳路由的方式間接地訪問基站。（3）微觀移動(dòng)對(duì)家鄉(xiāng)代理來說是透明的。當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在AdHoc網(wǎng)內(nèi)移動(dòng)時(shí)，從網(wǎng)關(guān)到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的路由是自動(dòng)改變的，家鄉(xiāng)代理無須更新位置信息。4結(jié)束語目前，隨著移動(dòng)通信技術(shù)逐漸普及，各種便攜式終端大量涌現(xiàn)，底層通信技術(shù)層出不窮，越來越多的移動(dòng)應(yīng)用正逐漸被人們所發(fā)現(xiàn)和熟悉，這都極大地推進(jìn)了無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和推廣。通過移動(dòng)IP和AdHoc網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，在不添加任何固定設(shè)施的情況下，傳統(tǒng)的接入點(diǎn)可以直接利用AdHoc網(wǎng)的靈活性并擴(kuò)展它們的覆蓋范圍，從而提高了無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的工作效率和服務(wù)質(zhì)量，在家庭、辦公、工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療、軍事等多種領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。參考文獻(xiàn)：1（美）JamesF.KurseKeithW.Ross著，陳鳴等譯.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自頂向下方法與Internet特色.機(jī)械工業(yè)出版社，2005年6月2Y.Sun,E.M.Belding-Royer,C.E.Perkins.InternetConnectivityforMobileAdHocNetworksJ.internationaljourna