一種基于ＯＬＳＲ的簡單地址自配置方案

摘要：提出一種新主機加入移動自組網的地址自配置機制。針對OLSR路由協議網絡負荷較重的情況，特別考慮了路由協議的原理特點，設計了一種基于代理鄰居的簡單地址自配置方法；針對代理鄰居的發現、局域地址的分配、全局地址的檢測與分配提出了完整的解決方案，設計了相關分組格式，并保持了與OLSR通用數據格式的一致性。該方法算法簡單，對網絡負荷影響極小。

關鍵詞：OLSR；地址自配置；鄰居代理；地址池

0 引言

移動自組網MANET(Mobile ad hoc NETworks)是一種臨時網絡，它由一些固定節點或移動節點組成，沒有一些預先存在的節點，可用在軍事、救災和家庭網絡及其它一些類似的應用環境。移動自組網中路由問題很復雜，存在各種不同的路由方案，而這些路由方案都有一個基本的前提，即在建立無環路由和實現單播通信之前，網絡中所有的節點都必須有一個全網惟一的網絡地址。本文提出一種簡單的基于OLSR協議的路由方案，只使用極小的網絡負荷，并且可以方便地擴展到其它路由協議中去。本文第一部分是對OLSR協議的簡單介紹，第二部分提出地址自配置方案的原理及實施方法，第三部分對本方法的效率進行分析，最后總結了本次研究的成果和以后需要完善的問題。

1 OLSR路由協議

移動自組網是由處于一定地理范圍內的節點以自組織方式組成的無線網絡，節點之間要求互聯互通并且協同工作。移動自組網具有高度變化的拓撲結構，各節點可以任意移動，節點之間利用無線技術傳送數據包，所以該網絡的路由問題很復雜。優化鏈路狀態路由協議OLSR(optimized link state routingprotocol)是解決MANET路由的常用辦法之一。

OLSR路由協議是由IETF MANET工作組提出的一種表驅動式的鏈路狀態路由協議，主要采用兩種控制分組，HELLO分組和TC(Topology Control)分組。HELLO用于建立一個節點的鄰居表，其中包括鄰居節點的地址以及本節點到鄰居節點的延遲或開銷，OLSR采用周期性地廣播HELLO分組來偵聽鄰居節點的狀態、節點之間無線鏈路的狀態，同時HELLO分組用于計算該節點的MPR(Multi Point relay)，只有MPR節點被用作路由選擇節點，非MPR節點不參與路由計算，OLSR還利用MPR節點有效地廣播控制信息，非MPR節點不需要轉發控制信息。HELLO分組只在一跳的范圍內廣播，不能被轉發。與之相反，TC分組必須被廣播到全網，在TC分組中包含了將發送TC分組的節點選為MPR的鄰居節點的信息，節點根據收到的TC分組來計算出網絡的拓撲圖，從而建立網絡路由表。

OLSR路由協議是先驗式的，也就是說它們查找路由不依賴于路徑上的節點是否要發包，而是每個節點都維護一張包含到達其它節點的路由信息表。節點間通過周期性地交換路由信息來不斷更新自身的路由表，以便能夠及時地反映網絡拓撲結構和變化，以維護一致的、及時的、準確的路由信息。OLSR不斷地收集節點之間能相互通信的數據，并對每個節點保持一個最優化的路由表，所以連接可以很快地建立。但是OLSR相對比較大而且復雜，同時頻繁地找尋網絡其他節點，加重了網絡負荷，所以建立基于OLSR協議的地址自配置系統一定要充分考慮網絡負擔問題。本文提出的地址配置方案的特點，即對網絡自身的數據量負荷影響很小。

2 基于OLSR的簡單地址配置方案

本文中的地址配置方案之所以稱為簡單方案，是因為該方案的目標網絡是一個運行OLSR路由協議的移動自組網。當然該方法可以根據不同路由協議特點方便地進行擴展，另外不考慮網絡的合并與分割問題。本自配置方案可分為三個階段：

(1)所有OLSR網絡中的節點周期性發送ADDR_EXPL數據包，以發現新加入節點。將其確定為新節點并進行地址配置的代理節點叫做代理鄰居。

(2)在新加入節點與地址配置代理節點確定了代理關系后，代理鄰居為新節點配置網絡的臨時地址，并與新節點進行HELLO數據包的通信，對該過程中出現的各種情況進行處理。

(3)根據整個網絡的地址分配表為新加入節點配置全局網絡地址，并負責對該網絡地址的惟一性進行檢查，同時更改全局網絡數據表。

下面詳細說明在這個三個過程中涉及的問題以及解決方案。

2．1確定代理鄰居

在運行OLSR路由協議的網絡中，周期性發送HELLO分組和轉發TC(TopologyControl)分組的節點，可以作為為新加入節點分配網絡地址的代理主機。為了能夠及時發現新加入節點，利用OLSR協議中的HELLO交換周期性地發送ADDR_EXPL分組。該分組是一個局部數據包，任何收到該分組的主機不必轉發，以減小網絡負荷。

新力UN主機收到—個ADDR_EXPL分組后，確定該鄰居節點作為自己地址配置的鄰居代理，如果同時收到多個ADDR_EXPL分組，則在多個鄰冒節點中選擇—個地址較低的作為其鄰居代理。

OLSR網絡中節點可能隨時發現新主機，并且為之配置局部臨時地址。因為在新主機得到全局性地址前，需要擁有一個局部的臨時地址與其進行通信和鏈路監測，最后再為該主機分配全局永久地址。

如何為新節點分配臨時地址，并在局部監測地址沖突?本文采取這樣的策略：

(1)每—個OLSR網絡中的主饑選取—個局部的地址段，用作新主機分配臨時地址的地址池。并目通過不斷交換ADDR_EXPL分組來分析網絡拓撲結構中是否存在局部的地址沖突。

(2)如果兩個或多個沒有進行地址代理的節點發生沖突，則由低地址主機重新選擇局部地址段。

(3)如果有一個或多個正在為新主機進行地址配置的節點發生了沖突，因為當前的地址配置必須完成，則代理地址節點縮小其臨時地址段至當前新節點分配的地址。

(4)如果地址代碼段小于一定的空間，需進行重新選擇。

為了減少網絡負擔，所設計的ADDR_EXPL分組格式(如圖1所示)，與OLSR協議通用數據分組一致。其中全1段對應于HEELO分組的鏈接代碼段，用于表示與新加入主機鏈接的標識；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分組的一部分進行周期發送。因為HELLO分組的鏈接代碼段高四位為0，所以經過對這四位非0判斷接收方很容易區分這部分內容為ADDR_EXPL分組內容。如果地址代理節點在地址分配過程中出現沖突需要置臨時地址池至當前分配地址時，則開始地址置零，結束地址作為當前分配地址的標識。

圖1 ADDR_EXPL分組格式

2．2代理鄰居分配臨時地址

當新主機收到一個或多個ADDR_EXPL分組后，需要確定一個作為其地址配置的鄰居代理，可根據所有鄰居鏈路的延遲或信號強度進行決策。在確定了代理鄰居后，對該主機發送ADDR_CONFIG分組，使其確認為代理鄰居并進行臨時地址的分配，由代理鄰居從自己的臨時地址池中跳選地址并分配給新的主機。該過程采用以下處理方法：

(1)新主機在給代理鄰居發送ADDR_CONFIG分組并請求分配臨時地址，同時發送自己的物理地址，為進一步分配全局的永久地址做準備；

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

(3)新主機得的臨時地址在自己的一跳范圍內并不能保證惟一，所以在等待分配永久地址時，不能使用該地址進行局部通信，而只是周期性地和自己的代理鄰居進行HELLO分組的交換，直到得到全局永久地址，從而成為一個完全獨立的OLSR網絡主機。在此期間兩主機鏈路發生變化，新主機可重新發送ADDR_CONFIG分組或者重新選擇代理鄰居。

我們所設計的ADDR_CONFIG分組如圖2所示，同樣采用OLSR的通用數據結構。需要說明的是：如果源地址、局域臨時地址及全局永久地址段為O時，表示這個一個新主機請求局域臨時地址的ADDR_CONFIG分組；如果只有全局永久地址段為0，表明這是一個分配局域臨時地址的分組，否則是一個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

當新主機和代理鄰居利用臨時地址進行通信后，代理鄰居就需要在全局地址空間中為新主機選擇永久地址。對于全局惟一地址的選擇可以有多種機制。比如類似DHCP的地址配置方案，在全網范圍內建立地址服務器，用以滿足地址分配請求和回收。但是這種方案降低了移動自組網的靈活性和網絡健壯性，同時也增加了組網代價。

本文采用一種分布式的分配機制。如果代理鄰居不是多點中繼站MPR(MultiPoint relay)，則從其選定的MPR路由表中選取沒有使用的地址分配給新的主機。如果代理鄰屆是—個MPR，則可直接選擇一個路由表中沒有的全局地址作為新節點的永久地址。考慮到無線局域網的動態性，必要的地址沖突監測是必須的，可以將要分配的全局地址寫入TC分組中，由接收該TC分組的主機進行監測，如果存在沖突則通矢口該TC分組的產生主機。

3 性能分析

在上面提出的地址自配置方法中，在OLSR網絡中加入了三類數據的分組交換：用于發現新主機的ADDR_EXPL分組；用于確定代理鄰居并請求局域臨時地址的ADDR_CONFIG分組，代理鄰居分配臨時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行惟一性檢查的數據分組。

在以上的三類中，ADDR_EXPL分組是加在HELLO分組后面的，不會額外增加網絡負擔，ADDR_CONFIG只有在進行地址配置時才會發送，并且長度只有32個字節，這兩種數據分組只限于局域，也就是一跳的范圍內轉發，整個地址分配過程只需要四個分組的交換即可完成，所以對網絡的負荷影響很小，這是該地址配置方法的一大特點。

4 結束語

本文提出的基于OLSR路由的移動自組網的簡單地址自配置方案，概念清晰實施簡單。OLSR網絡路由信息交換頻繁，額外負荷較重，對于這種先驗式的路由協議來講，本方法有著對網絡額外負荷影響極小的好處。

但是本方法只適用于新主機節點加入一個連通的移動自組網的情況，也就是說必須有一個屬于OLSR的主機為其地址自配置提供鄰居代理，這正是移動自組網中最頻繁的一種需要地址自配置的情況。對于兩個MANET進行合并時存在的潛在地址沖突問題，還有待進一步研究。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。