以SIP協定整合移動AD HOC網絡

摘要:隨著時代的演進，網絡通訊科技的發展也從有線網絡演進到無線網絡。其中移動Ad Hoc網絡，更是備受矚目。它是由許多具有無線裝置的移動節點所動態構成的網絡，節點與節點之間的通訊是經由其鄰近的節點所傳送，其特色是不需預先建構相關網絡基礎設施。該論文是建立在集群路由方式的移動Ad Hoc網絡平臺上，整合IPv6自動組態設定和SIP協定，以提供移動節點所需的IP地址，與相關位置指信息。并提出一個分散式路由機制，使網絡內的終端機可與移動網絡節點互相通訊。

關鍵詞: Ad Hoc;網絡;集群路由;SIP;集群

中圖分類號: TP393.02 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2009)27-7603-04

SIP Negotiated Integrated Mobile Ad-Hoc Networks

CHEN Ye

(Changzhou Textile Garment Institute，Changzhou 213164，China)

Abstract: Mobile Ad-Hoc networks are dynamically organized by a collection of wireless mobile nodes. The communication between mobile nodes can be accomplished by relying on the nearby mobile nodes. The communication between mobile nodes can be accomplished by relying on the nearby mobile nodes .In ad hoc networks， any pre-established wired or wireless infrastructures and the centralized administration.This paper proposes a mechanism to integrate Mobile Ad-Hoc networks and Internet. Based on cluster-based routing architecture the mechanism integrates both techniques of IPv6 auto-configuration and SIP protocol to allow mobile nodes in mobile network can be very conveniently used Mobile AD HOC networks and the Internet resources.

Key words: Mobile Ad-Hoc networks; Internet; cluster routing protocol;SIP; cluster

要使得移動Ad Hoc網絡成為以互聯網協議為基礎之移動Ad Hoc網絡，必須考量互聯網協議地址的配置方法是否適用于移動Ad Hoc網絡。本篇論文的研究重點在于如何使得移動Ad Hoc網絡以互聯網協議為基礎之前提下利用SIP服務器與網絡互相通訊，借此提高移動Ad Hoc網絡的應用范圍與價值。

1 整合式網絡系統

1.1 擬設計框架式網絡結構

擬將移動AD HOC網絡劃分成許多集群群組(Cluster)。其中CN為通訊節點(Correspondent Node)、AR為接入路由器(Access Router)同時也是集群領袖、MN為移動節點(Mobile Node)、CL為集群領袖(Cluster Leader)、SIP服務器(SIP Server)。

1.2 集群規劃與定義

整個移動隨意網絡中分為兩個群組，其中領袖節點在各個集群群組中是唯一且固定不變。它負責所屬之集群組員的管理與發布前置地址，同時也提供路由選擇的查詢服務，它是所預先設置的節點，設置完成后并不會移動位置或是移動到其他的網域。

多主節點是同時存在于兩個集群群組中，也是兩個集群群組的共同集群組員，由于它擁有一個以上的網絡介面對外連線，所以也因此稱之為多宿主。

1.2.1 集群領袖

對于集群成員而言，集群領袖提供更多功能主要有下列三項:

1) 發布Site-local prefix。

2) 發布Global prefix。

3) 提供路由選擇。

1.2.2 集群組員

當移動節點開機(Power ON)時會經由SAA與NDP透過DAD取得一個唯一的連結地址，若是經過一段時間后并沒有收到集群領袖發出的路由公告封包(RA message)則廣播一個RS message給集群領袖借以加入該集群群組。

1.3移動節點路由實例

在這一個章節將分別以三個實例(MN->CN，CN->MN，MN->MN)來說明本篇論文所提出的架構中移動節點間如何通訊。三個實例分別如下:

1.3.1 MN->CN

如圖1 當移動AD HOC網絡中的移動節點(MN6)要透過網絡將封包傳送到目的節點(CN)時，將會有以下步驟:

Step1:檢查自己的路由表中是否有目的節點的資料

Step2:當集群領袖(CL3)收到集群組員(MN6)所傳送過來的查詢路由信息封包后，根據三個路由選擇表來判斷要經由哪一個多宿主節點來將封包轉送到下一個集群群組。

Step3:由于不知道CN目前的IPv6地址，所以必須先向SIP Server發出一個邀請(Invite)的訊息再讓SIP Server代為發出邀請訊息給CN。如表1所示，將原本欲傳送的IPv6封包加上新報頭(IPv6 Header)后再傳送。

表1IP in IP

Step4:多宿主節點(MN5)收到封包解開后，會發現目的地址是SIP Server，此時會先查詢自己的路由表中有沒有到SIP Server的信息。

Step5:當集群領袖(CL2)收到多宿主節點(MN5)所傳送過來的查詢路由信息封包后，同樣根據本身的三個路由選擇表來判斷要經由哪一個多宿主節點來將封包轉送到下一個集群群組。

Step6:在得知由多宿主節點(MN2)轉送后，多宿主節點(MN5)的路由表此時會記錄要到CN的連線將會經由MN2轉送到下一個集群群組。

Step7:多宿主節點(MN2)收到的封包后，同樣會先查詢自己的路由表中有沒有到SIP Server的信息，若有則直接按照路由表中的信息轉送封包，反之則送出查詢路由信息封包給自己(MN2)的集群領袖，也就是接入路由器(Access Router，AR)。

Step8:當接入路由器(AR)收到多宿主節點(MN2)所傳送過來的查詢路由信息封包后，同樣根據本身的三個路由選擇表來判斷要經由哪一個多宿主節點來將封包轉送到下一個集群群組。

Step9:在得知由接入路由器(AR)轉送后，多宿主節點(MN2)的路由表此時會記錄要到SIP Server的連線將會經由AR轉送。

Step10:接入路由器(AR)收到封包后得知目的地址并不在移動AD HOC網絡內，所以直接透過本身與網絡相連的網絡介面將封包送出。

Step11:SIP Server傳送邀請(Invite)訊息至目的節點(CN)。

以上為MN6要傳送封包至目的節點時所需經過的步驟，至此移動節點(MN6)只傳送了SIP協定的邀請(Invite)訊息至SIP Server，并且經由SIP Server代為邀請目的節點(CN)。

接下來將以圖2說明節點(CN)收到移動節點(MN6)所發出的邀請訊息后的整個通訊流程:

Step1:目前節點(CN)收到邀請訊息后回復一個SIP協定封包(200 OK)給SIP Server。

Step2:SIP Server回復一個SIP協定封包(200 OK)給來源移動節點(MN6)。

Step3:經由AR的三個路由選擇表得知要將封包送至MN6必須經由多宿主節點(MN2)送至集群(CL2)因此將封包送給MN2。

Step4:MN2收到目的地址為MN6的封包后，發出詢問集群領袖的封包詢問要將封包經由哪一個多宿主節點繞送至下一個集群。

Step5:集群領袖經由三個路由選擇表得知應繞送的多宿主節點(MN5)后，回應此多宿主節點(MN5)的IPv6地址給MN2。

Step6:MN2得知MN5的IPv6地址后將封包繞送給MN5。

Step7:MN5收到目的地址為MN6的封包后，發出詢問集群領袖的封包詢問要將封包經由哪一個多宿主節點繞送至下一個集群。

Step8:集群領袖經由三個路由選擇表得知目的節點(MN6)就再本身的集群群組后，回應目的移動節點(MN6)的IPv6地址給MN5。

Step9:MN5將SIP Server所回復的SIP協定封包(200 OK)傳送給MN6。

Step10:收到CN的IPv6地址后會再經由發生SIP協定邀請(Invite)封包的路徑發送SIP確認(ACK)封包后才開始正式傳送資料。

1.3.2 CN->MN

如圖3 當目的節點(CN)要透過網絡將封包傳送到移動AD HOC網絡中的移動節點(MN6)時，將會有以下步驟:

Step 1:當CN要與MN6通訊時，由于CN并不知道MN6目前的IPv6地址。所以以CN必須先傳送一個SIP協定的邀請(Invite)訊息給SIP Server查詢MN6目前的IPv6地址。

Step2: SIP Server代替CN發送SIP協定的邀請訊息至AR。

Step 3:經由AR的三個路由選擇表得知要將封包送至MN6必須經由多宿主節點(MN2)送至集群(CL2)因些將封包送給MN2。

Step 4:MN2收到目的地址為MN6的封包后，發出詢問集群領袖的封包詢問要將封包經由哪一個多宿主節點繞送至下一個集群。

Step 5:集群領袖經由三個路由選擇表得知應繞送的多宿主節點(MN5)后，回應此多宿主節點(MN5)的IPv6地址給MN2。

Step 6: MN2得知MN5的IPv6地址將封包繞送給MN5。

Step7: MN5收到目的地址為MN6的封包后，發出詢問集群領袖的封包詢問要將封包經由哪一個多宿主節點繞送至下一個集群。

Step 8:集群領袖經由三個路由選擇表得知目的節點(MN6)就在本身的集群群組后，回應目的移動節點(MN6)的IPv6地址給MN5。

Step9: MN5將SIP Servr所代為邀請的SIP協定封包(Invite)傳送給MN6。

以上9個步驟是CN發出SIP協定的邀請(Invite)訊息給MN6的流程。接著本文將以圖4逐步解說后續流程。

Step 1: 檢查自己的路由表(Routing table)中是否有目的節點的資料，若有則按照由表內的資料傳送封包。

Step 2: 當集群領袖(CL3)收到集群組員(MN6)所傳送過來的查詢路由信息封包后，根據三個路由選擇表來判斷要經由哪一個多宿主節點來將封包轉送下一個集群群組。

Step 3: 經由上個步驟得知封包要送達SIP Server必須由多宿主節點(MN5)轉送后，集群組員(MN6)的確路由表此時會記錄經由MN6到SIP Server的連線將會經由MN5轉送到下一個集群群組。接著原本欲傳送的IPv6封包加上新報頭(IPv6 Header)后再傳送。

Step 4:多宿主節點(MN5)收到封包解開后，會發現IPv6封包內的目的地址的SIP Server，

Step 5:當集群領袖(CL2)收到多宿主節點(MN5)所傳送過來的查詢路由信息封包后，同樣根據本身的三個路由選擇來判斷要經由哪一個多宿主節點來將封包轉送到下一個集群群組。

Step6: 在得知由多宿主節點(MN2)轉送后，多宿主節點(MN5)的路由表此時會記錄要到SIP Server的連線將會經由MN2轉送到下一個集群群組。

Step 7:多宿主節點(MN2)收到封包后，同樣會先查詢自己的路由表中有沒有到SIP Server的信息。

Step8: 當接入路由器(AR)收到多宿主節點(MN2)所傳送過來的查詢路由信息封包后， 同樣根據本身的三個路由選擇表來判斷要經由哪一個多宿主節點來將封包轉送到下一個集群群組。

Step9:在得知由接入路由器(AR)轉送后，多宿主節點出(MN2)的路由表此時會記錄要到SIP Server的連線將會經由AR轉送。同樣使用IPv6 in IPv6的方式傳送封包。

Step10:接入路由器(AR)收到封包后得知目的地址并不在移動AD HOC網絡內， 所以直接透過本身與網絡相連的網絡介面將SIP協定的封包(200 OK)送出。

Step11:SIP Server傳送SIP協定的封包(200 OK)至目的節點(CN)。

Step12:CN收到SIP協定的封包(200 OK)后，再依照發出邀請的步驟送出確認(ACK)訊息到MN6。由于已經得知了MN6的IPv6網絡地址，因此可以直接與MN6通訊。

1.3.3 MN-> MN

圖片5是MN6與MN3互相通訊的范例，下列步驟為整個通訊的流程，將逐步說明。

Step1:檢查自己的路由表(Routing table)中是否有目的節點的資料，若有則按照路由表內的資料傳送封包。反之傳送一個查詢路由資訊的封包給自己的集群領袖(CL3)。

Step2: 當集群領袖(CL3)收到集群組員(MN6)所傳送過來的查詢路由信息封包后，根據三個路由選擇表來判斷要經由哪一個多重介面節點來封包轉送到下一個集群群組。

Step 3:由于不知道CN目前的IPv6地址，所以必須先向SIP Server發出一個邀請(Invite)的訊息再讓SIP Server代為發出邀請訊息給CN。

Step4:多宿主節點(MN5)收到封包解開后，會發現目的地址是SIP Server，此時會先查詢自己的路由表中有沒有到SIP Server的資訊。

Step 5:當集群領袖(CL2)收到多宿主節點(MN5)所傳送過來的查詢路由信息封包后，同樣根據本身的三個路由選擇表來判斷要經由哪一個多宿主節點來將封包轉送到下一個集群群組。

Step6:在得知由多宿主節點(MN2)轉送后，多宿主節點(MN5)的路由表此時會記錄要到CN的連線將會經由MN2轉送到下一個集群群組。

Step 7:多宿主節點(MN2)收到封包后，同樣會先查詢自己的路由表中有沒有到SIP Server的信息，若有則直接按照路由表中的信息轉送封包。

Step 8:當接入路由器(AR)收到多宿主節點(MN2)所傳送過來的查詢路由信息封包后，同樣根據本身的三個路由選擇表來判斷要經由哪一個多宿主節點來將封包轉送到下一個集群群組。

Step 9:在得知由接入路由器(AR)轉送后，多宿主節點(MN2)的路由表此時會記錄要到SIP Server的連線將會經由AR轉送。

Step 10:接入路由器(AR)收到填充包后得知目的地址并不在移動AD HOC網絡內，所以直接透過本身與互聯網相連的網絡介面將封包送出。

Step11:SIP Server傳送邀請(Invite)訊息至目的接入路由器(AR)。

Step12:接入路由器收到SIP Server傳送的邀請(Invite)訊息后得知邀請的對象在自己的移動AD HOC網絡內。因此查詢自己的三個路由選擇表后將封包轉送到多宿主節點(MN1)。

Step 13:多宿主節點(MN1)收到邀請訊息封包后，發出查詢路由信息封包。

Step 14:由于MN3與MN1在同個集群群組，因此集群領袖節點直接將MN3(IPv6的地址)回復給MN1，不需要找多宿主節點轉送封包。

Step 15:最后MN1將SIP Server的邀請訊息傳送給MN3，完成整個邀請動作。

上述步驟15個步驟就是MN6以SIP協定發出邀請訊息給MN3的整個流程。接著以圖6解說MN3回應與資料傳送過程:

Step1:檢查自己的路由表(Routing table)中是否有目的節點的資料，若有則按照路由表內的資料傳送封包。反之傳送一個查詢路由信息的封包給自己集群領袖(CL1)。

Step2: 當集群領袖(CL1)收到集群組員(MN3)所傳送過來的查詢路由信息封包后，根據三個路由選擇表來判斷要經由哪一個多重介面節點來將封包轉送到下一個集群。在此例中將會得知需要經由多宿主節點(MN1)轉送。

Step3: 上個步驟得知需由多宿主節點(MN1)轉送，因此將SIP協定封包(200 OK)封包送出。

Step4: 在此步驟由于MN12的路由表中含有接入路由器(AR)的路由資料，因此可以直接將封包以IPv6 in IPv6的方式送至存取路由器(AR)。

Step5: AR將SIP協定封包(200 OK)封包送出至SIP Server。

Step 6: SIP Server將封包送至接入路由器(AR)。

Step7: 接入路由器(AR)根據三個路由選擇表來判斷要經哪一個多重介面節點來將封包轉送到下一個集群。在此例中將會得知需要經由多宿主節點(MN2)轉送。

Step8: MN2收到目的地址為MN6的封包后，發出詢問集群領袖的封包詢問要將封包經由哪一個多宿主節點繞送至下一個集群。

Step9: 集群領袖經由三個路由選擇表得知應繞送的多宿主節點(MN5)后，回應此多宿主節點(MN5)的IPv6地址給MN2。

Step10: MN2得知MN5的IPv6地址后將封包繞送給MN5。

Step11:MN5收到目的地址為MN6的封包后，發出詢問集群領袖的封包詢問要將封包經由哪一個多宿主節點繞送至下一個集群。

Step12: 集群領袖經由三個路由選擇表得知目的節點(MN6)就在本身的集群群組后，回應目的移動節點(MN6)的IPv6地址給MN5。

Step13:MN5將SIP Server所回復的SIP協定封包(200 OK)傳送給MN6。

Step14: 收到MN3的IPv6地址后會再經由發送SIP協定邀請(Invite)封包的路徑發送SIP確認(ACK)封包后才開始正式傳送資料。

2 結論

該論文通過一個快速簡便的集群(Cluster)路由方式SIP Server來整合移動Ad Hoc網絡(Mobile Ad-Hoc network)與互聯網(Internet)。此路由方式結合了Proactive和Reactive以及集群等優點，可以更快速的以最佳路徑傳送封包至目的地。而且可以配合管理機制對移動隨意網絡內的移動節點作適當的管理。

參考文獻:

[1] Perking C， Belding-Royer E M， Das S R. Ad hoc on-demand distance vector(AODV) Routing[J]. Network Working Group RFC 3561，2003.

[2] 馮運仿.無線Ad Hoc網絡的安全性研究[J].電腦知識與技術，2007(6).

[3] Mingliang Y T， LI Jin-yang. Cluster based routing protocol[R]. IETF Internet Draft， draft-ietf-manet-cbrp-spec-0.1.tex，1999.

[4] 戴長江， 盧軍.無線ADHOC網絡技術現狀研究[R].第一屆中國高校通信類院系學術研討會第一屆中國高校通信類院系學術研討會，2007.

[5] 孫寶林. 無線移動Ad Hoc網絡的路由技術研究[J]. 武漢科技學院學報，2003(4).