面向無線Mesh網(wǎng)的集中式IP地址分配方案

李 越

(西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院 陜西 西安 710071)

面向無線Mesh網(wǎng)的集中式IP地址分配方案

李 越

(西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院 陜西 西安 710071)

針對(duì)無線Mesh網(wǎng)的地址自動(dòng)分配問題，考慮到網(wǎng)絡(luò)的分層特性，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，用戶需求等因素，提出了面向無線Mesh網(wǎng)的集中式IP地址分配方案。該方案發(fā)揮網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的樞紐作用，利用路由協(xié)議進(jìn)行信息同步，能夠高效地完成用戶的地址分配。同時(shí)方案考慮到了數(shù)據(jù)備份，節(jié)點(diǎn)意外中斷等實(shí)際問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該方案可以快速完成用戶的地址分配任務(wù)。

無線Mesh網(wǎng)(WMNs) 地址分配 路由協(xié)議 集中式分配

0 引 言

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)WMNs是一種新型的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即一種高容量、高速率的分布式無線網(wǎng)絡(luò)。作為未來無線網(wǎng)絡(luò)理想的組網(wǎng)方式和關(guān)鍵技術(shù)之一[1]，WMNs可以應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)接入、電子商務(wù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控等多個(gè)領(lǐng)域[2]。近些年，對(duì)于WMNs的研究主要集中在鏈路調(diào)度、路由選擇、網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域[3-5]。為了滿足WMNs簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)，IP地址的自動(dòng)分配也是一個(gè)需要考慮的問題。

地址分配的目的是為每個(gè)加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)分配獨(dú)立唯一的IP地址，這是用戶能夠通過WMNs訪問互聯(lián)網(wǎng)的前提條件。現(xiàn)有的很多地址分配方案是為同屬于無線多跳網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)MANETs設(shè)計(jì)的。與之相比，WMNs有著明確的分層結(jié)構(gòu)，更加注重易用性、高帶寬以及對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的訪問，同時(shí)對(duì)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性、能量消耗等要求不嚴(yán)格。由于WMNs的無線特性，例如DHCP[6]等傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)地址配置方案大多數(shù)無法滿足要求，雖然MANETs的地址配置方案可以應(yīng)用于WMNs，但考慮到兩種網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)區(qū)別，已有的配置方案還有很大的性能提升空間。

WMNs和MANETs之間最大的區(qū)別就是WMNs屬于分層結(jié)構(gòu)，不同層次的節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)、運(yùn)算能力以及移動(dòng)性等方面差別很大。因此地址分配方案需要將這些因素考慮在內(nèi)。比如WMNs中的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)基本保持位置不變，存儲(chǔ)能力、穩(wěn)定性都強(qiáng)于其他節(jié)點(diǎn)，因此非常適合用來保存全局地址池列表。另外，很多的MANETs方案都會(huì)采用全網(wǎng)范圍泛洪控制幀的方式來滿足同步要求，這會(huì)對(duì)節(jié)點(diǎn)造成一定的開銷。而WMNs中的用戶大多是傳統(tǒng)的802.11設(shè)備，為了保證很好的兼容性、節(jié)約設(shè)備能源，方案應(yīng)該盡量不去對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行修改。為此，本文提出了面向WMNs的集中式地址分配協(xié)議CWCP(Centralized WMNs Configuration Protocol)。

1 地址配置協(xié)議相關(guān)研究

文獻(xiàn)[7]提出的DWCP方法利用了WMNs的分層結(jié)構(gòu)，把節(jié)點(diǎn)按功能分成了網(wǎng)關(guān)、路由和用戶。該方法利用網(wǎng)關(guān)之間的有線連接來傳遞地址池等信息，可以快速高效地完成地址池的分配和借用，但是實(shí)際網(wǎng)絡(luò)不一定都可以滿足這個(gè)條件。該方法沒有很好的同步機(jī)制，容易發(fā)生因節(jié)點(diǎn)意外中斷造成的地址丟失。根網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)地址池的初始化，一旦根網(wǎng)關(guān)發(fā)生中斷，其他輔助網(wǎng)關(guān)需要啟動(dòng)競(jìng)選機(jī)制重新選擇根網(wǎng)關(guān)，這要花費(fèi)很多的網(wǎng)絡(luò)資源。

文獻(xiàn)[8]中的節(jié)點(diǎn)沒有層次結(jié)構(gòu)，原節(jié)點(diǎn)把自己擁有的一半地址池分給新加入的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含全網(wǎng)的地址池信息。文獻(xiàn)提出的方法利用OLSR路由協(xié)議的廣播包進(jìn)行地址池的同步更新，可以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源。由于沒有中心節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)，地址的租借過程比較復(fù)雜，容易出現(xiàn)地址池利用不均勻的現(xiàn)象。

文獻(xiàn)[9]提出的HTDCP方法為節(jié)點(diǎn)增加信任度信息，利用信任度值的大小選擇地址服務(wù)器，選出的地址服務(wù)器負(fù)責(zé)其他節(jié)點(diǎn)的地址分配。但是信任度只和節(jié)點(diǎn)的在網(wǎng)時(shí)間有關(guān)，不能很好反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況變化。由于全網(wǎng)只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以分配地址，因此該節(jié)點(diǎn)負(fù)載較大，而且新節(jié)點(diǎn)和地址服務(wù)器節(jié)點(diǎn)之間可能需要經(jīng)過多跳才能實(shí)現(xiàn)地址分配，容易產(chǎn)生丟包，消耗網(wǎng)絡(luò)資源。

文獻(xiàn)[10]把節(jié)點(diǎn)分成配置代理和簡(jiǎn)單節(jié)點(diǎn)兩類。配置代理?yè)碛歇?dú)立的地址池，簡(jiǎn)單節(jié)點(diǎn)沒有地址池，只用來在新節(jié)點(diǎn)和配置代理之間中繼。因此，地址分配過程可以保證在兩跳之內(nèi)完成。但是容易出現(xiàn)地址分配不均的情況，當(dāng)某個(gè)配置代理地址耗盡，需要向全網(wǎng)廣播請(qǐng)求信息來租借地址，從而消耗網(wǎng)絡(luò)資源。

文獻(xiàn)[11]中所有的節(jié)點(diǎn)需要形成一個(gè)拓?fù)錁浣Y(jié)構(gòu)。在建立拓?fù)錁浣Y(jié)構(gòu)的過程中產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)ID以及節(jié)點(diǎn)ID最終構(gòu)成節(jié)點(diǎn)的IP地址。新節(jié)點(diǎn)需要先加入樹形結(jié)構(gòu)中，再?gòu)母腹?jié)點(diǎn)獲取IP地址。一旦拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化，節(jié)點(diǎn)之間的繼承關(guān)系也會(huì)發(fā)生很大變化，容易出現(xiàn)地址分配不均的情況。地址的分配是通過公式計(jì)算得出，不是依次分配，地址池中的地址利用效率不高。

2 面向無線Mesh網(wǎng)的集中式地址分配方案

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)定義了四種節(jié)點(diǎn)類型：

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)：維護(hù)全網(wǎng)的地址池列表，為路由節(jié)點(diǎn)提供IP地址池。

副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)：由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)從路由節(jié)點(diǎn)中選出，從網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)獲取備份的全網(wǎng)地址池列表，當(dāng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)失效時(shí)升級(jí)為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，行使分配地址池的功能。

路由節(jié)點(diǎn)：負(fù)責(zé)用戶節(jié)點(diǎn)的接入，為用戶提供IP地址。

用戶節(jié)點(diǎn)：接入WMNs，等待被分配地址的普通802.11通用設(shè)備。

本文設(shè)計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)景是以WMNs為基礎(chǔ)的。如圖1所示，該網(wǎng)絡(luò)由一臺(tái)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、多臺(tái)路由節(jié)點(diǎn)構(gòu)成骨干網(wǎng)絡(luò)，用戶節(jié)點(diǎn)接入骨干網(wǎng)絡(luò)使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)位置通常保持不變，有穩(wěn)定的能源供給，用戶節(jié)點(diǎn)則可以分布在網(wǎng)絡(luò)的任意位置并在任意時(shí)刻接入和離開。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過有線連接互聯(lián)網(wǎng)，作為整個(gè)WMNs的網(wǎng)絡(luò)出口。其他路由節(jié)點(diǎn)通過多跳中繼的方式與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)連通，同時(shí)負(fù)責(zé)用戶節(jié)點(diǎn)的接入以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化不大，網(wǎng)絡(luò)分割發(fā)生的可能性很小。用戶節(jié)點(diǎn)采用標(biāo)準(zhǔn)的802.11方式接入某個(gè)路由節(jié)點(diǎn)，當(dāng)獲取到自己的IP地址以及網(wǎng)關(guān)的IP地址后才能夠正常訪問網(wǎng)絡(luò)。用戶節(jié)點(diǎn)是在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)部署完成，路由協(xié)議正常運(yùn)行后再接入的，這種規(guī)定符合WMNs的實(shí)際設(shè)計(jì)要求。

圖1 無線Mesh網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 網(wǎng)絡(luò)同步

為了確保分配給路由節(jié)點(diǎn)和用戶節(jié)點(diǎn)的地址不重復(fù)，地址分配方案需要有同步機(jī)制。尤其是在無線網(wǎng)絡(luò)中，鏈路質(zhì)量無法保障，丟包現(xiàn)象比較嚴(yán)重，更加依賴同步機(jī)制及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問題。傳統(tǒng)的方法是利用節(jié)點(diǎn)周期發(fā)送廣播包來進(jìn)行信息同步，但是這會(huì)造成很大的帶寬資源消耗。考慮到WMNs都是需要路由協(xié)議來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的，而主動(dòng)式路由協(xié)議本身就需要周期發(fā)送廣播包來更新路由。因此，本文提出把地址分配方案與主動(dòng)式路由協(xié)議相配合，可以在沒有額外控制包開銷的情況下，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)同步。

本文采用的路由是一種主動(dòng)式的距離矢量路由協(xié)議。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都存儲(chǔ)著到達(dá)其他所有節(jié)點(diǎn)的路由信息，路由信息包括到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的最佳下一跳節(jié)點(diǎn)地址、鏈路質(zhì)量、序列號(hào)以及有效時(shí)間等。最佳下一跳節(jié)點(diǎn)是從該節(jié)點(diǎn)的所有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)鏈路質(zhì)量最好的節(jié)點(diǎn)。路由協(xié)議周期廣播Hello包，告知全網(wǎng)自己的信息，同時(shí)接收其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的Hello包來更新路由信息。通過這種方式，路由節(jié)點(diǎn)可以快速感知網(wǎng)絡(luò)的變化，這就為地址分配方案進(jìn)行同步提供了條件。

為了滿足地址分配的需要，路由協(xié)議的Hello包中除了攜帶路由信息之外，還需要添加節(jié)點(diǎn)信任度以及剩余可分配地址數(shù)量的信息。節(jié)點(diǎn)信任度定義為路由節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)時(shí)長(zhǎng)、已分配用戶節(jié)點(diǎn)數(shù)以及節(jié)點(diǎn)類型偏移量三者之和。其中在網(wǎng)時(shí)長(zhǎng)由路由節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的起始時(shí)間決定，起始時(shí)間越早，取值越大。節(jié)點(diǎn)類型偏移量取值按照網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)的順序遞減。這樣形成的信任度排列次序?yàn)榫W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)最大，副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)次之，路由節(jié)點(diǎn)依照自己分配的用戶節(jié)點(diǎn)數(shù)依次排序，分配用戶數(shù)相同時(shí)，再根據(jù)在網(wǎng)時(shí)長(zhǎng)排序。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)可以利用節(jié)點(diǎn)信任度的排序進(jìn)行副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的選擇。所有路由節(jié)點(diǎn)可以通過Hello包得知其他節(jié)點(diǎn)的剩余地址數(shù)，從而使地址池的分配、租借更加簡(jiǎn)捷。

2.3 協(xié)議過程

2.3.1 副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)選取

由于無線網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性，任何節(jié)點(diǎn)包括網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)都可能意外中斷，而網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)又擔(dān)負(fù)著全網(wǎng)地址分配的樞紐任務(wù)，因此本文采用添加副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的方式解決網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中斷的問題。由于全網(wǎng)地址池列表的數(shù)據(jù)規(guī)模較大，為了減少跳數(shù)、節(jié)省帶寬資源，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)定期從它的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中選取信任度值較高的節(jié)點(diǎn)作為副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，并將全網(wǎng)的地址池列表發(fā)送給副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)備份。當(dāng)副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)收到了數(shù)據(jù)之后就會(huì)更新自己的信任度值，并在發(fā)送路由廣播包的時(shí)候通知其他節(jié)點(diǎn)。副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)離開網(wǎng)絡(luò)的情況下，行駛網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的功能。

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)正常離開網(wǎng)絡(luò)時(shí)，會(huì)將當(dāng)前的全網(wǎng)地址池表發(fā)送給副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，然后告知副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)行使網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的功能，負(fù)責(zé)地址的收發(fā)，其他路由節(jié)點(diǎn)也能夠通過路由協(xié)議得知網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的變更，之后就會(huì)向新網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行地址請(qǐng)求。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)意外中斷時(shí)，所有路由節(jié)點(diǎn)通過路由協(xié)議得知網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的中斷，會(huì)把當(dāng)前的副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)當(dāng)作新的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。此時(shí)副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的全網(wǎng)地址池表可能與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)地址不匹配，因此副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)會(huì)把路由表中的信任度、剩余地址信息與存儲(chǔ)的地址池表進(jìn)行對(duì)比，若發(fā)現(xiàn)不匹配的情況，副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)向相應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)發(fā)送地址池同步請(qǐng)求，從而保證全網(wǎng)地址池表的準(zhǔn)確性。

2.3.2 地址分配

根據(jù)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)在為用戶分配地址中起到的作用，本方案采用主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種分配方式。二者的數(shù)據(jù)包發(fā)送流程見圖2所示。

圖2 地址分配示意圖

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)定期從路由信息中獲取其他節(jié)點(diǎn)的剩余地址數(shù)，若發(fā)現(xiàn)有剩余地址數(shù)為零的節(jié)點(diǎn)，則向其主動(dòng)發(fā)送一定數(shù)量的可用地址，并更新自己的剩余地址數(shù)、全網(wǎng)地址池表。當(dāng)用戶節(jié)點(diǎn)加入WMNs時(shí)，會(huì)向鄰近的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)或是路由節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求IP地址，若該路由節(jié)點(diǎn)擁有空閑地址，則直接向用戶分配地址，并更新自己的信任度、剩余地址數(shù)以及本地用戶列表等信息。若此時(shí)路由節(jié)點(diǎn)無空閑地址，則它會(huì)向網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求空閑地址，當(dāng)網(wǎng)關(guān)被動(dòng)向其提供了地址后再向用戶節(jié)點(diǎn)分配。利用這兩種分配方式，用戶可以快速獲得IP地址。

2.3.3 地址回收

用戶節(jié)點(diǎn)正常離開網(wǎng)絡(luò)時(shí)，路由節(jié)點(diǎn)會(huì)將IP地址回收，更新自己的本地用戶列表、信任度值以及剩余地址數(shù)。用戶節(jié)點(diǎn)意外中斷時(shí)，路由節(jié)點(diǎn)會(huì)在超過設(shè)定時(shí)限后將地址回收。隨著接入自己的用戶節(jié)點(diǎn)離開網(wǎng)絡(luò)，路由節(jié)點(diǎn)的剩余地址數(shù)逐漸增加，當(dāng)超過一定門限時(shí)，路由節(jié)點(diǎn)會(huì)把多余的地址歸還給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。路由節(jié)點(diǎn)也會(huì)定期從路由信息中獲取其他節(jié)點(diǎn)的剩余地址數(shù)，若發(fā)現(xiàn)自己的剩余地址數(shù)是全網(wǎng)包括網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中最多的，則會(huì)將一定的地址歸還給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。利用這種方式，可以避免地址池分配不均的情況。

路由節(jié)點(diǎn)正常離開網(wǎng)絡(luò)時(shí)，會(huì)向網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送通知，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)從而把分配給該路由節(jié)點(diǎn)的地址回收，原先接入該路由節(jié)點(diǎn)的用戶節(jié)點(diǎn)需要重新請(qǐng)求新的地址。路由節(jié)點(diǎn)意外中斷時(shí)，在路由協(xié)議的幫助下所有其他節(jié)點(diǎn)都能夠知道此節(jié)點(diǎn)中斷，因此網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)也會(huì)回收地址。若離開的節(jié)點(diǎn)是副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，則網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)需要重新選擇副網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)來備份全網(wǎng)地址池列表。

3 仿真實(shí)現(xiàn)與性能分析

由于網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量未知，因此協(xié)議需要重點(diǎn)考慮不同用戶數(shù)量下的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。為此實(shí)驗(yàn)主要測(cè)試了地址分配時(shí)間和數(shù)據(jù)包開銷與節(jié)點(diǎn)數(shù)量的關(guān)系。

本文實(shí)驗(yàn)采用NS-2[12]網(wǎng)絡(luò)仿真軟件實(shí)現(xiàn)。表1展示了仿真程序的部分參數(shù)選擇。骨干網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由八個(gè)路由節(jié)點(diǎn)、一個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)組成，用戶節(jié)點(diǎn)均勻分布在仿真區(qū)域里面。用戶節(jié)點(diǎn)在骨干網(wǎng)絡(luò)搭建完成之后隨機(jī)接入，總接入時(shí)間為40 s。隨著每次實(shí)驗(yàn)用戶節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，地址請(qǐng)求的速率相應(yīng)增加。

表1 仿真參數(shù)

3.1 CWCP地址分配方式性能分析

網(wǎng)絡(luò)定義了四種節(jié)點(diǎn)類型：

本文方案采用了主動(dòng)和被動(dòng)兩種地址分配方式，圖3展示了不同用戶數(shù)量下兩種分配方式的實(shí)際使用比例以及各自的平均地址配置時(shí)間。

圖3 主動(dòng)分配方式所占比例示意圖

由圖3和圖4可知，主動(dòng)分配方式的配置時(shí)間比被動(dòng)分配方式更短，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加主動(dòng)分配方式的使用比例逐漸下降。這是由于主動(dòng)分配是網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)周期分析路由信息，提前把地址池分配給路由節(jié)點(diǎn)，因此用戶只需和相應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一跳范圍內(nèi)的信息交流即可完成地址分配。而被動(dòng)分配是路由節(jié)點(diǎn)接收到用戶請(qǐng)求之后再向網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求地址，因此配置時(shí)間更長(zhǎng)。隨著用戶節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，地址請(qǐng)求速率加快，而網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)分析路由信息的周期不變，因此主動(dòng)分配的比例逐漸下降。

圖4 地址配置時(shí)間示意圖

3.2 CWCP與其他協(xié)議性能對(duì)比

本實(shí)驗(yàn)將CWCP與HTDCP[9]和D2HCP[8]兩個(gè)協(xié)議在數(shù)據(jù)包開銷和地址配置時(shí)間方面進(jìn)行比較。其中HTDCP是集中式的配置方案，D2HCP配置方案采用了OLSR路由協(xié)議進(jìn)行同步。

由圖5和圖6可知，CWCP的整體性能好于另外兩種協(xié)議，且不會(huì)隨用戶數(shù)量增加而明顯增長(zhǎng)。

圖5 數(shù)據(jù)包開銷對(duì)比示意圖

圖6 配置時(shí)間對(duì)比示意圖

這是因?yàn)檎麄€(gè)骨干網(wǎng)絡(luò)都擁有為用戶分配節(jié)點(diǎn)的能力，大部分用戶都可以在一跳范圍內(nèi)獲取地址，減少時(shí)間和數(shù)據(jù)包開銷。而通過路由協(xié)議的支持，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)可以快速感知路由節(jié)點(diǎn)的地址池情況，預(yù)先向路由節(jié)點(diǎn)提供地址，即使網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大、地址請(qǐng)求速率變快也不會(huì)出現(xiàn)明顯的性能下降。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文提出并測(cè)試了一個(gè)面向無線Mesh網(wǎng)的集中式IP地址分配方案。該方案通過WMNs的骨干網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行地址分配，采用網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為全網(wǎng)地址分配的協(xié)調(diào)中心，利用路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)地址池等信息的同步，設(shè)計(jì)了兩種分配方式。同時(shí)也對(duì)節(jié)點(diǎn)意外中斷和數(shù)據(jù)備份等實(shí)際問題提出了解決方案。實(shí)驗(yàn)證明，該方案可以有效應(yīng)用于WMNs場(chǎng)景中，為用戶提供高效、穩(wěn)定的地址分配服務(wù)。

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CENTRALIZED IP ADDRESS ALLOCATION SCHEME FOR WIRELESS MESH NETWORKS

Li Yue

(SchoolofTelecommunicationsEngineering,XidianUniversity,Xi’an710071,Shaanxi,China)

Aiming at the problem of automatic address allocation in wireless mesh networks, a centralized IP address allocation scheme for wireless mesh networks is proposed considering the hierarchical characteristics, network architecture and user demands. The scheme plays the key role of the gateway node, and uses the routing protocol to synchronize the information, so it can efficiently complete the user address allocation. At the same time the scheme takes into account the data backup, node accidental interruption and other practical problems. Experimental results show that the scheme can quickly complete the user’s address allocation task.

Wireless mesh networks Address allocation Routing protocol Centralized allocation

2016-05-22。李越，碩士生，主研領(lǐng)域：無線Mesh網(wǎng)。

TP393

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2017.06.028