基于移动IP技术的移动自组网地址自动配置方法设计

王悦

（西安文理学院信息中心，陕西西安710068）

基于移动IP技术的移动自组网地址自动配置方法设计

王悦

（西安文理学院信息中心，陕西西安710068）

传统的互联网大多数是基于有线传输的，尽管最近几年无线局域网发展势头很迅速，但是移动终端的智能化和多样化提出了无线移动网络的越来越多的要求，为了解决传统有线网络的扩展性差和无线局域网存在的用户数量固定且投入成本较大的问题，本文提出了基于IP的移动互联网设计，无线移动网络的提出满足了用户在的短时间、宽范围对网络通信的需要，他实现了对传统多跳网络的有效延伸，高位置管理性能切换性能，通过OPNET仿真对比了采用新方案后在管理数据开销和切换性能上的改进，最后给出了在实际Ad Hoc通信系统的实验平台上应用本文所提出的分层分布式移动IP方案的具体软件实现过程。

Ad Hoc网络；IP地址分配；移动性管理；动态主机配置

随着通信技术的迅猛发展，人们对通信质量的要求越来越高，人们已经对有原来的有线网的应用扩展至无线局域网络，但是作为传统网络它不能满足日益复杂的智能移动设备对网络通信的要求，Internet网络要求有线方式互联，限制了网络覆盖额范围；尽管无线局域网不需要大量的布线，但需要建立基站，这对于人们临时性的特殊使用地域不一定能够覆盖，无法应对突发情况，而且前期投入成本较大如果仅针对临时的用户。

1　需求分析

图1所示，为移动终端和实体之间的关系，其中主要包括移动节点、本地代理和外地代理3个主要部分，其实现过程为代理搜寻，注册和报文的接受与发送实现移动终端之间的通信［1］。

对于上述Ad Hoc网络运行中容易产生拥堵的问题，本文的主要研究对象为Ad Hoc网络，他是一种带有无线收发装置的移动终端组成的多跳临时性自治系统，该网络兼有移动终端和路由两种功能，可以直接接入无线局域网和Internet互联网，当用来接入无线网时，Ad Hoc作为末端子网，考虑到带宽和功率限制，一般不把他用作中间承载网络，减少了路由开销。Ad Hoc网络兼顾了计算机网络和移动通信两者的特点，通常被认为是一种特殊的通信网络［2］。

2　移动IP技术

移动IP技术管理网络地址的分配主要基于移动管理技术，在文中从以下几个角度来对本文设计的系统进行衡量：

1）传统的节点只能在自己所属路由器管辖的范围内进行通信，这是因为传统的网络多采用网络前缀路由机制进行管理，基于移动IP的节点在改变数据链路层的接入点后仍然可以与因特网上其他节点进行通信；

2）基于IP的节点在移动时并不影响其自身的IP地址，这样当节点在移动时不会影响链路层中正在进行的通信；

3）移动IP与固定IP地址的计算机通信时，不需要改变主机和路由器的协议，完全可以通过移动节点本身和那些能够提供特殊功能的节点实现。

因此可以说移动IP的管理协议是在网络层实现对对IP地址的管理。他可以以任何一个节点为协调节点建立路由表，从而能够在两个不在同一网络中的节点之间发送数据包，实现对于快速移动的节点之间的通信，由于是对网络层的实现，因此它的实现与传输媒介关系不密切，如此可以实现在多种媒介之间进行切换。

本设计的主要思想是在网络内形成分层分布式结构管理，通过选取Ad Hoc中的终端节点作为AP的代理，实现AP对子网内节点的管理，这样会避免数据在整个网络中出现泛洪现象，有助于减少网络的开销，减轻网络切换对通信质量的影响。移动Ad Hoc网络结构通常包括全分布式和分层分布式控制结构两种形式，其主要区别表现为前者中的各节点的地位是一样的，而在分层分布式控制结构中，会通过软件算法设置一定范围内的节点构成子网，如图1所示，为分层分布式控制结构示意图，通过设置代理节点来来管理子网，当然其中的代理节点也具有普通节点的功能，但在分层式结构中主要功能是负责子网之间的互联互管理，他们通过网关实现对整个网络的链接与管理［3］。

图1　移动IP功能实体及相互关系

图2　分层分布式控制结构示意图

模分布式子代理在实现网络环境的软切换方面具有很大优势，移动节点在不仅可以获取自己一跳范围内包括的节点，同时通过每个AP将自己的数据包周期性传输使得当前移动终端能够很好地解析自己所处的AP范围，从而根据AP的属性来判断在数据传送过程中是否需要进行切换；分层式移动IP协议的采用，使得整个网络结构由多个移动子代理组成，而移动子代理与访问节点AP是一个物理实体代表两种不同的逻辑功能的模式，这样我们需要利用泛洪广播方式使得节点与自己的移动代理，即物理部分的AP相匹配，由于AP的针对不同节点拥有特殊的工作方式（单播和组播），因此有效地减少泛洪开销［4］。

3　地址分配算法的软件实现

IP地址的合理分配与否可以说是网络通信性能好坏的最好标志，当移动终端想要对网络中的资源进行访问时，它需要通过初始化获得能够接入该网络的特定IP地址，常用的IP地址分配方案中多采用动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP），该协议容易导致数据的泛洪，并且当节点处于动态变化中时，网络自身的扩展性差的问题成为制约其规模和性能的瓶颈，针对传统分层分布式移动IP中的代理节点定期发送广播信息时采用泛洪方式容易给网络带来较大的负担的现状，因此本文提出了对于解决该问题的基于移动IP的改进型地址分配算法［6］。系统软件设计的结构图如图3所示。

该协议的工作过程如下所述，该流程图中主要包括移动子代理节点和普通节点，通常每个移动子代理节点中包括几个普通节点，当普通节点在移动的过程中进行通信时，每个子代理都有自己的上下级移动子代理，通过自身与当前AP节点的距离来判断自身所处的级别，通常距离越小，表示级别越高，当进行节点之间的通信时，先将信息发送给自己的上一级AP，每个代理根据自己范围内的节点（子代理）情况逐级发送，最终到达指定的AP后停止传输；采取这样的分层分布式算法有助于代理和移动终端节点之间进行很好地匹配和互动，有助于相互了解对方所处的状态和环境［8］。

其实现过程为，在系统初始化过程中，MANET中的AP拥有全部的IP地址，当距离AP最近的移动终端节点想加入子网中时，他需要向自己所属子网的AP申请IP地址，在软件设计中，我们要充分考虑各个移动节点的功能。由上所述，在Ad Hoc网络结构中，节点一般分为3类，即普通移动节点，主要包括各种移动终端设备，针对用户；代理节点，由普通节点通过软件进行设置，同时具有路由和普通节点的功能；接入节点AP负责子网之间的互联。因此在软件设计过程中要对不同功能的节点进行恰当的分配预处理。通常在Internet中，我们利用动态主机配置协议实现地址的分配，但对于分布式的MANET网络，由于其终端用户处于不断移动变化中，因此各个子网的界限不太明显，通过对传统的分布式分层思想的研究与分析提出了运用二分裂算法来逐级分配IP地址。

在软件实现过程中，当配置一个节点的地址成功时，MANET网络将会接受该节点发送的广播信息，当代理节点确认接受到广播信息后，就开始执行对该代理节点的路由表和IP地址表的更新，网络路由表或IP地址表的最新状态通过对IP地址表进行增加删除已有的地址或添加新的条目的操作来实现；当IP地址表中增加一个新的地址时，该协议需要执行IP地址分块操作，接着把分割后的IP地址分配给相应的代理节点或使其中的一个IP地址块成为新的代理节点，同时普通节点也将接收到一个空闲的IP地址，作为下一个IP地址更新时的目标地址；同样，当移动终端从MANET网络中退出时，意味着该IP地址表需要进行节点删除操作，协议需要进行IP地址的回收，主要包括IP地址的合并和对普通节点所拥有的空闲节点的回收两个操作来实现IP地址回收［10］。

图3　软件设计的流程图

4　系统测试

针对文中提出的基于移动IP的地址分配算法的设计，该部分设计了用于对该地址分配算法的测试方案。该测试方案的硬件平台主要采用ARM作为处理器，实现Ad Hoc中IP的移动化，同时负责控制USB芯片和系统的轮询访问；USB无线网卡的主控制芯片如图中的ISP1161a所示，实现和其他无线网卡及具有固定IP的计算机进行通信［15］。

利用硬件平台产生待测IP地址表，通过仿真软件Network Simulator对设计的软件性能进行仿真测试，在测试过程中，我们主要针对移动终端访问网络时的平均退网检测时间进行测试，然后与性能良好的Buddy System和SONAM协议进行比较来判断设计软件性能的好坏，其最终测试结果如图4所示：从图中可以看出，当检测间隙的值较小时，节点的离开时间相对较小，当检测间隙较大时，网络中节点的退网时间也会随之增大，所以对于节点退网的离开时间需要结合节点的数目与检测间隙一起考虑，有助于我们对该算法的进一步优化。

图4　节点退网检测时间

5　结论

文中提出的基于分层分布式移动IP方案提出了一种自动IP地址分配方案。我们的解决方案用到了二进制分裂的概念并考虑到了分级移动IP协议的特点，使用子代理来逐级分配IP地址。同时考虑到了IP地址的泄露，有针对性地提出了相对应的IP地址回收机制，最后给出了详细的软件实现流程。

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Design of MANET address automatically configure method based on mobile IP

WANG Yue
（Xi'an University Information Center，Xi'an 710068，China）

Most of the traditional Internet is based on cable transmission，although in recent years，wireless local area network（LAN）momentum very quickly，but the intelligent mobile terminal and wireless mobile network，more and more diversified requirements，in order to solve the expandability of traditional cable network and wireless local area network（LAN）of fixed number of users and large cost problem，this paper presents a mobile web design based on IP，wireless mobile network is proposed to satisfy the users in a short period of time，the need of wide range of network communication，he realized the effective extension of traditional multiple hops network，high position switching performance，management performance through OPNET simulation contrast after adopting the new scheme in data management overhead and switching performance improvements，finally gives the actual Ad Hoc communication system experiment platform of application in this paper，the proposed hierarchical and distributed specific software implementation of mobile IP scheme.

Ad Hoc network；IP address assignment；mobility management；dynamic host configuration

TN99

A

1674－6236（2016）12-0104-04

2015-12-09稿件编号：201512104

王悦（1972—），男，陕西西安人，硕士研究生，工程师。研究方向：计算机应用。