一种用于无线自组网的移动互联协议研究

【摘要】随着社会市场经济的发展，互联网技术取得了较大的进步，其在实际应用中的应用范围逐渐广泛，高速无线自组织网络是互联网中的非常重要的组成部分，其移动联网的过程中，一项基础内容就是建立起高效可靠的移动互联协议，这就需要有效的处理分层分布式移动自组织网络中的传统移动IP协议与实际应用需求之间的矛盾，本文就在此基础上提出一种移动互联协议，该协议将移动互联的共性与HD-MANET的特性进行有效结合，基于抽象分层分布式网络结构，在很好的满足HD-MANET应用需求的同时，能够有效的降低网络负担。

【关键词】无线自组网;移动互联协议;研究

一、前言

自组网指的是自组织网络，这是一种自发的无线多跳网络，在该中形式的网络结构中，其移动终端能够在自组织网络中实现自如移动，另一方面，其移动终端还能够实现相互连接子网中的自由移动，在无线通信环境中，具有防破坏、抗干扰、低误码率、小容量通信的要求，再加上移动网络结构等各种因素的影响，使得MANET很难将子网群及用户终端的传统固定网络互联接口接于固定不变的网络接口之上，并且一旦当前的网络接口出现变化，将难以实现有效、可靠、安全的接入移动互联网中。

目前常用的IP技术在处理IP网络中节点的移动互联有关问题的过程中，在进行位置变更信息的传播时，需要经历一个从MH（移动主机）至HA（本地）最后再到FA（外地）的过程，但是这种处理方式难以满足大部分无线自组织网络的实际应用需求，为了很好的解决这一问题，很多研究中都提出了相关的提高与改进MIP的方案，用来解决上述问题，例如应用ROMIP来解决三角路由的问题，应用Ipv6来适应下一代的互联网;应用HMIP来解决微观移动性问题等，但是这些方案中虽然路由结构得到了有效的优化，但是其分层移动等操作还需要固定的支持，难以从根本上解决实际应用中的受限问题，为了能够有效的解决在实际应用过程中移动互联模式持久性差、模式低效等问题，本文提出了一种新的分层分布式移动互联协议，在对该协议进行简单分析的基础上，应用OPNET对其性能进行仿真分析。

二、HD-MANET移动互联协议的介绍

1.HD-MANET协议的功能实体

现有的MIP移动互联协议中包含三个功能实体，具体为：FA、HA及MH，HD-MANET移动互联协议不同于MIP协议，其具有四个功能实体，主要表现为：

（1）MR（移动路由器），HD-MANET移动互联协议中的MR类似于MIP移动互联协议中的MH，其在实际应用中，能够包含区域中所有的主机与网络，并且在其网络标识的过程中，可以应用带有前缀的网络地址;

（2）PFR（预转前向由器），其功能类似于MIP移动互联协议中的HA，但是与之不同的是，PFR常用于代表上层的源前向路由器，处于MR之前的移动外地子网中，而MR在实际运行过程中是移动可变的，如果是进行第一次的交换与移动，PFR类似于真正的本地前向路由器HA，而两者的主要区别在于PFR能够依据位置绑定信息来选择路由与转发，从而有效取代了隧道选择;

（3）FFR（外地前向路由器），其相当于MIP移动互联协议中的FA，但是其一般代表上层的源前向路由器，其处于MR的当前移动外地子网中，在实际运行过程中，其将MR的LBM转发至PFR中时，应用最短路径转发，并会告知转发方式，相关的LBM会沿着该路径到达目标子网的所有旁通路由器中，并会沿着该路径向子网中的其他路由器进行广播的发送，FFR在运行过程中，会应用MR中的LBM进行路由的选择及数据的转发;

（4）DFR（分布式前向路由器），这是在HD-MANET移动互联协议中加入的一个新的功能实体，子网中从MR到FFR路由器、子网中从FFR到PFR路由器、网际路由器必经DFR，并且在实际运行过程中，其所必经的DFR会以告知及转发的方式接收与转发MR的LBM，因此，将该种DFR称之为核心DFR。

另一方面，该路径中的位于子网的其他路由器能够应用广播的方式分发MR的LBM，这样能够保证MR的LBM分布式的、有层次的缓存于每个DHR中，有效避免了单个节点，也有效避免了同时提供从协同路由器到MR的最短路径，DFR在实际工作中，能够有效的应用MR的LBM直接进行路由的选择及数据的转发，同时，如果想要提升LBM在子网中广播的可靠性，在层层递进的告知消息中也能包含LBM。这几种功能实体的关系图如图1所示。

图1 功能实体关系图

2.HD-MANET协议相关规定

在实际的应用中，为了保证HD-MANET移动互联协议的有效描述，应该制定出相关的规定，主要表现为：

（1）LRM（位置注册信息），LRM是移动至异地时在互联网注册的从MR到FFR的信息，其基本内容表示为：<MR_Addr，PFr_Addr，TS>，其中TS表示的含义是：该信息的时间戳;X_Addr表示的含义是：X的地址，根据相关的分层结构模型，能够从MR_Addr的推断中得到HFR的地址;

（2）LBM）位置绑定信息），LBM是层到层的沿着FFR至PFR的最短路径，传递MR外地地址信息，其基本内容为：<MR_Addr，PFR_Addr，FFR_Addr，TS>;

（3）ALM（地址信息确认），这是从层到层的从LRM或者是LBM到发送者的确认信息，由于其中包含LBM，就能使其在旁通网络中再次播送地址信息，这能够有效的提升LBM在子网中传播的可靠性;

（4）RLM）地址信息请求），在实际的运行过程中，如果有路由断开或者是其不能被相关的移动地址信息识别，这时可以给路由的下层或者是上层发送相关的RLM，相关的路由器会将最新的移动位置消息应用LBM的形式回应给请求路由器;

（5）LBE（地址绑定入口），这是储藏于每个DHR中的从FFR至PFR的最短路径的地质传送入口，其与LBM具有相同的形式，主要将其应用于绑定到MR的路由与LBM信息的存储当中。

3.HD-MANET协议工作原理

HD-MANET移动互联协议在实际工作中，其工作原理主要表现为以下几个方面：

（1）有效互联的静态路由，在MIP移动互联协议中，其移动互联网需要像OSPF、RIP等子网中动态互联路由协议的支持，以便于提供从CR至HA以及HA至FA的最短路径，这些网间路由协议一般取决于互联网地址的前缀部分，其不仅是移动互联的基础，更是网络中子网静态互联的基本保证，在一些典型的网络状态下，需要应用位移的分层分布网络模型中的默认设置来与网络地址的前缀相匹配，将所有没有定义地区的网络进行集中管理。

（2）最近请求与迅速恢复，传统的MIP移动互联协议中，在进行相关转换时，需要移动主机向HA进行注册，并要在移动之后定期的向HA发送注册更新，在无线网络中，应用这种注册方式，会占用大量的网络资源，并且容易出错，这就需要进行相关信息的迅速恢复，为了有效的预防由于实际应用中的清洁、维修、损坏、代替所导致的永久的位置信息丢失，应用上层、下层或者相同层的制定路由来激活请求，以便于迅速的恢复丢失的相关信息，这样能够有效的避免由于MIP的频繁更新所带来的问题。

（3）相对移动与相对更新，在分层分布式网络的实际运行过程中，在沿着路由分发与注册的过程中主要是依据沿着FFR至HFR分发的概念的实现的，从FFR至PFR的转变，需要存在一个DFR，使得CR至FFR的路径最短。

（4）沿着最短路径分布，其主要思路是将MR的LBM沿着注册路径分布至从MR的FFR至HFR的必经路由器之上，也可以沿着无线子网具有广播特点的路由分布至子网的其他路由器之上，这样沿着路由路径就能格式化至DFR中，DFR可以事先通过最短路径的变化从CR到HFR的通信路径，能够有效的避免MIP的单个节点及三角路由中的问题。

三、基于HD-MANET移动互联协议的性能仿真研究

移动IP协议的性能评估主要是关注两种不同的性能指标，主要表现为：节点移动过程中各种不同种类的广播信息以及请求信息所带来的开销，另一个性能指标是节点转换所需要的平均时间，在MIP移动互联协议中，其主要的目标是移动过程中保证持续的通信，不中断，所以在其节点性能转换的过程中，具有较高的要求。

本次研究中在对HD-MANET移动互联协议进行性能仿真时，主要应用了OPNET网络仿真工具，其主要的思想是：通过与不同通信协议的平均转换时间及数据通信进行比较，来核实所提出的移动互联协议的实际性能，本次研究中，主要是将其与传统的MIP协议进行比较，仿真实验结果表明，HD-MANET移动互联协议的总传送包数量要远远低于MIP移动互联协议，并且其平均曲线斜率要小于传统的MIP协议，HD-MANET数据包传输速率的增长率要远远小于传统的MIP协议，两种协议的平均转换时间相比，随着网络规模的增加，MIP协议的平均转换时间会快速增加，而本次研究中的HD-MANET互联协议的平均转换时间增长较慢，在实际的无线自组织网络的应用中，如果整个传输过程中对延迟比较敏感，那么应用本文中提出的HD-MANET移动互联协议更加合适。

四、结束语

无线自组织网络联网及实际运行过程中，建立起高效、运行可靠的移动互联协议是非常必要的，传统的MIP协议中具有较多的缺陷，本文就主要在MIP协议的基础上，提出了HD-MANET移动互联协议，并对其功能实体、相关规定及工作原理进行了简单介绍，通过对其性能进行仿真研究，发现其具有较好的应用性能，具有较高的实践价值。

参考文献

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