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1、无线 Mesh 网中基于 OLSR 协议的区域移动性网络端管理方案何炬 北京邮电大学计算机科学与技术学院，北京 (100876) E-mail: 摘要：为使移动用户在切换无线 Mesh 网络中不同的 WLAN 接入点时，不会因为接入点和终端 IP 地址的变化而失去原有端到端数据连接，提出了一个涵盖 Mesh 网络第三层用户 移动管理的 OLSR 改进协议，以插件的方式增加协议控制流程，保持移动用户的 IP 地址在切换前后不改变。并使用 HNA 消息机制对相关接入点的路由表进行同步，让新接入点代替旧接入点承担原数据连接中的终端数据转发。整个设计完全分布在网络端，无须用户终端支 持额外协议流程。关
2、键词：无线 Mesh 网络，NETLMM，OLSR 路由协议，HNA1.引言WMN (Wireless Mesh Network, 无线 Mesh 网络) 也被称为多跳 WLAN (Wireless Local Area Network, 无线局域网)，是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络，具有组网简 单、扩展性良好等优点。它可以看作是 MANET (Mobile Ad hoc Network，移动自组织网络) 与 WLAN 相结合而成的一种分布式网络。在 WMN 中，当有多个 WLAN、Ad Hoc 等子网接入主干网时，可以形成不同域之间的 端到端连接，形成无线版、缩微版的 Inter
3、net 网络。然而，由于频繁移动的特性，当用户在 不同域之间进行切换时，视频流或端到端通话等用户连接将会产生中断。并且，终端地址的 改变使连接难以恢复。这是在有线网络中不需考虑的问题。目前，在无线领域中，已有一些相关解决方案，如 Mobile IP。它们普遍通过定义一个 包含用户终端的全局移动管理协议来解决此类问题1。这一过程需要在用户终端添加新的 IP 协议栈，结果无疑会提高用户终端的复杂度，制约 WMN 的适用性。如果能够利用 WMN 的天然优势，仅仅通过改进其中的路由协议，把基于网络的区域移动性管理 (Network-based Localized Mobility Management
4、, NETLMM2) 思想提取出来，与 WMN 进行融合，这将会大 大扩宽 WMN 的应用前景。2.无线 Mesh 网络的结构与特点由于 MANET 采用扁平的网络结构，用户节点之间通过无线自由组网，没有中心和集中 控制单元，这样在每个节点上传递和更新路由表信息会占去大量的无线资源，使 MANET 很难用于大规模组网。无线 Mesh 网络通过采取分层结构解决了 MANET 遇到的问题，很好 地将传统网络结构 WLAN 和 Ad Hoc 网络的优点融合起来，使集中控制管理和自由动态组 网有机结合3。- 1 -图 1 无线 Mesh 网络层次结构图图 1 为一个典型的无线 Mesh 网络结构。每个
5、无线 Mesh 路由器 (WMR) 至少拥有一个 MANET 接口和一个非 MANET 接口。所有 WMR 通过 MANET 接口组成 MANET 网络，它 们的区别在于各自的非 MANET 接口可以分别连接 Internet 或者用户子网。非 MANET 接口接入 Internet 的 WMR 称为 Internet 接入点 (IAP)，它们组成 WMN 中 的最高层接入层。第二层是 Mesh 主干层 (Mesh Backbone)，由无线 Mesh 接入点 (MAP) 组 成，它们是以非 MANET 接口作为网关并连接用户子网的 WMR。第三层是用户层，它们可 以是 WLAN、Ad Hoc
6、、WiMAX、蜂窝和传感器网络等。接入层与主干层的 WMR 由于都具有 MANET 接口，所以它们共同组成一个完整的 MANET 网络，每一个 MAP 都可以以多跳的方式通过 IAP 访问 Internet，同时将这些服务提 供给用户。相对于纯粹的 MANET，这种 Mesh 网络分层结构在提供集中控制的同时，也极 大地提高了网络容量，并且使组网模式更加灵活，易于扩展。3.OLSR 路由协议3.1 概述OLSR (Optimized Link State Routing Protocol4) 是由 IETF MANET 工作组提出的一种 先应式的链路状态路由协议。由于 OLSR 中为每个 MA
7、NET 节点定义了多接口通信机制， 所以该协议适用于 WMN 二层主干网。在 OLSR 协议中，各节点间需要周期性地交换各种控制信息，通过分布式计算来更新和建立自己的网络拓扑图。与 LSR (Link State Routing Protocol) 的 flooding 机制不同的是， OLSR 中只有被邻节点选为多点中继站 (Multipoint Relay，MPR) 的节点才会转发邻居节点 的控制信息。并且只有 MPR 节点被用作路由选择节点，非 MPR 节点不参与路由计算。WMN 主干网主要利用 OLSR 的两种控制分组来建立拓扑：HELLO 分组和 TC (Topology Contr
8、ol) 分组。HELLO 分组用来侦听邻居节点的状态和无线链路的对称性，建立邻居表， 计算该节点的 MPR。它只在一跳的范围内广播，不能被转发。与之相反，TC 分组必须通过 MPR 机制被广播给所有 Mesh 路由器。在 TC 分组中包含了将该节点选为 MPR 的邻居节点 的信息，其它节点根据收到的来自各个邻居节点的 TC 分组来计算出 WMN 二层拓扑。3.2 HNA 消息由于 WMN 网络存在第三层用户层，所以 MAP 除需要计算 MANET 路由表之外，还需 要维护本地用户接入信息，并且将这些信息同样通过 MPR 机制广播到 MANET 全网。所以， 除了 HELLO 分组和 TC 分组
9、之外，MAP 还将定期广播 MID (Multiple Interface Declaration) 分 组和 HNA (Host and Network Association) 分组，分别用于向其它路由器通知自己的 MANET 接口和非 MANET 接口。HNA 消息列举了 MAP 本地非 MANET 接口下所接入的用户地址列表。Mesh 网络中的 路由器在收到一个 HNA 消息后，会将 HNA 消息中的用户地址列表与其对应的网关地址（即 MAP 连接子网的非 MANET 接口）成对添入内核路由表，实现绑定。之后，如果它们接受 到目标地址存在于该用户地址列表中的数据包，就会把它（多跳的）转
10、发到该网关接口对应 的 MAP，从而发送给用户终端。MANET Interface: 2.2.2.2Gateway Interface: 192.168.2.1Data to 192.168.2.101MAP2(1) Before HNAMAP1User Subnet(3) After HNA(2) HNA message: MH_IP: 192.168.2.101MH_Gateway: 192.168.3.1MAP3MANET Interface: 3.3.3.3Gateway Interface: 192.168.3.1User Subnet图 2 OLSR 协议 HNA 消息原理如图 2
11、 所示，目标为 192.168.2.101 的数据包原本被 MAP1 转发至 MAP2，再由 MAP2发送给其用户子网中的终端。当 MAP1 收到图示 MAP3 发送的 HNA 信息后，会将192.168.2.101 与网关 192.168.3.1 添加到内核路由表，同时通过查询 OLSR 协议的 HNA 路由 表找到 192.168.3.1 对应的 MANET 接口地址 3.3.3.3，从而将转发目标重定向为 MAP3。4.问题的提出4.1 WMN 中的终端用户移动及问题MAP_CNCNMesh BackboneMAP_MH_OLDMAP_MH_NEWMHmove: old data pat
12、hMH: new data path图 3 MH 在 WMN 网络中移动切换示意图图 3 描述了移动终端 MH (Mobile Host) 在 WMN 中进行跨局域网移动的过程。移动前， MH 位于 MAP_MH_OLD 的子网内，和 MH 保持端到端连接的是通过 MAP_CN 接入 WMN 的终端 CN (Correspondent Node)。MH 与 CN 之间的数据通过各自的网关 MAP_MH_OLD 和 MAP_CN，在 WMN 主干网上以单跳或多跳的方式进行转发。当 MH 移动出原网关的无线覆盖范围之后，它会自动搜索到新的 Mesh 路由器 MAP_MH_NEW。按照标准的 WLA
13、N 接入方式，MAP_MH_NEW 会按照标准 802.11 协议 为 MH 提供无线接入，通过 DHCP 为其分配新的 IP 和网关地址，最后根据 OLSR 路由协议 在本地用户列表中添加 MH 的地址，将其纳入本地子网。而 MAP_MH_OLD 则会在用户列 表中删除 MH 的信息，从而完成一次 WMN 下的用户域间移动切换过程。但是，这样一来， MH 的 IP 会随着每一次移动带来的 MAP 切换而改变一次，原先的端到端连接 MN-CN 会因 为 MH 的移动而失效。4.2 现存方案的不足4.2.1 Mobile IP, HAWAII, Cellular IP几种常见的包含用户终端的全局移动管理协议，如 IETF 提出的 Mobi
