摘  要  简要介绍了ad hoc和移动ip的工作原理，探讨了一种基于ad hoc和移动ip集成的无线移动网络体系结构，并分析了其工作过程和服务性能。 关键词 ad hoc  移动ip   无线移动网络
0 引言      随着互联网和移动通信技术的飞速发展，无线移动互联网（wireless mobile internet）正日益受到人们的关注。它使全球网络基础设施可以实现随时、随地、无缝地接入，从根本上改变了全球通信业的面貌。目前，通过移动ip实现ad hoc接入internet以拓展互联网的无线应用范围，正成为无线移动网络技术的研究热点。 1 ad hoc网络和移动ip技术概述 1.1 ad hoc网络概述       ad hoc网络即自组网（self organized network），是一种特殊的对等式网络，它使用无线通信技术，由一组带有无线收发装置的移动节点组成，网络中所有节点的地位平等，无需设置任何的中心控制节点，也被称为多跳无线网（multihop wireless network）、无固定设施的网络（infrastructureless network），具有无中心、自组织、多跳路由、动态拓扑等特点。ad hoc网络通过移动节点间的相互协作来进行网络互联，而不依赖于任何固定的网络基础设施，每个移动节点都具有报文转发能力；当一个节点需要和另一个节点通信时，它或使用直接的无线链路，或通过到目的节点的多个中间节点的转发，即经过多跳路由，从而实现网络的自动组织和运行。wWW.11665.cOmad hoc网络路由协议通常被分为两类：先验式（proactive）和反应式（reactive）。先验式协议通过周期性路由控制信息的交换，每个节点始终维护到网络中所有节点的路由，如dsdv和olsr；反应式协议在节点需要时才发现路由，并且仅维护活动路由，如aodv和dsr。 1.2 移动ip概述       移动 ip 是用于移动主机移动性管理的一组网络层协议，其目的是使移动中的主机在保持原ip地址不变的条件下能保持通信，类似于移动电话系统中的漫游，可适用于各种不同类型的移动通信系统。它定义了四个功能实体：移动主机（mobile host）、通信主机（corresponding host）、家乡代理（home agent）和外地代理（foreign agent）。移动主机是一个能在子网间移动的主机，当internet 上的通信主机向移动主机发送ip数据包时，数据包将交付到移动主机的家乡网络，若移动主机离开了家乡网络，数据包将通过隧道（tunnel）机制交付到外地网络，外地代理负责拆封数据包并转发到移动主机。 2 ad hoc和移动ip集成原因分析       ad hoc网络有很强的独立性，但它所使用的路由算法大多数只适用于单个ad hoc网络，很少涉及如何实现ad hoc网络与internet的互联，这些因素使它难以大范围与互联网通信。       移动ip使节点在不同的子网间切换时仍可保持正在进行的通信，它提供了一种ip路由机制，使移动节点能够以一个永久的ip地址连接到任何子网中，它的扩展性使其能在整个internet上应用。       为了达到ad hoc网络中的移动主机可以在不同的ad hoc网络间移动和随时接入互联网，我们利用移动ip的可扩展及可在不同网络中漫游的特性，从而实现ad hoc网络与internet的互联。 3 ad hoc和移动ip结合的体系结构及工作过程       近几年，许多国内外学者从事ad hoc网络和移动ip集成方面的研究，并且提出了不同的解决方案。在此我们以图1所示的简单结构模型为例来探讨ad hoc和移动ip的结合思想及工作过程。
图1 体系结构 3.1体系结构     在图1所描述的体系结构中，无线移动网络由多个ad hoc网组成，每个ad hoc网相当于一个子网，它们都通过相应的网关（即基站）接入internet，每个网关需配置两块网卡：一块连接有线网络，另一块连接无线网络，其职责是在ad hoc网和internet之间转发/中继数据包；为支持移动ip，每一个网关还同时扮演外地代理的角色，周期性地广播代理公告消息，同时运行ad hoc路由协议、移动ip协议和internet路由协议，保证ad hoc网内的节点利用自组网路由协议来创建和维持路由，并通过移动ip实现移动节点的移动管理。由于移动节点与网关之间可以进行多跳通信，在不添加任何固定设施的情况下，只要有一个支持移动ip的网关节点能够访问internet，网络就能有效地访问internet。 3.2工作过程       在上述无线移动网络中，通过移动ip实现ad hoc接入internet的几个主要过程简述如下：      （1）网关发现。网关发现是 ad hoc与 internet连接的一个关键技术，通过合适的网关发现方法可以同时解决地址分配及路由等问题。当ad hoc网的

移动节点要向其它节点发送数据包时，首先要判断目的节点是否在本网内，这时节点根据路由协议发起路由查找，如果找到就判定目的节点在网内，并使用ad hoc网络路由协议进行通信，如果找不到就判断目的节点在internet中，就需要通过网关进行外部访问。通常，网关节点通过网关通告算法周期性地在本ad hoc网内发布网关信息通告，以表明它是当前可用的internet接入网关，当ad hoc网中的节点想要发送数据到 internet节点时，它首先必须将数据发送到网关。对于ad hoc网节点，每当它收到（以直接或间接方式）一个网关通告消息之后，就会立即记录下该网关的信息（包括其ip地址、路由信息以及该信息的有效期(ttl)等），当需要同本ad hoc之外的节点通信时，便向选择的网关发送接入请求消息，网关决定是否接受该请求，并发送accept/reject消息通知该节点。为了避免因多个ad hoc网重叠而造成网关的服务范围变得不清晰，可设置一个参数n来限定网关的服务范围，任何在网关n跳范围内的移动主机可获得网关的服务，如图1中网关g1的服务范围（椭圆范围内区域）n=3，主机a虽然和自组网1相连，但它不在网关g1的服务范围内；若一台主机处在多个网关的服务范围内，它可以选择距离自己最近（跳数最小）的网关，图1中b、c同时位于自组网2和自组网3中，而b选择网关g2，c选择网关g3。       （2） 协议转换。网关同时运行ad hoc路由协议、移动ip协议和internet路由协议， 为了确保采用不同的协议ad hoc与 internet进行通信，网关实现了ad hoc协议和internet中的tcp/ip协议的转换。       （3）地址转换。移动节点将数据包发送到网关节点后，网关对发往目的节点的数据包进行封装，通过网络地址转换（nat）将数据包的源地址改为自己的地址，并将外层报头的目的ip地址设为外地代理的ip地址，从而将数据包转换为由本地网关发往外地代理（即目标节点的家乡代理），在网关节点上，维持一个网络地址转换(nat)表用来记录通过本网关访问internet的节点，以及它们各自的网络地址的映射关系。       （4）路由选择。在此体系结构中，路由选择分自组网内路由选择和网间路由选择。自组网内节点之间通信时（图1中d到e的传输），路由选择采用自组网路由协议，如1.1节中aodv路由协议。如果通信的节点中有一个在internet中，通信节点就通过ad hoc路由协议获得网关的路由，将数据发往网关。一旦数据包经过网关进入internet，则依据标准ip路由协议进行网间路由，将数据包发送到外地代理，外地代理查询移动节点注册表，将数据转发往目标移动节点（如图1中f到e的传输，即数据包在转发过程中，从f到g2使用aodv，从g2通过internet到g3使用标准ip路由，从g3到e再次使用aodv），若外地代理在移动节点注册表中没有直接查询到目标移动节点，则要进行外地代理切换或网关切换。       （5）切换。当目标主机从一个自组网移动进入了另一个自组网，数据包转发到其代理后，由移动ip负责在自组网间转发数据包，实现原代理到新代理的切换，原代理对数据进行封装，采用移动ip路由协议，利用隧道机制将数据包转发至新代理，最后新代理将数据包直接发送到目的移动节点（如图1中的通信主机cn到d的传输，数据包在转发过程中，从cn到g3使用标准ip路由，从g3到g2使用隧道机制，从g2到d使用aodv，数据包在g3被封装，封装包在g2被拆封）。 3.3性能分析     总结起来该体系结构具有如下特点：（1）ad hoc网内部的通讯可以直接进行。设想在一个校园内部，如果用户的手机之间可以直接或以多跳的方式通信，而不经过公用的基站，就可以省去通过公用基站的费用。（2）增强了无线接入网的可靠性和扩展性。移动节点可能移动到基站覆盖范围以外，也可能因某些无线传输现象（如衰减、多路径干扰等）或是障碍物等因素而无法直接访问基站，这时节点仍可通过多跳路由的方式间接地访问基站。（3）微观移动对家乡代理来说是透明的。当移动节点在ad hoc网内移动时，从网关到移动节点的路由是自动改变的，家乡代理无须更新位置信息。 4 结束语       目前，随着移动通信技术逐渐普及，各种便携式终端大量涌现，底层通信技术层出不穷，越来越多的移动应用正逐渐被人们所发现和熟悉，这都极大地推进了无线移动网络的应用和推广。通过移动ip和ad hoc网络的结合，在不添加任何固定设施的情况下，传统的接入点可以直接利用ad hoc网的灵活性并扩展它们的覆盖范围，从而提高了无线移动网络的工作效率和服务质量，在家庭、办公、工业、商业、医疗、军事等多种领域应用前景广阔。       参考文献： [1]（美）james f.kurse keith w.ross 著，陈鸣等译 .计算机网络——自顶向下方法与internet特色.机械工业出版社，2005年6月 [2] y.sun, e.m.belding-royer, c.e.perkins. internet connectivity for mobile ad hoc networks[j]. international journal of wireless information networks, 2002, 9（2）:75-88 [3] c.jelger, t.noel, a.frey. gateway and address autoconfiguration for ipv6 ad hoc networks[z].ietf internet draft, draft-jelgermanet-gateway-autoconf-v6 [4]杨波等.移动ip和自组网的集成.计算机系统应用，2004年6月