AdHoc網(wǎng)絡(luò)是由一組可移動的無線節(jié)點(diǎn)自發(fā)組成的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)在沒有常規(guī)基礎(chǔ)設(shè)施和中心管理系統(tǒng)的支持下進(jìn)行通信，其網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能因?yàn)椴豢深A(yù)知的節(jié)點(diǎn)移動和傳輸特性而隨機(jī)改變。它是一種自組織性和抗毀性比較強(qiáng)的移動通信網(wǎng)絡(luò)，它不會因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中某一個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的癱瘓而造成整個自組織網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中擔(dān)當(dāng)某一任務(wù)的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題后，這個節(jié)點(diǎn)所承擔(dān)的任務(wù)會迅速被其他節(jié)點(diǎn)所替代，有很強(qiáng)的冗余性，和自恢復(fù)性。

　　摘要：AdHoc網(wǎng)絡(luò)IP地址自動分配是AdHoc網(wǎng)絡(luò)能夠正常運(yùn)行的必要條件。論文對基于伙伴系統(tǒng)的分布式動態(tài)地址分配協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化與擴(kuò)展，新加入節(jié)點(diǎn)首先要發(fā)出鄰居可用地址池空間大小的探測消息，便于選取擁有最大可用地址池的鄰居并向其發(fā)送可用地址池請求消息，減少了已存在節(jié)點(diǎn)可用地址池枯竭的可能，最大可能的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)的可用地址池中ip地址數(shù)目的均衡，減少了已存在節(jié)點(diǎn)遞歸查找可用地址池的頻率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的協(xié)議具有良好的性能。

　　關(guān)鍵詞：AdHoc網(wǎng)絡(luò),IP地址自動分配,伙伴系統(tǒng),NS-2

　　現(xiàn)階段許多對移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)的研究大都建立在節(jié)點(diǎn)的IP地址已經(jīng)手工分配好的基礎(chǔ)之上，在實(shí)際應(yīng)用中由于AdHoc網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)自身的特點(diǎn)不能做到對網(wǎng)絡(luò)中移動的節(jié)點(diǎn)適時的做到手動IP地址的分配與回收，因此對基于AdHoc網(wǎng)絡(luò)IP地址自動分配協(xié)議的研究意義重大。

　　目前國內(nèi)外已經(jīng)存在的幾種經(jīng)典的AdHoc網(wǎng)絡(luò)IP地址自動配置協(xié)議：（1）、用于AdHoc網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)的DHCP協(xié)議，此協(xié)議為每部分網(wǎng)絡(luò)選擇一個“領(lǐng)導(dǎo)”，領(lǐng)導(dǎo)扮演相當(dāng)于DHCP服務(wù)器的角色，通過它向新的節(jié)點(diǎn)分配地址。領(lǐng)導(dǎo)擁有一個所有已被分配的IP地址的列表，新的節(jié)點(diǎn)要獲得IP地址必須向它申請；（2）、基于硬件地址的IP地址分配，在基于硬件地址的IP地址分配協(xié)議中，采用基于硬件MAC地址的已知網(wǎng)絡(luò)前綴和后綴（awell-knownnetworkprefixandasuffix）來組成響應(yīng)的IP地址；（3）、預(yù)知地址分配法，預(yù)知地址分配法是選擇一個函數(shù)f（n），并且由此函數(shù)產(chǎn)生的一系列的隨機(jī)數(shù)作為節(jié)點(diǎn)的地址；（4）、MANETconf協(xié)議，該協(xié)議中每個節(jié)點(diǎn)通過維護(hù)一個全網(wǎng)所有已使用的地址表來保證新加入的節(jié)點(diǎn)不會發(fā)生沖突；基于伙伴系統(tǒng)的分布式動態(tài)地址分配協(xié)議；（5）、PMWRS解決方法，主機(jī)先在169.254/16IP地址池中選擇一個地址，再向網(wǎng)絡(luò)的其他節(jié)點(diǎn)廣播地址請求報文（AREQ報文）。如果在計時器超時后，沒有收到其他節(jié)點(diǎn)的地址回復(fù)報文（AREP），該主機(jī)重新發(fā)送AREQ報文。如果在有限次嘗試后，任然沒有收到其他節(jié)點(diǎn)的回復(fù)報文，該主機(jī)就認(rèn)為它所選的地址是合法的，并為自己配置該地址。

　　在以上幾種協(xié)議中基于伙伴系統(tǒng)的IP地址自動分配協(xié)議在大規(guī)模的AdHoc網(wǎng)絡(luò)中相對其它技術(shù)有較好的性能，更適合于目前AdHoc網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。當(dāng)新加入的節(jié)點(diǎn)在向已存在節(jié)點(diǎn)申請IP地址池時只考慮到自身能否分配到地址池，并沒考慮到每個節(jié)點(diǎn)IP地址池的均衡，從而導(dǎo)致已存在節(jié)點(diǎn)IP地址池的枯竭，而遞歸地再去申請地址池，增加了網(wǎng)絡(luò)的開銷，文章針對這個不足做了改進(jìn)。

　　1AdHoc網(wǎng)絡(luò)IP地址自動配置協(xié)議的算法的設(shè)計

　　1.1基于伙伴系統(tǒng)的IP地址自動分配協(xié)議算法

　　該協(xié)議是通過地址池的分配來為節(jié)點(diǎn)分配IP地址的。最初整個網(wǎng)絡(luò)只有一個節(jié)點(diǎn)，它擁有整個IP地址池。當(dāng)一個沒有IP地址的節(jié)點(diǎn)A想要加入網(wǎng)絡(luò)，它向鄰近節(jié)點(diǎn)申請IP地址。鄰近節(jié)點(diǎn)B接受申請后，將自己的IP地址池的一半地址分配給節(jié)點(diǎn)A，節(jié)點(diǎn)A可將收到的IP地址池中的第一個地址作為自己的IP地址。同時節(jié)點(diǎn)B還將發(fā)給節(jié)點(diǎn)A最新的IP地址表，此時節(jié)點(diǎn)A和B互稱為伙伴。如果一個節(jié)點(diǎn)（以下稱為服務(wù)節(jié)點(diǎn)）接受了另一個節(jié)點(diǎn)（以下稱為客戶節(jié)點(diǎn)或請求節(jié)點(diǎn)）的IP地址申請，但是服務(wù)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)分配完了自己的IP地址池，服務(wù)節(jié)點(diǎn)可以搜索IP地址表并向擁有最大IP地址池的節(jié)點(diǎn)申請IP地址，擁有最大IP地址池的節(jié)點(diǎn)分一半的IP地址給服務(wù)節(jié)點(diǎn)，服務(wù)節(jié)點(diǎn)就可以配置客戶節(jié)點(diǎn)了。

　　1.2改進(jìn)的基于伙伴系統(tǒng)的IP地址自動分配協(xié)議算法

　　1.2.1節(jié)點(diǎn)加入

　　當(dāng)一個新節(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)后首先發(fā)送hello包（鄰居消息請求包，請求鄰居的IP地址和可用地址池），給周圍相鄰為一跳的鄰居，同時啟動鄰居請求應(yīng)答計時器和鄰居請求計數(shù)器（初值為0）。在鄰居請求應(yīng)答計時器到期前，如果收到鄰居的應(yīng)答，便將鄰居的IP地址寫進(jìn)自己的鄰居表中，同時清除鄰居請求應(yīng)答計時器和鄰居請求計數(shù)器；如果在鄰居請求應(yīng)答計時器到時仍沒收到鄰居應(yīng)答則清除鄰居請求應(yīng)答計時器，重新發(fā)送鄰居請求，重啟鄰居請求應(yīng)答計時器，并將鄰居請求計數(shù)器加一，當(dāng)鄰居請求計數(shù)器到達(dá)規(guī)定值后，就不再發(fā)送鄰居消息請求包，此時該節(jié)點(diǎn)就認(rèn)為他是該網(wǎng)絡(luò)的第一個節(jié)點(diǎn)，隨機(jī)選擇一個ip地址池做為目前這個網(wǎng)絡(luò)的可用地址池，并從該地址池中選擇一個IP地址作為該節(jié)點(diǎn)的IP地址；

　　當(dāng)新加入的節(jié)點(diǎn)收到鄰居的IP地址并形成鄰居表后，說明鄰居關(guān)系已經(jīng)建立，便會向鄰居表中的每一位鄰居發(fā)送可用地址池大小探測消息，并啟動可用地址池大小探測消息計時器。鄰居在收到請求節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的可用地址池大小探測消息后便將自己的可用地址池的空間大小發(fā)送給請求節(jié)點(diǎn)，請求節(jié)點(diǎn)在可用地址池大小探測消息計時器到期之前將收到的鄰居的可用地址池空間寫入鄰居的可用地址池空間表中，可用地址池大小探測消息計時器超時后將不再接收鄰居的可用地址池空間大小消息。請求節(jié)點(diǎn)比較鄰居的可用地址池的空間的大小，從中選擇一個地址池空間大的鄰居并向其發(fā)送可用地址池請求消息，鄰居收到可用地址請求消息后便查看自己的可用地址池，向請求者發(fā)送可用地址池應(yīng)答消息，將自己的可用地址池的一半分配給請求節(jié)點(diǎn)，請求節(jié)點(diǎn)獲得可用的地址池后從中選擇一個最大的IP地址作為自己的IP地址，并保存獲得的可用地址池。請求節(jié)點(diǎn)確定IP地址后，便向自己鄰居表中的鄰居發(fā)送自己的鄰居表和可用地址池，便于強(qiáng)行離開時地址池的回收。如果鄰居收到請求節(jié)點(diǎn)的可用地址池大小探測消息后，發(fā)現(xiàn)自己的可用地址池空間大小為零，此時鄰居節(jié)點(diǎn)便向他的鄰居表中的鄰居發(fā)送可用地址池大小探測消息，并同時啟用可用地址池探測消息計時器，遞歸尋找可用地址池（視為和新加入的請求節(jié)點(diǎn)，尋找可用地址池的過程一樣）；

　　以上主要思想見圖1所示。

　　1.2.2節(jié)點(diǎn)離開

　　當(dāng)某一個節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)離開（離開前發(fā)送離開通告消息）時需歸還其IP地址。查找鄰居表，發(fā)送地址池釋放消息，將自身地址池歸還給擁有最大IP地址的鄰居，其他鄰居收到消息后解除與該節(jié)點(diǎn)的鄰居關(guān)系，并將該鄰居節(jié)點(diǎn)擁有的鄰居表刪除；

　　節(jié)點(diǎn)需周期性的通告其鄰居（一跳）其地址池，當(dāng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)行離開時鄰居競爭獲得節(jié)點(diǎn)的地址池，擁有最大IP地址的節(jié)點(diǎn)（可通過保存鄰居的鄰居表獲得強(qiáng)行離開節(jié)點(diǎn)的最大IP地址的鄰居）獲得地址池，為了防止擁有最大IP地址的鄰居同時離開，必須設(shè)立應(yīng)答機(jī)制，擁有最大IP地址的鄰居回收強(qiáng)行離開節(jié)點(diǎn)的地址池后向強(qiáng)行離開節(jié)點(diǎn)的所有鄰居發(fā)送地址池回收通知，讓強(qiáng)行離開節(jié)點(diǎn)的其他所有鄰居刪除與強(qiáng)行離開節(jié)點(diǎn)的鄰居關(guān)系和保存的強(qiáng)行離開節(jié)點(diǎn)的鄰居表，當(dāng)鄰居節(jié)點(diǎn)通過hello包檢測到鄰居已經(jīng)強(qiáng)行離開后，便啟用鄰居關(guān)系解除定時器，在定時器到時之前收到擁有最大IP地址鄰居發(fā)來的地址池回收通知消息，則刪除與強(qiáng)行離開節(jié)點(diǎn)的鄰居關(guān)系和強(qiáng)行離開節(jié)點(diǎn)的鄰居表，如果定時器超時還沒有收到地址池回收通知消息，則定時器回復(fù)初始狀態(tài)，由擁有第二大IP地址的鄰居回收強(qiáng)行離開節(jié)點(diǎn)的地址池并向強(qiáng)行離開節(jié)點(diǎn)的所有鄰居發(fā)送地址池回收通知，以此進(jìn)行，知道強(qiáng)行離開節(jié)點(diǎn)的所有鄰居收到地址池回收通知消息。

　　1.2.3網(wǎng)絡(luò)的分割與合并

　　每一個自組網(wǎng)都有一個網(wǎng)絡(luò)ID，當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)通過與鄰居間交換Hello報文獲得鄰居的信息后，發(fā)現(xiàn)鄰居的網(wǎng)絡(luò)ID與自己所在的網(wǎng)絡(luò)ID號不同，說明兩個自組織網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了合并，為了避免進(jìn)行合并的網(wǎng)絡(luò)發(fā)生IP地址沖突，此時收到不同網(wǎng)絡(luò)ID的節(jié)點(diǎn)檢查鄰居的IP網(wǎng)段地址，如果和自己網(wǎng)絡(luò)的ip地址處在不同的網(wǎng)段，則不多做處理，如果兩個網(wǎng)絡(luò)使用相同的IP地址網(wǎng)段，節(jié)點(diǎn)將自己的網(wǎng)絡(luò)ID與處在不通網(wǎng)絡(luò)的鄰居的網(wǎng)絡(luò)ID作比較選取網(wǎng)絡(luò)ID較大的那個作為主動方，較小的一方為被動方，主動方向被動方發(fā)送IP地址網(wǎng)絡(luò)號更改消息（改為與主動方不同的網(wǎng)段），被動方接收到IP地址網(wǎng)絡(luò)號更改消息后便向自己網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送IP地址前綴更改消息，為了使不同網(wǎng)絡(luò)的IP地址前綴修改達(dá)到同步，主動方也向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送不同網(wǎng)絡(luò)的地址前綴更改消息，使該網(wǎng)內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)收到不通網(wǎng)絡(luò)ID號時，讓對方更改相同的IP地址前綴。

　　2仿真數(shù)據(jù)分析

　　本次仿真使用的網(wǎng)絡(luò)仿真工具為NS-2，版本為2.32。使用腳本語言gawk得到仿真預(yù)期要得到的數(shù)據(jù)后，使用繪制曲線圖像工具gunplot將這些數(shù)據(jù)繪制成后綴為png格式的圖片。該文中IP地址自動配置協(xié)議仿真環(huán)境如下：節(jié)點(diǎn)數(shù)量為100個節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)頻率為0.003s/個、0.005s/個和0.01s/個，場景大小為1000m*1000m，路由協(xié)議使用DSDV，設(shè)定IP地址池空間為節(jié)點(diǎn)數(shù)量的2倍和10倍，得到圖2和圖3分別為協(xié)議改進(jìn)前和改進(jìn)后的仿真結(jié)果，通過數(shù)據(jù)的對比可以看出，在IP地址池空間較大的情況下協(xié)議改進(jìn)前后對IP地址自動配置所需時間沒有影響，但是在IP地址池空間較小的情況下改進(jìn)后的協(xié)議對IP地址自動配置所需的時間明顯少于原來的協(xié)議；圖4表明在IP地址池為節(jié)點(diǎn)數(shù)量的2倍的前提下，節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)頻率在一定的范圍內(nèi)，隨著節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)頻率的增加，一定時間內(nèi)配置IP地址的節(jié)點(diǎn)數(shù)的速度增加；高于這個頻率范圍，隨著時間的增加，一定時間內(nèi)配置IP地址的節(jié)點(diǎn)數(shù)的速度逐漸減少。

　　3結(jié)論

　　由于AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)不像有線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)有一定的固定位置，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的自由加入和離開，以及節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的自由移動，這導(dǎo)致了無法對網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行手工的配置靜態(tài)IP地址，因而必須采取動態(tài)自動分配IP地址的方法。由于它沒有常規(guī)的基礎(chǔ)設(shè)施和可集中管理的中心管理系統(tǒng)，這就決定了在AdHoc網(wǎng)絡(luò)中對每個節(jié)點(diǎn)IP地址的分配不同通過和有線網(wǎng)絡(luò)相同的方法通過一個服務(wù)器進(jìn)行集中的地址分配，而應(yīng)采取分布式的地址分配方法。而現(xiàn)在每個AdHoc網(wǎng)絡(luò)都有自身的特點(diǎn)，比如所采用的無線自組織網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，每個網(wǎng)絡(luò)對節(jié)點(diǎn)自身所帶能源的使用時間長短的要求，這就需要每個自組織網(wǎng)絡(luò)都要有與之對應(yīng)的IP地址自動分配方式，現(xiàn)在的無線自組網(wǎng)中沒有形成一個統(tǒng)一的IP地址自動分配協(xié)議，所以如何設(shè)計一個穩(wěn)定性強(qiáng)，占用系統(tǒng)開銷小的IP地址自動分配協(xié)議將是我們努力的方向，該文的研究為此做出了有益的探索。

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