无线自组网路由协议在 LINUX 系统中实现研究.doc

无线自组网路由协议在 Linux 系统中实现研究 李晔 北京邮电大学网络技术研究院，北京（100876） E-mail: jacky HYPERLINK mailto:liye@ .liye@ 摘 要：无线自组网路由协议实现在无线组网路由协议研究中占有重要地位，本文着眼于无 线自组网路由协议在 Linux 系统中的实现，分析了无线自组网路由协议实现方面存在的难点 和 Linux 提供的相关实现机制，并对协议的典型实现进行分析，可为无线自组网路由协议实 现研究提供参考。 关键词：无线自组网；路由协议实现；Linux 0. 引言 无线自组网[1]研究重点在于路由协议，当前无线自组网路由协议研究主要是通过仿真进 行协议设计与协议验证，而仿真平台中所作的假设和简化在现实场景往往不适用，因此无线 自组网路由协议在特定操作系统上的实现和测试对无线自组网研究发展具有重要意义。本文 分析无线自组网路由协议在 Linux 系统中实现的关键点和 Linux 系统提供的相关机制，并对 代表性路由协议的典型实现进行分析，为无线自组网路由协议实现研究方面提供一定的参 考。 1. 无线自组网简介 无线自组网是无中心分布式控制网络，与有线网和单跳无线网在结构上有较大区别，它 没有基站一类的固定通信设施(Infrastructureless Networks)，可以在不能利用或不便利用现有 网络基础设施的情况下提供一种通信支撑环境，从而拓宽了移动网络的应用场合，在军事领 域(如战场临时通讯)和民用领域(如紧急抢险联络)都具有广阔的应用前景，同时也能作为 Internet 网的接入部分使用，在下一代网络中占有重要地位。无线自组网最重要研究方面是 无线自组网的路由协议，根据不同的路由度量机制和适用场景，研究人员已经提出大量无线 自组网路由协议，本文按照路由查找策略把协议分为主动路由协议和按需路由协议，并对典 型路由协议实现进行分析。 1.1 Proactive 主动路由协议 主动路由协议又称表驱动路由协议，每个节点维护一个包含到达其它节点路由信息的路 由表.当网络中的节点检测到网络的拓扑结构发生变化时，节点在网络中发送更新信息,收到 更新信息的节点将更新自己的路由表，以维护一致的，及时的，准确的路由信息，路由表可 以准确的反映网络的拓扑结构。源节点一旦有数据分组要发送，可以立即获得到达目的节点 的路由。因此，表路由协议的反应时延较小，但维护路由信息的网络开销比较大，表驱动路 由协议以OLSR为代表。 1.2 Reactive 按需路由协议 按需路由也称被动路由，是当需要发送数据分组才进行路由计算的路由协议，按需路由 协议中节点不维护网络的全局路由信息，只有当不存在到目的节点路由才会在网络中发起路 由查找过程。按需路由建立时间较主动路由协议要偏长，但是用于维护路由的网络开销较小。 按需路由优点在于维持路由所耗费的网络带宽小，对于网络拓扑改变响应迅速；缺点在于路 由建立时延较长；以 AODV，DSR 为代表路由协议。 2. 无线自组网路由协议实现难点 无线自组网路由协议实现主要分为三点，实现平台的选择，实现策略，网络部署和管理， 下面分别就上述三点进行分析。 实现平台选择，Linux 被国外高校和研究机构广泛使用，其内核代码的开源特点使得存 在大量熟悉其内核协议栈实现的研究和开发人员，主流操作系统 Windows 非开放源码，开 发研究人员无法获悉内部协议栈实现机制和细节，给路由协议的实现带来一定困难，因此目 前大部分实现基于 Linux 操作系统，本文中的讨论也限制在 Linux 平台下。 实现策略选择，当前操作系统中，路由功能一般分为两部分，报文转发和报文路由。报 文转发功能在操作系统内部实现，由操作系统内核维护一个路由表，在发送报文前通过查找 该表确定转发网络接口，再从对应网络接口转发。而操作系统核心路由表由用户态路由程序 控制，用户态路由程序通过与其他节点上的路由程序交换路由控制信息来获取网络拓扑并计 算到目的地址下一跳路由。 主动式路由协议可以直接采取上述策略实现。而对于按需路由协议而言，按照上述策略 实现内核中必须存在机制通知用户程序有关按需路由协议的相关事件(主要为路由发现事 件)。因此实现按需路由协议，需要操作系统具有发现并传递协议事件到用户路由程序的功 能，但此机制在当前操作系统中都未有支持，必须根据具体协议事件和操作系统内部机制设 计具体解决方案，这也是按需路由协议实现中的最大难点。 按需路由协议也可采取修改内核或完全通过内核模块实现，此方式不需要考虑协议事件 的产生和传递，只需关注产生事件进行处理，实现难点在于需要熟悉 Linux 系统中网络协议 栈，路由子系统，邻居子系统以及 Netfilter 框架以及内核编程相关知识。 网络部署和管理，