王中武， 李大雙， 胡 薇

(中國電子科技集團公司第三十研究所，四川 成都 610041)

0 引言

最近幾年，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展異常迅猛，無線自組織網(wǎng)絡(luò)由于其多跳中繼、靈活組網(wǎng)、快速開通、抗毀頑存等特點，在移動互聯(lián)網(wǎng)、軍用戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)等方面獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、廣域覆蓋戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，出現(xiàn)了將固定或骨干網(wǎng)絡(luò)需要與無線自組織網(wǎng)絡(luò)混合組網(wǎng)的需求，某些時候Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可以作為互連不同OSPF路由域的橋接網(wǎng)絡(luò)，因而需要解決 OSPF路由域與移動性高的Ad Hoc路由域之間的路由信息交換問題。

傳統(tǒng)的有線域路由協(xié)議只適合于固定網(wǎng)絡(luò)，而且由于其開銷過大，不適合于直接在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中使用。因此，因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)積極開展了OSPF路由協(xié)議向移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)(MANET)擴展的研究，以統(tǒng)一的路由協(xié)議解決 OSPF路由域與MANET路由域無縫融合，降低路由協(xié)議在無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的開銷。

文中首先介紹了IETF論壇提出的OSPF向Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)擴展的 3個 RFC規(guī)范，然后提出了基于OSLRv2草案以及系列新的RFC規(guī)范、實現(xiàn)將OSPF擴展到MANET的方案。

1 3個OSPF箱MANET擴展的RFC規(guī)范

（1）RFC5499

RFC5499是一個試驗性的協(xié)議，其全稱為OSPF針對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的多點中繼(MPR)擴展。它規(guī)定了一種專門針對移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)(MANET)進行剪裁的OSPFv3接口類型，即“OSPFv3 MANET接口類型”。RFC通過定義的OSPFv3 MANET接口類型，將所描述的擴展與 OSPF架構(gòu)集成在一起。此外，RFC5499還描述了OSPFv3在MANET中的多點中繼泛洪機制[1]。

RFC5499對OSPF的擴展是基于泛洪縮減、拓撲裁減以及鄰接縮減3種機制。這些機制都是基于多點中繼(MPR)，它是在優(yōu)化鏈路狀態(tài)協(xié)議(OLSR)中開發(fā)的一種技術(shù)。

泛洪縮減機制采用 MPR泛洪原理，只有一個MANET鄰居子集(那些被選取為MPR的鄰居)參與一次泛洪操作。這種機制減少了泛洪操作所必需的(重復(fù))傳輸次數(shù)，同時保留了適應(yīng)傳輸差錯(采用無線鏈路時所固有的)和應(yīng)對過時的 2-跳鄰居信息(例如有路由器移動性引起的)的能力。

拓撲裁減機制基于 MPR拓撲裁減，只將對于MANET鄰居所必需的那些鏈路(被路徑 MPR選擇確定為屬于最短路徑的那些鏈路)包括在若干個鏈路狀態(tài)通告(LSA)中通告。MANET中的路由器周期地產(chǎn)生描述它們所選取的這種鏈路的Router-LSA，并向它們的那些路徑 MPR鄰居泛洪這些Router-LSA。路由器將這樣的鏈路作為點對點鏈路來報告。這種機制減小了 MANET路由器始發(fā)的LSA長度，同時又保留了經(jīng)典的OSPF特性：最佳路徑上采用同步的鄰接關(guān)系。

在 OSPFv3 MANET接口上，只需要與該OSPFv3 MANET接口的一個鄰居子集形成鄰接關(guān)系。在一個OSPFv3 MANET接口上，不選舉任何指定路由器(DR)或后備指定路由器(BDR)，而是只與那些MPR和MPR選擇者建立鄰接。在該MANET中，僅有一個小子集的路由器需要與它們的所有MANET鄰居建立鄰接關(guān)系。這樣做減少了數(shù)據(jù)庫同步鎖需要的控制業(yè)務(wù)流的總量，同時確保了LSA仍然描述了最合適的同步鄰接關(guān)系。

（2）RFC5820

RFC5820也是一個試驗性協(xié)議，它所采取的擴展稱為OSPF-OR(OSPF-交疊中繼)，包括鏈路-局部信令(LLS)的一些機制、一個 OSPF-MANET接口、一種通過只傳輸增量狀態(tài)變化來縮短Hello分組長度的簡單技術(shù)以及一種路由更新泛洪優(yōu)化的方法[2]。

為了實現(xiàn)增量 OSPF-MANET Hello協(xié)議，RFC520定義了4種TLV(類型-長度-值)，即狀態(tài)校驗序列TLV、鄰居丟棄TLV、請求TLV以及完整狀態(tài)TLV。

RFC5820的泛洪優(yōu)化主要采用交疊中繼算法，為此另外定義了兩種TLV，即主動交疊中繼TLV和意愿度 TLV。節(jié)點采取多點中繼(MPR)選取算法來確定其主動交疊中繼站的集合，交疊中繼選擇算法使用從鄰居通告的router-LSA中收集得到的2-跳鄰域信息。主動交疊中繼的選取通過各個接口來實現(xiàn)，因而它是基于節(jié)點的而非基于鏈路的選取機制。

由于該信息的始發(fā)者(即該中繼節(jié)點)和接收者都是同樣地動態(tài)確定其本地泛洪域，該中繼節(jié)點絕不可以改變其路由更新信息。一般而言，應(yīng)該將LSA發(fā)送到一個知名的地址。在某些情形中，路由更新可以采用單播進行發(fā)送。

（3）RFC5614

RFC5614亦為一個試驗性協(xié)議，它所采取的擴展稱為 OSPF-MDR，設(shè)計了一種新的專門針對MANET的OSPF接口類型[3]。

OSPF-MDR的基礎(chǔ)是選擇一個MANET路由器子集，它包含了多個MANET指定路由器(MDR)和后備 MDR。這些 MDR形成了一個連通控制集合(CDS)，由這些MDR和后備MDR一起形成一個雙連通的CDS以增強健壯性。

這個CDS有兩個作用。首先，用于減少泛洪開銷，采用一種優(yōu)化的泛洪過程，僅由那些(后備)MDR來泛洪新的鏈路狀態(tài)通告(LSA)，沿著鄰接關(guān)系重傳LSA以確保可靠泛洪。其次，鄰接關(guān)系只在(后備)MDR和它們的一個鄰居子集之間建立，使其能夠適應(yīng)于密集的網(wǎng)絡(luò)。CDS采用Hello協(xié)議提供的2-跳鄰居信息來構(gòu)造。通過采用僅報告鄰居狀態(tài)的差分Hello機制，進一步對這個Hello協(xié)議進行優(yōu)化。

此外，RFC5614還為始發(fā)router-LSA描述了提供完整的或部分的拓撲信息的一些選項，允許以通告較少的拓撲信息來減少開銷。

（4）3種OSPF向MANET擴展的不足

前述3種OSPF向MANET擴展的方法，都是主要基于 OSPF的原有概念在 MANET內(nèi)泛洪router-LSA。盡管隨著無線傳輸技術(shù)在朝著寬帶高速方向發(fā)展，相比于與有線互連網(wǎng)，MANET的鏈路速率畢竟有限，因而如何進一步減少 OSPF路由信息在MANET內(nèi)的開銷，仍然值得深入研究。

2 基于OLSRv2草案系列的OSPF擴展

（1）OLSRv2草案及其支撐協(xié)議規(guī)范

優(yōu)化鏈路狀態(tài)路由協(xié)議(OLSRv1)是 IETF MANET工作組在2003年發(fā)布的、專門用于移動自組織網(wǎng)絡(luò)的一個試驗性規(guī)范(RFC3626)，已得到了廣泛的應(yīng)用。為了進進一步降低OLSRv1路由協(xié)議的開銷，MANET工作組陸續(xù)開發(fā)和發(fā)布了3個輔助性的規(guī)范，即RFC5444、 (RFC5497以及RFC6130。

RFC5497為一個互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)跟蹤協(xié)議，它描述了一種表示多個時間-值的通用、靈活的TLV(類型-長度-值結(jié)構(gòu))，例如一個間隔或一段持續(xù)時間，它采用通用化的移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)(MANET)分組/消息格式。它定義了兩個TLV消息和兩個地址塊TLV來表示MANET路由協(xié)議的有效性與間隔時間[4]。

RFC5444也為一個互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)跟蹤協(xié)議，描述了為MANET路由器之間信息交換時承載多個路由協(xié)議消息設(shè)計的一個分組格式的句法。消息由一個消息頭和一個消息體組成。RFC5444分別描述分組、消息格式、消息頭、消息體、地址塊、通用的TLV格式。RFC5444能夠通過分析地址塊實現(xiàn)高效率的格式長度壓縮[5]。

RFC6130亦為一個因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)跟蹤文件，它敘述了一個用于移動 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的鄰域發(fā)現(xiàn)協(xié)議(NHDP)。這個協(xié)議采用一種局部交換HELLO消息的方式，使得每個路由器能夠確定其1-跳與對稱2-跳鄰居的存在和與它們的連通性。NHDP提供對鄰域變化、鏈路雙向性以及遠達兩跳的局部拓撲信息的持續(xù)跟蹤。這些能力的組合允許一個MANET路由協(xié)議獲取敘述鏈路建立/消失的信息，并為選擇減小的中繼集合和其它目的提供必需的拓撲信息[6]。

在OLSRv2草案中，將Hello協(xié)議剝離出來單獨形成了RFC6130鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議。相比于RFC3626，OLSRv2協(xié)議減少了消息類型，僅保留了拓撲控制(TC)消息，并且采用新提出的高效率地址塊與壓縮格式，通過對地址塊具有的公共頭部字節(jié)、中間字節(jié)以及尾部字節(jié)的識別與壓縮格式表示，能夠大大壓縮HELLO消息內(nèi)包含鄰居鏈路地址塊和TC消息內(nèi)包含的拓撲鄰接鏈路地址塊的長度。

OLSRv2目前為已進展到第 17個版本的 RFC草案，為OLSRv1版本的后繼協(xié)議，對v1版本中交換的消息作了一些簡化。OLSRv2保留了v1版本中多點中繼(MPR)的基本機制與算法，同樣基于 CDS來泛洪 TC消息，能夠為每個節(jié)點提供到所有目的地的最短路由，但在選取最短路由時以鏈路度量替代了跳數(shù)。

（2）進一步降低開銷的方法

在實現(xiàn)OLSRv2時，可以采取一些方法來進一步減少其消息交換的開銷。首先，OLSRv1/v2所采取的多點中繼算法都為基本的算法，其優(yōu)化效率并非是最佳的，最近幾年出現(xiàn)了擴展型多點中繼(EMPR)、增強型擴展多點中繼(EEMPR)等更優(yōu)化的算法，將它們與OLSRv2相結(jié)合，能夠進一步減少MANET中參與多點中繼的路由節(jié)點數(shù)量。其次，將朦朧視野鏈路狀態(tài)(HSLS)路由算法與 MPR機制融合，可以進一步減少TC消息的泛洪范圍。最后，充分利用 RFC5497提供地址塊壓縮機制，在規(guī)劃MANET接口地址時，分配相同的IP網(wǎng)段/掩碼，便于提高地址塊壓縮的效率。此外，采取時間序號的機制能夠避免重復(fù)泛洪[7]。

（3）OSPF向MANET擴展的新方法

OSPF協(xié)議運行的網(wǎng)絡(luò)與 MANET區(qū)別是很大的，不宜直接將router-LSA泛洪到MANET域中。因此，文中提出在兩中網(wǎng)絡(luò)中分別獨自運行 OSPF協(xié)議和OLSRv2協(xié)議。在連接兩種網(wǎng)絡(luò)的邊界路由器中，將從OSPF網(wǎng)絡(luò)接口上接收到router-LSA格式的路由信息，轉(zhuǎn)換為OLSRv2網(wǎng)絡(luò)域內(nèi)的TC拓撲控制消息格式，向MANET內(nèi)通過CDS泛洪；將從MANET接口上接收到TC拓撲控制格式的路由信息，轉(zhuǎn)換OSPF網(wǎng)絡(luò)域內(nèi)的router-LSA格式的路由信息，向OSPF網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通過DR/BDR泛洪。

這種方法的優(yōu)點是易于實現(xiàn)，只需要連接兩個路由域的邊界路由器節(jié)點支持路由信息重分布即可，不需要修改標(biāo)準(zhǔn)的 OSPF路由協(xié)議，僅在MANET內(nèi)設(shè)計滿足相應(yīng)規(guī)范的OLSRv2路由協(xié)議。

3 結(jié)語

在這篇文章中，針對OSPF向移動ad hoc網(wǎng)絡(luò)的路由擴展問題，首先介紹了IETF最新發(fā)布的3種擴展規(guī)范；然后敘述了基于 OLSRv2及其輔助規(guī)范系列，在OSPF路由域和MANET路由域之間采取路由重分布的易于實現(xiàn)的新方法；在最后，提出了進一步減少路由消息泛洪開銷的3種方法。文中提出的擴展方法與IETF發(fā)布的OSPF擴展方法相比，無需修改現(xiàn)有的OSPF協(xié)議，只需要邊界路由節(jié)點支持路由重分布即可，更加易于實現(xiàn)。需要特別指出的是，在設(shè)計OSPF向移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)擴展的路由協(xié)議時，安全問題也應(yīng)該做整體考慮[8]，采用分層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以大大減少交換的路由信息總量[9]。

[1] BACCELLI E,JACQUET P.OSPF Multipoint Relay (MPR)Extension for Ad Hoc Networks[EB/OL].(2009-02-05)[2012-12-10].http://www.ietf.org/rfc/rfc5449.txt.

[2] ROY A,ED M. CHANDRA Ed, Extensions to OSPF to Support Mobile Ad Hoc Networking [EB/OL].(2010-03-27) [2012-11-22]. http://www.ietf.org/rfc/rfc5820.txt.

[3] OGIER R,SPAGNOLO P.Mobile Ad Hoc Network (MANET)Extension of OSPF Using Connected Dominating Set(CDS) Flooding [EB/OL]. (2009-08-17) [2012-11-15].http://www.ietf.org/rfc/rfc5614.txt.

[4] CLAUSEN T,DEARLOVE C.Representing Multi-Value Time in Mobile Ad Hoc Networks (MANETs) [EB/OL].(2009-03-19)[2012-09-17].http://www.ietf.org/rfc/rfc5497.txt.

[5] CLAUSEN T,DEARLOVE C.Generalized Mobile Ad Hoc Network(MANET) Packet/Message Format [EB/OL].(2009-02-16)[2012-08-20].http://www.ietf.org/rf c/rfc5444.txt.

[6] CLAUSEN T,DEARLOVE C.Mobile Ad Hoc Network (MANET)Neighborhood Discovery Protocol (NHDP)[EB/OL].(2011-03-27)[2012-11-05].http://www.ietf.org/rf c/rfc6130.txt.

[7] 王俊人,李大雙.解決路由消息循環(huán)的一種新方法[J].通信技術(shù),2011,44(05):56-57.

[8] 陳尚義.移動互聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)研究[J].信息安全與通信保密,2010(08):34-37.

[9] 陶銘,俞鶴偉.分層結(jié)構(gòu)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中基于節(jié)點位置的通信改進[J].通信技術(shù),2009,42(01):134-136,154.