遼寧移動網管中心 王銳

    移動AdHoc網絡（MANET）是一種與傳統有基站無線網絡相對的無中心結構通信網，也被稱為自組網。近年來，隨著移動設備的小型化，AdHoc網絡已經開始參與個人通信網絡的建立，并成為超3G網絡的重要網絡接入形式。利用AdHoc進行組網具有靈活、便捷和迅速的特點，相較于現有的一些有中心結構網絡來說，Ad Hoc網絡具有更低的建設成本和更大的普及空間。

    但無線網絡的動態結構特點，使得如何進行高效的網絡治理成為AdHoc實際網絡應用中必須解決的要害問題。針對此問題，業界也提出了很多解決方案，但這些方案大都不適用于大型網絡。一種具有可擴展性的動態分布式的網絡治理體系應運而生。

    一、動態分布式的AdHoc網絡治理體系

    考慮到AdHoc網絡中節點設備的差異性，在網絡治理中必須充分考慮各節點在電源能力、計算能力上的不同，重新定義網絡中各節點在治理中的作用。為此，我們將節點劃分為被治理節點、治理域控制節點和網絡治理節點，這種角色上的劃分更適合于實際網絡治理信息的有效利用和網絡治理行為的有效發動。

    治理域控制節點由AdHoc網絡中通信、計算以及電源能力較強的節點承擔，它負責一定范圍內的治理域通告信息的發送和拓撲狀態信息的收集，同時負責網絡治理節點授意下的治理信息的獲取和治理行為的發動。這種控制域的生成具有半強制性，減少了以往動態簇生成算法帶來的復雜操作和變更過程。相對于傳統的成簇治理來說，治理域控制節點具有較強的可操作性，同時也提供了與其他無線網絡及有線網絡互連的有效接入手段。被治理節點是分布于整個網絡各個治理控制域中的普通被管對象，每個普通節點可以作為各治理域內節點也可以作為各治理控制域的邊界節點。域內節點接收本治理控制域節點的治理，邊界節點接收距離自己最近的控制域節點的治理，并負責轉發各域間的交互信息。

    Adhoc網絡中的網絡治理節點與傳統的有線網絡和有中心結構網絡中的治理站不同，它本身就具有移動的特性。為此，其治理功能的發揮必須借助治理域控制節點，通過網絡中的多個治理域控制節點支持治理節點的移動，同時擴大治理的有效覆蓋范圍。由于網絡治理節點在不同治理控制域內移動，因此它可以在任何時候與各治理域控制節點交互并完成治理行為的發動。

    二、基于治理控制域的拓撲生成

    網絡治理系統的主要任務包括：完成對治理信息的收集；通過對治理信息的加工和處理做出相應的治理決策并采取一系列治理行為。治理信息的收集和網絡治理行為的發動都依靠于有效的網絡拓撲治理和合理的網絡治理域劃分。對于網元構成高度動態的AdHoc網絡來說，其節點所具有的移動性以及網絡的自組織性和動態性，使得網絡的拓撲治理成為必須解決的要害問題。基于控制域的網絡治理結構比較好地支持了網絡節點各種角色的交替，能夠靈活適應各種規模網絡的治理需求以及與現有網絡系統的交互。同時，治理控制域的建立也減少了網管協議（如傳統的SNMP和ANMP）操作的作用范圍，降低網絡負載。

    1.網絡治理控制域的生成

    治理控制域類似于傳統AdHoc網絡中生成簇的概念。在控制域形成的初始階段，首先由域控制節點發送廣播通告，接收到通告的節點記錄域控制節點的地址以及通告來源地址，同時設定超時，這樣該節點在邏輯上就確定了自身治理域的歸屬。隨后，由接收到通告的節點轉發此廣播通告分組。若一個節點接到不同節點轉發的通告，則記錄首先到達的分組而丟棄序號相同的重復分組。通過通告分組，在邏輯上建立起以域控制節點為中心的域。域的維護則通過各域控制節點定期廣播來維持。假如一個節點同時接到兩個域控制節點的通告，則此節點成為邊界節點，邊界節點停止轉發通告分組，以此建立不同域的邊界。圖1為控制域通告的發送與域邊界的形成示意圖。

控制域通告的發達與域邊界的形成

    2.治理控制域的合并

    由于治理域控制節點的移動性，網絡中的治理控制域也處于動態變化中。當兩個不同的域控制節點成為鄰節點時，就要發動控制域的合并過程。合并的原則可以根據網絡的特點和網絡的應用目標進行多種選擇。我們采用了節點標識大小作為合并后域控制節點的產生原則，即選取節點標識ID號大的節點作為合并后控制域的控制節點。標識號小的控制節點停止發送通告，原控制域的普通節點在域控制節點地址記錄超時后自動接收新的治理控制域通告，并向新的控制節點發送拓撲信息。

    3.網絡的拓撲結構生成

    域內節點檢測范圍能夠到達自己的鄰節點，形成了各節點的自指向拓撲，這種拓撲兼顧了單向鏈路存在的可能。各節點將記錄傳送給域控制節點，傳送路徑為接收域通告的上游節點。

    節點拓撲信息的傳遞頻率取決于節點的移動速度和鄰居節點的變化情況。若上游節點失效（離開或休眠），則將此拓撲狀態更新分組以一跳為限進行廣播。接收到此廣播的節點自動轉發給自己的上游節點，若不能轉發則直接丟棄，不再進行轉發。

    域控制節點在接收到各節點的鏈路狀態分組后，記錄更新分組序號，并更新自己的域內邏輯拓撲，對于收到的重復或過期分組執行簡單的丟棄。同時控制域節點通過計算各節點拓撲通告的頻度判定網絡拓撲的變化情況，并根據此情況調整控制域通告的發送頻率。網絡移動性越高，發送頻率越快，獲得的拓撲信息也更準確。

    網絡治理節點通過所在域的域控制節點發送給各域控制節點拓撲查詢信息，并生成全網的拓撲狀態。

    三、仿真驗證

    為了驗證治理控制域生成與合并算法的有效性以及拓撲信息治理的準確性，我們利用ns-2仿真軟件對治理控制域生成進行了仿真實現。

    1.治理控制域的生成

    圖2為利用ns-2仿真獲得的治理域的生成和合并結果。50個節點在1200×1000m范圍內自由移動，預設兩個控制域節點，即Node0和Node1節點。所有節點都具有相同的信號接收閾值，即各節點的無線發射設備具有相同的覆蓋半徑。MAC接入采用802.11DCF，傳播延遲為44s，節點移動速度分別取0～10m/s之間的均勻分布隨機變量，仿真持續200s。圖2a為27.6s時網絡的治理控制域分割，其中8，25，49為邊界節點。圖2b為105s時的Node0控制域和Node1控制域合并后的網絡拓撲。

治理控制域的形成與合并

    2.拓撲生成的有效性

    為了進一步衡量拓撲治理信息獲取的有效性，我們進行了拓撲生成性能評價的仿真試驗。100個節點在1000×1000m的范圍內以0～15m/s的速度隨機移動，節點的停留時間分別設為10s～100s之間的固定值以獲得不同的拓撲變化率。分別在網絡中設置1、2、3個域控制節點。仿真結果表明：可靠鏈路的信息獲取在網絡拓撲變化率較低時具有很高的準確性，在拓撲變化率較大且網絡中只有一個控制域時，網絡獲取的穩定鏈路要優于多個控制域存在時的情況，這主要是由于在中等規模網絡情況下，跨域的操作時延比較長，而在大型網絡中，控制域的增加會明顯提高可靠鏈路的獲取率；另一方面，仿真結果也表明，控制域的增加有助于提高網絡中節點的發現率。