王中武， 李大双， 胡 薇

(中国电子科技集团公司第三十研究所，四川 成都 610041)

0 引言

最近几年，无线网络技术的发展异常迅猛，无线自组织网络由于其多跳中继、灵活组网、快速开通、抗毁顽存等特点，在移动互联网、军用战术网络等方面获得了越来越广泛的应用。随着移动互联网、广域覆盖战术网络的发展，出现了将固定或骨干网络需要与无线自组织网络混合组网的需求，某些时候Ad Hoc网络可以作为互连不同OSPF路由域的桥接网络，因而需要解决 OSPF路由域与移动性高的Ad Hoc路由域之间的路由信息交换问题。

传统的有线域路由协议只适合于固定网络，而且由于其开销过大，不适合于直接在无线自组织网络中使用。因此，因特网工程任务组(IETF)积极开展了OSPF路由协议向移动Ad Hoc网络(MANET)扩展的研究，以统一的路由协议解决 OSPF路由域与MANET路由域无缝融合，降低路由协议在无线Ad Hoc网络内的开销。

文中首先介绍了IETF论坛提出的OSPF向Ad Hoc网络扩展的 3个 RFC规范，然后提出了基于OSLRv2草案以及系列新的RFC规范、实现将OSPF扩展到MANET的方案。

1 3个OSPF箱MANET扩展的RFC规范

（1）RFC5499

RFC5499是一个试验性的协议，其全称为OSPF针对Ad Hoc网络的多点中继(MPR)扩展。它规定了一种专门针对移动Ad Hoc网络(MANET)进行剪裁的OSPFv3接口类型，即“OSPFv3 MANET接口类型”。RFC通过定义的OSPFv3 MANET接口类型，将所描述的扩展与 OSPF架构集成在一起。此外，RFC5499还描述了OSPFv3在MANET中的多点中继泛洪机制[1]。

RFC5499对OSPF的扩展是基于泛洪缩减、拓扑裁减以及邻接缩减3种机制。这些机制都是基于多点中继(MPR)，它是在优化链路状态协议(OLSR)中开发的一种技术。

泛洪缩减机制采用 MPR泛洪原理，只有一个MANET邻居子集(那些被选取为MPR的邻居)参与一次泛洪操作。这种机制减少了泛洪操作所必需的(重复)传输次数，同时保留了适应传输差错(采用无线链路时所固有的)和应对过时的 2-跳邻居信息(例如有路由器移动性引起的)的能力。

拓扑裁减机制基于 MPR拓扑裁减，只将对于MANET邻居所必需的那些链路(被路径 MPR选择确定为属于最短路径的那些链路)包括在若干个链路状态通告(LSA)中通告。MANET中的路由器周期地产生描述它们所选取的这种链路的Router-LSA，并向它们的那些路径 MPR邻居泛洪这些Router-LSA。路由器将这样的链路作为点对点链路来报告。这种机制减小了 MANET路由器始发的LSA长度，同时又保留了经典的OSPF特性：最佳路径上采用同步的邻接关系。

在 OSPFv3 MANET接口上，只需要与该OSPFv3 MANET接口的一个邻居子集形成邻接关系。在一个OSPFv3 MANET接口上，不选举任何指定路由器(DR)或后备指定路由器(BDR)，而是只与那些MPR和MPR选择者建立邻接。在该MANET中，仅有一个小子集的路由器需要与它们的所有MANET邻居建立邻接关系。这样做减少了数据库同步锁需要的控制业务流的总量，同时确保了LSA仍然描述了最合适的同步邻接关系。

（2）RFC5820

RFC5820也是一个试验性协议，它所采取的扩展称为OSPF-OR(OSPF-交叠中继)，包括链路-局部信令(LLS)的一些机制、一个 OSPF-MANET接口、一种通过只传输增量状态变化来缩短Hello分组长度的简单技术以及一种路由更新泛洪优化的方法[2]。

为了实现增量 OSPF-MANET Hello协议，RFC520定义了4种TLV(类型-长度-值)，即状态校验序列TLV、邻居丢弃TLV、请求TLV以及完整状态TLV。

RFC5820的泛洪优化主要采用交叠中继算法，为此另外定义了两种TLV，即主动交叠中继TLV和意愿度 TLV。节点采取多点中继(MPR)选取算法来确定其主动交叠中继站的集合，交叠中继选择算法使用从邻居通告的router-LSA中收集得到的2-跳邻域信息。主动交叠中继的选取通过各个接口来实现，因而它是基于节点的而非基于链路的选取机制。

由于该信息的始发者(即该中继节点)和接收者都是同样地动态确定其本地泛洪域，该中继节点绝不可以改变其路由更新信息。一般而言，应该将LSA发送到一个知名的地址。在某些情形中，路由更新可以采用单播进行发送。

（3）RFC5614

RFC5614亦为一个试验性协议，它所采取的扩展称为 OSPF-MDR，设计了一种新的专门针对MANET的OSPF接口类型[3]。

OSPF-MDR的基础是选择一个MANET路由器子集，它包含了多个MANET指定路由器(MDR)和后备 MDR。这些 MDR形成了一个连通控制集合(CDS)，由这些MDR和后备MDR一起形成一个双连通的CDS以增强健壮性。

这个CDS有两个作用。首先，用于减少泛洪开销，采用一种优化的泛洪过程，仅由那些(后备)MDR来泛洪新的链路状态通告(LSA)，沿着邻接关系重传LSA以确保可靠泛洪。其次，邻接关系只在(后备)MDR和它们的一个邻居子集之间建立，使其能够适应于密集的网络。CDS采用Hello协议提供的2-跳邻居信息来构造。通过采用仅报告邻居状态的差分Hello机制，进一步对这个Hello协议进行优化。

此外，RFC5614还为始发router-LSA描述了提供完整的或部分的拓扑信息的一些选项，允许以通告较少的拓扑信息来减少开销。

（4）3种OSPF向MANET扩展的不足

前述3种OSPF向MANET扩展的方法，都是主要基于 OSPF的原有概念在 MANET内泛洪router-LSA。尽管随着无线传输技术在朝着宽带高速方向发展，相比于与有线互连网，MANET的链路速率毕竟有限，因而如何进一步减少 OSPF路由信息在MANET内的开销，仍然值得深入研究。

2 基于OLSRv2草案系列的OSPF扩展

（1）OLSRv2草案及其支撑协议规范

优化链路状态路由协议(OLSRv1)是 IETF MANET工作组在2003年发布的、专门用于移动自组织网络的一个试验性规范(RFC3626)，已得到了广泛的应用。为了进进一步降低OLSRv1路由协议的开销，MANET工作组陆续开发和发布了3个辅助性的规范，即RFC5444、 (RFC5497以及RFC6130。

RFC5497为一个互联网标准跟踪协议，它描述了一种表示多个时间-值的通用、灵活的TLV(类型-长度-值结构)，例如一个间隔或一段持续时间，它采用通用化的移动Ad Hoc网络(MANET)分组/消息格式。它定义了两个TLV消息和两个地址块TLV来表示MANET路由协议的有效性与间隔时间[4]。

RFC5444也为一个互联网标准跟踪协议，描述了为MANET路由器之间信息交换时承载多个路由协议消息设计的一个分组格式的句法。消息由一个消息头和一个消息体组成。RFC5444分别描述分组、消息格式、消息头、消息体、地址块、通用的TLV格式。RFC5444能够通过分析地址块实现高效率的格式长度压缩[5]。

RFC6130亦为一个因特网标准跟踪文件，它叙述了一个用于移动 Ad Hoc 网络的邻域发现协议(NHDP)。这个协议采用一种局部交换HELLO消息的方式，使得每个路由器能够确定其1-跳与对称2-跳邻居的存在和与它们的连通性。NHDP提供对邻域变化、链路双向性以及远达两跳的局部拓扑信息的持续跟踪。这些能力的组合允许一个MANET路由协议获取叙述链路建立/消失的信息，并为选择减小的中继集合和其它目的提供必需的拓扑信息[6]。

在OLSRv2草案中，将Hello协议剥离出来单独形成了RFC6130邻居发现协议。相比于RFC3626，OLSRv2协议减少了消息类型，仅保留了拓扑控制(TC)消息，并且采用新提出的高效率地址块与压缩格式，通过对地址块具有的公共头部字节、中间字节以及尾部字节的识别与压缩格式表示，能够大大压缩HELLO消息内包含邻居链路地址块和TC消息内包含的拓扑邻接链路地址块的长度。

OLSRv2目前为已进展到第 17个版本的 RFC草案，为OLSRv1版本的后继协议，对v1版本中交换的消息作了一些简化。OLSRv2保留了v1版本中多点中继(MPR)的基本机制与算法，同样基于 CDS来泛洪 TC消息，能够为每个节点提供到所有目的地的最短路由，但在选取最短路由时以链路度量替代了跳数。

（2）进一步降低开销的方法

在实现OLSRv2时，可以采取一些方法来进一步减少其消息交换的开销。首先，OLSRv1/v2所采取的多点中继算法都为基本的算法，其优化效率并非是最佳的，最近几年出现了扩展型多点中继(EMPR)、增强型扩展多点中继(EEMPR)等更优化的算法，将它们与OLSRv2相结合，能够进一步减少MANET中参与多点中继的路由节点数量。其次，将朦胧视野链路状态(HSLS)路由算法与 MPR机制融合，可以进一步减少TC消息的泛洪范围。最后，充分利用 RFC5497提供地址块压缩机制，在规划MANET接口地址时，分配相同的IP网段/掩码，便于提高地址块压缩的效率。此外，采取时间序号的机制能够避免重复泛洪[7]。

（3）OSPF向MANET扩展的新方法

OSPF协议运行的网络与 MANET区别是很大的，不宜直接将router-LSA泛洪到MANET域中。因此，文中提出在两中网络中分别独自运行 OSPF协议和OLSRv2协议。在连接两种网络的边界路由器中，将从OSPF网络接口上接收到router-LSA格式的路由信息，转换为OLSRv2网络域内的TC拓扑控制消息格式，向MANET内通过CDS泛洪；将从MANET接口上接收到TC拓扑控制格式的路由信息，转换OSPF网络域内的router-LSA格式的路由信息，向OSPF网络内通过DR/BDR泛洪。

这种方法的优点是易于实现，只需要连接两个路由域的边界路由器节点支持路由信息重分布即可，不需要修改标准的 OSPF路由协议，仅在MANET内设计满足相应规范的OLSRv2路由协议。

3 结语

在这篇文章中，针对OSPF向移动ad hoc网络的路由扩展问题，首先介绍了IETF最新发布的3种扩展规范；然后叙述了基于 OLSRv2及其辅助规范系列，在OSPF路由域和MANET路由域之间采取路由重分布的易于实现的新方法；在最后，提出了进一步减少路由消息泛洪开销的3种方法。文中提出的扩展方法与IETF发布的OSPF扩展方法相比，无需修改现有的OSPF协议，只需要边界路由节点支持路由重分布即可，更加易于实现。需要特别指出的是，在设计OSPF向移动Ad Hoc网络扩展的路由协议时，安全问题也应该做整体考虑[8]，采用分层的网络结构可以大大减少交换的路由信息总量[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,李大双.解决路由消息循环的一种新方法[J].通信技术,2011,44(05):56-57.

[8] 陈尚义.移动互联网安全技术研究[J].信息安全与通信保密,2010(08):34-37.

[9] 陶铭,俞鹤伟.分层结构Ad Hoc网络中基于节点位置的通信改进[J].通信技术,2009,42(01):134-136,154.