CN107370841B - 一种在多跳无线网络上高效地址解析的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在多跳无线网络上高效地址解析的方法，包括节点初始化地址解析和工作过程中地址解析；节点初始化地址解析包括：根据节点配置信息，发起向地址解析服务器的注册，记录本机网络地址和链路层地址；地址解析服务器向节点返回当前已注册节点的网络和链路层地址映射表；工作过程中地址解析包括：如果要访问的节点地址映射不在映射表中，则向地址解析服务器再次发送查询信息；地址解析服务器查找，返回目的节点的网络和链路层地址；或者返回未登记；根据返回结果丢弃或转发分组。本发明大大提高了多跳无线网络里的地址解析效率，降低了网络开销，提高了系统的可扩展性。

Description

一种在多跳无线网络上高效地址解析的方法

技术领域

本发明涉及地址解析技术，具体涉及一种在多跳无线网络上高效地址解析的方法。

背景技术

以无人系统集群为代表的多个智能体之间往往需要通过无线互相通信，而智能软件大多运行于通用操作系统上，采用标准的TCP/IP协议栈进行网络通信，只不过信道是无线的。标准的TCP/IP协议在链路层有一个标准的地址解析协议(Address ResolutionProtocol,ARP)，用于确定本子网内IP地址对应的媒体接入层(Media Access Control,MAC)层地址。

而ARP协议是一个广播协议，在本子网内广播。目前常用无线接入如802.11，其无线传输带宽较高(几十到上百兆比特每秒)，且常用只有一跳(目的地都与源站直接可达)，当用户数量较少时，地址解析协议的广播对这类网络并不会带来太大的影响，但是对于一些低速的多跳无线网络，例如超短波频段的移动自组织网，其带宽只有数十千比特每秒，此时的广播就是全网的广播，需要在全无线网络里广播查找其他节点的地址映射关系，则广播开销很大，尤其是在无人系统集群时，上百甚至上千个节点都在一个子网内，此时广播开销巨大。有必要寻找高效地址解析方法，以提高多跳无线网络地址解析的网络效率。

由于以前在同一个无线子网里拥有很多个节点的应用场合较少，所以在无线网络里实现高效地址解析的高效解决方案较少，一般都是直接把有线网的策略直接应用于无线网络中。杭州华三通信技术有限公司申请的专利《一种维护ARP表的方法及装置》，申请号为201610591979.3，提供了一种维护ARP表的方法及装置，该方法应用于IP化无线接入网IPRAN中的路由设备，所述方法包括：接收报文；从所述报文中获取第一地址信息，所述第一地址信息包括所述报文的源地址信息，和/或目的地址信息；判断本地存储的ARP信息中是否存在与所述第一地址信息匹配的ARP信息；若不存在，将所述第一地址信息记录在ARP信息中。该发明实施例能够实现ARP表的快速恢复，保证路由设备提供正常的网络服务。在多跳无线网络里，如果任意一点发送一个地址解析消息，则该消息是一个广播消息，将需要全子网所有节点收到。而无线网络在很多情况下并不是单跳的，很可能是多跳，例如多跳无人集群，以及多跳移动自组织网。此时的地址解析消息就需要在全网广播以到达每个节点。通常做法，就是采用全网洪泛(Flooding)。或者采用为广播者建立广播树来解决。

华三公司提出的专利只是从接收报文里获取相应的地址信息，减少了对接收报文地址的地址解析查询，但是如果网络里大部分节点并未发送数据，或者处于刚开始大家都不知道对方地址阶段，或者发送的数据不在接收节点一跳可达范围内，接收节点就无法得知全网其他节点的地址解析信息，此时一个分组也发不出来，必须要经过专门的地址解析广播。节省的地址解析广播数量有限。

而常规的洪泛广播和建立广播树，都会给网络带来很大的负担。如果采用高效广播算法如建立广播树，则建立广播树的过程复杂，建立广播树的开销大，而且由于每个节点都有可能发送地址解析请求，需要为每个节点建立一棵广播树。这个代价总体上说并不比洪泛小。无论是采用哪种方法，在有线网很简单的地址解析问题在无线网将成为一个大大降低网络效率的麻烦。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在多跳无线网络上高效地址解析的方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种在多跳无线网络上高效地址解析的方法，包括节点初始化地址解析和工作过程中地址解析；

节点初始化地址解析包括以下步骤：

S11，根据节点配置信息，发起向地址解析服务器的注册，记录本机网络地址和链路层地址；

S12，地址解析服务器向节点返回当前已注册节点的网络和链路层地址映射表；

工作过程中地址解析包括以下步骤：

S21，如果要访问的节点地址映射不在映射表中，则向地址解析服务器再次发送查询信息；

S22，地址解析服务器查找，返回目的节点的网络和链路层地址；或者返回未登记；

S23，根据返回结果丢弃或转发分组。

进一步的，S11具体为：

节点加电开机时，节点首先根据本节点的配置信息，得到地址解析服务器的链路层地址，并以此链路层地址为目的地址，发起到地址解析服务器的注册消息分组，该分组是个单播分组，源地址是发起注册的节点链路层地址，目的地址是地址解析服务器链路层地址；注册消息包含本节点的网络层地址和链路层地址。

进一步的，S12具体为：

地址解析服务器将收到的节点网络层地址与链路层地址映射关系记录在数据库中，并回送一个单播分组，该分组的源地址是地址解析服务器地址，目的地址是注册节点，分组内容是目前已注册的节点网络与链路层地址映射关系。

节点收到地址解析服务器的单播分组后，视为地址解析服务器已经收到自己的注册，并将映射关系填入自己的地址映射表；

如果设定时间内没有收到地址解析服务器回送的分组，节点将再次发送注册分组，直到收到服务器回送的映射关系分组为止。

进一步的，S21具体为：

当某节点收到一个目的地地址，但是地址映射表里并没有该目的地对应的链路层地址时，该节点将向地址解析服务器发送一个新的地址映射请求消息，该消息是一个单播消息，源地址是该节点，目的地址是地址解析服务器，内容是所请求的目的地址，此时内容里对应的链路层地址内容为空。

进一步的，S22具体为：

当服务器收到该请求分组后，查询自己的注册表，如果找到该目的地的映射信息，则将填写对应的链路层地址信息，返回单播分组给该节点；

如果找不到该目的地的映射信息，则直接返回该单播分组不填写任何内容。

进一步的，S23具体为：

该节点如果收到地址解析服务器的应答分组，内含已填写的链路层地址，则将在地址映射表里记录该地址信息，并采用该地址发送分组；

如果该节点收到应答分组，内含链路层地址为空，则丢弃待发送的数据分组。

进一步的，如果需要记录异常处理，则记录当前丢弃分组的异常处理原因为“找不到目的链路层地址”。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提出了一种在多跳无线网络里实现高效地址解析的方法，能够在多跳无线网络里，把地址解析的洪泛广播消息转化为单播消息，通过地址解析服务器实现地址的注册、查询和回答，大大提高了多跳无线网络里的地址解析效率，降低了网络开销，提高了系统的可扩展性。

附图说明

图1为节点初始化向地址解析服务器注册过程图。

图2为节点工作中请求地址解析过程图。

图3为多跳无线高效地址解析实施例示意图。

具体实施方式

本发明适用于采用链路层寻址的多跳无线网络。应用对象包括但不仅限于多跳无人系统集群。本发明在多跳无线网络中采用专门的地址解析服务器，记载地址解析信息。每个节点入网时首先向设置好的地址解析服务器注册自己的网络和链路层地址信息，随后获取其他节点的映射信息。在系统运行中，需要地址解析的节点向登记的地址解析服务器发送查询消息，查询目的网络节点对应的链路层地址信息。这样的地址注册、查询、应答过程将资源消耗较高的全网多跳广播转换为多跳单播，效率将比广播效率大大提高。

本发明的节点初始化地址解析步骤如图1所示，工作过程中地址解析步骤如图2所示。

在节点加电开机时，节点首先根据自己本节点的配置项，得到地址解析服务器的链路层地址，并以此链路层地址为目的地址，发起到地址解析服务器的注册消息分组，该分组是个单播分组，源地址是发起注册的节点链路层地址，目的地址是地址解析服务器链路层地址。注册消息里包含本节点的网络层地址和链路层地址。地址解析服务器收到后，将把该节点的网络层地址与链路层地址映射关系记录在数据库中，并回送一个单播分组，该分组的源地址是地址解析服务器地址，目的地址是注册节点。分组内容是目前已注册的节点网络与链路层地址映射关系。节点收到此消息后，将视为地址解析服务器已经收到自己的注册，并将映射关系填入自己的地址映射表。如果一段时间内没有收到地址解析服务器回送的分组，节点将再次发送注册分组，直到收到服务器回送的映射关系分组为止。

在工作阶段，当某节点收到一个目的地地址，但是地址映射表里并没有该目的地对应的链路层地址时，该节点将向地址解析服务器发送一个新的地址映射请求消息，该消息是一个单播地址，源地址是该节点，目的地址是地址解析服务器，内容是所请求的目的地址，此时对应的链路层地址内容为空。当服务器收到该请求分组后，将查询自己的注册表，如果找到该目的地的映射信息，则将填写对应的链路层地址信息，返回单播分组给该节点；如果找不到该目的地的映射信息，则直接返回该单播分组不填写任何内容。该节点如果收到地址解析服务器的应答分组，内含已填写的链路层地址，则将在地址映射表里记录该地址信息，并采用该地址发送分组；如果该节点收到应答分组，内含链路层地址为空，则丢弃待发送的数据分组。如果需要记录异常处理，则记录当前丢弃分组的异常处理原因为“找不到目的链路层地址”。

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本实施例提供了一种无线多跳高效地址解析的示意，如图3所示。图3是一个多跳无线网。在图中，节点A需要和节点B通信，但是需要节点B的MAC地址寻址，即无线子网运行的是第二层路由协议。A点在加电时，首先从本机配置文件中获取本机IP地址(10.2.1.1)、MAC地址(1)以及地址解析服务器的MAC地址(88)。随后，A点发起向地址解析服务器的注册单播消息。源地址是1，目的地址是88，内含A点网络和MAC地址的映射关系(10.2.1.1,1)。该分组到达地址解析服务器后，地址解析服务器在数据库中记录此地址信息，并将已有节点的注册信息回送给节点A。假设节点A是第一台加电设备，地址解析服务器只有自己的地址映射信息，因此回送的单播消息里只含一条映射消息(10.2.1.254，88)。收到此信息后，节点A在自己的地址映射表里记录该地址映射消息。完成初始节点注册过程。

然后，节点B也加电，发送(10.2.1.3,9)注册分组，完成向地址解析服务器注册过程。

随后，节点A收到到目的地节点B的分组。此时它查阅地址映射表，发现映射表里没有节点B的MAC地址信息，此时它将向地址解析服务器再次发送一个查询消息，源地址是1，目的地址是88，内容为(10.2.1.3，)。地址解析服务器收到此查询消息后，查阅本地数据库，发现10.2.1.3对应的MAC地址为3，则回送应答单播分组给A，源地址为88，目的地址为1，内容为(10.2.1.3，3)。

节点A收到该应答消息后，将构建源地址为1，目的地址为3的分组，将分组发送给节点B。

在上述过程中，如果发送方没有收到期待的分组(例如节点A没有收到地址解析服务器的应答)，则将超时一段时间后重发分组，直到收到应答为止。如果地址解析服务器没有到目的地B的映射信息，则地址解析服务器将不填写映射关系直接回送分组(10.2.1.3，)。空在本实施例中用比特全0表示。当节点A收到此应答分组后，将丢弃到目的地B的分组。

本实施例中地址解析服务器可以独立设置，也可以设置在某个节点上，由该节点执行相应功能。

本发明中涉及的缩写解释如下：

Claims (2)

1.一种在多跳无线网络上高效地址解析的方法，其特征在于，包括节点初始化地址解析和工作过程中地址解析；

节点初始化地址解析包括以下步骤：

S11，根据节点配置信息，发起向地址解析服务器的注册，记录本机网络地址和链路层地址；具体为：

节点加电开机时，节点首先根据本节点的配置信息，得到地址解析服务器的链路层地址，并以此链路层地址为目的地址，发起到地址解析服务器的注册消息分组，该分组是个单播分组，源地址是发起注册的节点链路层地址，目的地址是地址解析服务器链路层地址；注册消息包含本节点的网络层地址和链路层地址；

S12，地址解析服务器向节点返回当前已注册节点的网络和链路层地址映射表；具体为：

地址解析服务器将收到的节点网络层地址与链路层地址映射关系记录在数据库中，并回送一个单播分组，该分组的源地址是地址解析服务器地址，目的地址是注册节点，分组内容是目前已注册的节点网络与链路层地址映射关系；

节点收到地址解析服务器的单播分组后，视为地址解析服务器已经收到自己的注册，并将映射关系填入自己的地址映射表；

如果设定时间内没有收到地址解析服务器回送的分组，节点将再次发送注册分组，直到收到服务器回送的映射关系分组为止；

工作过程中地址解析包括以下步骤：

S21，如果要访问的节点地址映射不在映射表中，则向地址解析服务器再次发送查询信息；具体为：

当某节点收到一个目的地地址，但是地址映射表里并没有该目的地对应的链路层地址时，该节点将向地址解析服务器发送一个新的地址映射请求消息，该消息是一个单播消息，源地址是该节点，目的地址是地址解析服务器，内容是所请求的目的地址，此时内容里对应的链路层地址内容为空；

S22，地址解析服务器查找，返回目的节点的网络和链路层地址；或者返回未登记；具体为：

当服务器收到该请求分组后，查询自己的注册表，如果找到该目的地的映射信息，则将填写对应的链路层地址信息，返回单播分组给该节点；

如果找不到该目的地的映射信息，则直接返回该单播分组不填写任何内容；

S23，根据返回结果丢弃或转发分组，具体为：

该节点如果收到地址解析服务器的应答分组，内含已填写的链路层地址，则将在地址映射表里记录该地址信息，并采用该地址发送分组；

如果该节点收到应答分组，内含链路层地址为空，则丢弃待发送的数据分组。

2.根据权利要求1所述的在多跳无线网络上高效地址解析的方法，其特征在于，如果需要记录异常处理，则记录当前丢弃分组的异常处理原因为“找不到目的链路层地址”。

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