DE602004011579T2 - Adress-Selbstkonfiguration in Ad-hoc Netzen - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft automatische Konfiguration von Netz-Endgeräten, um eine geeignete Netzadresse zu identifizieren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die automatische Konfiguration in Mobilfunk-Ad-hoc-Netzen unter Verwendung von IPv6.
  • Wenn ein Endgerät an ein Netz anbindet, insbesondere ein Ad-hoc-Netz wie ein Netz von mobilen Vorrichtungen, muss es eine geeignete Netzadresse bestimmen, um die Kommunikation mit anderen Endgeräten oder Knoten, die mit dem Netz verbunden sind, zu erleichtern. Beim IP (Internet-Protokoll) gibt es verschiedene Einrichtungen, um einem Endgerät zu gestatten, eine geeignete Netzadresse zu bestimmen. Beim IPv4 (Internet-Protokoll Version 4) werden Adressen aufgrund der Weise, in der Adressen zugewiesen werden, und des steigenden Bedarfs an neuen Adressen knapp. Die Zuweisung muss sorgfältig kontrolliert werden, und daher werden Adressen entweder manuell durch einen Administrator einem Endgerät zugewiesen oder sie können unter Verwendung von DHCP (dynamisches Host-Konfigurationsprotokoll) zugewiesen werden. DHCP erfordert einen DHCP-Server, der eine Datenbank von verfügbaren Adressen pflegt. Wenn ein Endgerät an das Netz anbindet, fordert es eine verfügbare Adresse vom DHCP-Server an. Der DHCP-Server weist dem Netz-Endgerät dann eine IP-Adresse zu. Diese Technik erfordert jedoch, dass ein DHCP-Server für das neu anbindende Endgerät verfügbar ist, und erfordert außerdem, dass der DHCP-Server eine Liste von verfügbaren Adressen pflegt. Zur Bereitstellung einer hohen Flexibilität und der Fähigkeit, dass ein neues Endgerät frei an Netze anbindet, wäre eine große Zahl von DHCP-Servern erforderlich, jeder mit einem Vorrat an eindeutigen verfügbaren Adressen. Ein Ad-hoc-Netz ist im Wesentlichen eines ohne Infrastruktur, so dass in diesem Fall DHCP nicht möglich ist. Einen DHCP-Server verfügbar zu machen, würde Infrastruktur erfordern und dadurch die Flexibilität eines Ad-hoc-Netzes einschränken.
  • In IPv6, einer späteren Version des Internet-Protokolls, ist die potenzielle Zahl der verfügbaren Adressen weitaus größer als unter IPv4. Während dadurch das Problem der Beschränkung der Zahl der potenziell verfügbaren Adressen überwunden wird, ist es immer noch unpraktisch, dass ein getrennter Server verfügbare Adressen speichert, die einem Endgerät auf Anforderung zugeordnet werden. Es ist daher wünschenswert, einem Endgerät zu gestatten, sich selbst mit einer IP-Adresse zu konfigurieren, ohne dass ein getrennter Server zur Zuweisung von Adressen erforderlich ist.
  • Verschiedene Systeme wurden vorgeschlagen, um die automatische Konfiguration von IP-Adressen in Ad-hoc-Netzen zu gestatten. „MANETconf: Configuration of Hosts in a Mobile Ad Hoc Network" von Sanket Nesargi und Ravi Prakash aus INFOCOM 2002 beschreibt ein verteiltes, dynamisches Host-Konfigurationsprotokoll, das vorgesehen ist, um Knoten in einem Mobilfunk-Ad-hoc-Netz (MANET) zu konfigurieren. Netzaufteilung und -vereinigung werden auf der Grundlage von Partitionskennungen gehandhabt. Zur Identifizierung von miteinander in Konflikt stehenden Adressen muss jeder Knoten jedoch einen Satz Allocated pflegen, der alle die IP-Adressen umfasst, die mit seiner Partition assoziiert sind. In dieser Weise werden Sätze Allocated ausgetauscht, wenn zwei vorher entfernte Knoten in den gegenseitigen Kommunikationsbereich kommen. Der Nachteil davon ist der zusätzliche Speicher und Overhead, die erforderlich sind.
  • Im Papier mit dem Titel „IP Address Autoconfiguration for Ad Hoc Networks" von Charles E. Perkins et al für die „Mobile Ad Hoc Networking Group" der Internet Engineering Task Force (IETF) [14. November 2001] wird ein Mechanismus beschrieben, nach dem ein Endgerät oder Knoten in einem Ad-hoc-Netz sich selbst automatisch mit einer IP-Adresse konfigurieren kann, die im gesamten angebundenen Abschnitt des Ad-hoc-Netzes eindeutig ist.
  • Das Dokument von Perkins et al beschreibt ein System, in dem ein Endgerät, das automatische Konfiguration durchführt, sich zwei Adressen nimmt, eine temporäre und die vorläufige Adresse, die es verwenden möchte. Die temporäre Adresse wird nur kurz verwendet, um die Eindeutigkeit der vorläufigen Adresse zu bestimmen. Um zu bestimmen, ob die vorläufige Adresse eindeutig ist, sendet das Endgerät eine Adressanforderung (AREQ) aus. Wenn es eine Adressantwort (AREP) empfängt, weiß es, dass die vorläufige Adresse nicht eindeutig ist. Wird keine AREP empfangen, wird die vorläufige Adresse als eindeutig angesehen. Für IPv6 ist die AREQ eine modifizierte Nachbarabruf-(NS)-Nachricht. Die Nachbarabrufnachricht wird mit einer Markierung modifiziert, die angibt, dass sie als Teil einer Duplikatadressdetektionsprozess-(DAD)-Operation und nicht in ihrer normalen Funktion als eine Nachbarkommunikationsnachricht fungiert. Daher wird, wenn eine Nachbarabrufnachricht empfangen wird, in der die Markierung gesetzt ist, die Nachricht von einem Knoten weitergeleitet im Gegensatz zum Normalfall, in dem die Nachricht nur zu Nachbarn gelangt, die einen Sprung von ihm entfernt sind.
  • Ein Endgerät, das eine Nachbarabrufnachricht empfängt, die eine vorläufige Adresse angibt, die mit seiner eigenen Adresse korrespondiert, gibt eine Adressantwort-(AREP)-Nachricht in der Form einer modifizierten Nachbarankündigungs-(NA)-Nachricht aus. Die Nachbarankündigungsnachricht wird mit einem Markierungszeichen ähnlich der Nachbarabrufnachricht modifiziert, um anzuzeigen, dass die Nachbarankündigungsnachricht als Teil eines Duplikatadressdetektions-(DAD)-Prozesses fungiert. Die NA-Nachricht wird gleichermaßen von Knoten zu Knoten weitergegeben, anstatt nur einen Sprung zu ihren unmittelbaren Nachbarn zu gelangen. In dieser Weise wird die modifizierte NA-Nachricht zurück zum ursprünglichen Absender der NS-Nachricht verteilt, so dass er weiß, dass die vorläufige Adresse nicht eindeutig ist. Die vorläufige Adresse wird eingangs ausgewählt, indem ein geeignetes Präfix von einem standortlokalen Präfix bereitgestellt und daran eine Zahl von dem Endgerät selbst angefügt wird. Dies kann eine zufällige Zahl sein oder eine Zahl, die auf gewissen Eigenschaften des Endgeräts beruht, wie seine MAC-Nummer oder seine erweiterte universelle Kennnummer (EUI-64). Während diese Zahlen für ein Endgerät oder seine Netzkarte eindeutig sind, besteht trotzdem eine Möglichkeit, dass eine in dieser Weise gebildete Adresse nicht eindeutig ist.
  • Perkins et al geben an, dass, wenn ein Netz sich mit einem anderen Netz vereinigt, Duplikatadressdetektion (DAD) durchgeführt werden müsste, obwohl keine Technik zur Feststellung, warm Netzvereinigung erfolgt, oder wie die Initiierung von DAD erfolgen würde, in dem Dokument angegeben ist.
  • Das Papier mit dem Titel „IPv6 Autoconfiguration in Large Scale Mobile Ad Hoc Networks" von Kilian Weniger und Martina Zitterbart von der Universität Karlsruhe aus „Proceedings of European Wireless" (2002) schlägt eine hierarchische Zugangsweise zur automatischen Konfiguration von Adressen vor. Das Papier betrachtet die Anwendbarkeit von IPv6 und seiner zustandslosen Adressen-Autokonfiguration auf große Mobilfunk-Ad-hoc-Netze. Knoten in Mobilfunk-Ad-hoc-Netzen sind integrierte Hosts und Router. Daher führen alle Knoten alle Routerfunktionalitäten aus. Zur Anwendung von zustandsloser IPv6-Adressen-Autokonfiguration in anderen Umgebungen als einzelnen Rundsendeverbindungen sind Router erforderlich, die Routerankündigungen (RA) ausgeben. Während der Duplikatadressdetektion (DAD) ist es jedoch erforderlich, das Netz mit den Nachrichten zu überschwemmen. Diese Überschwemmung führt zu Überlastung, und die Überlastung wird bei zunehmender Größe des Netzes untragbar. Weniger et al beschreibt ein System, das versucht, Überschwemmung zu begrenzen, indem jedes Endgerät seine Rundsendeverbindung als die Gruppe von Knoten definiert, die weniger als eine bestimmte Zahl von Sprüngen von ihm entfernt sind. Um dies zu erreichen, wird eine Hierarchie unter Verwendung eines Führungsknotens eingerichtet, der eine Gruppe seiner Nachbarknoten durch Ausgabe von Routerankündigungen konfiguriert. In dieser Weise müssen die Nachbarknoten ihre Routerfunktionen und assoziierte Ausgabe von RA-Nachrichten nicht ausführen, so dass der erforderliche Verkehr reduziert wird. Die anfängliche Auswahl und anschließende Wiederauswahl der Führer ist jedoch komplex, und Duplikatadressdetektion muss periodisch ausgeführt werden, um Netzaufteilung und -vereinigung zu handhaben, wodurch weitere Komplexität zum Protokoll hinzugefügt wird.
  • Daher besteht ein Bedarf zur Bereitstellung eines Netzprotokolls, das zustandslose Adressen-Autokonfiguration gestattet, die eine komplexe hierarchische Struktur vermeidet, und das imstande ist, mit der dynamischen Natur von Mobilfunknetzen insbesondere dort umzugehen, wo regelmäßig Netzaufteilung und -vereinigung vorkommen. Außerdem ist es vorzuziehen, eine Adressenauswahltechnik bereitzustellen, die standortlokale Adressen und keine verbindungslokalen Adressen bereitstellt, um die Wahrscheinlichkeit von Adressduplikation zu reduzieren.
  • Daher wird nach der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Knotens in einem Netz bereitgestellt, umfassend: Speichern einer Netzkennung, die das Netz angibt, mit dem der Knoten assoziiert ist; Empfangen einer Nachricht von einem anderen Knoten und Extrahieren einer Netzkennung aus der Nachricht, die das Netz angibt, mit dem der sendende Knoten assoziiert ist; Vergleichen der empfangenen Netzkennung mit der gespeicherten Netzkennung; und Ausführen eines Duplikatadressdetektionsprozesses in dem Fall, dass die gespeicherte Netzkennung von der empfangenen Netzkennung verschieden ist. Der Duplikatadressdetektionsprozess enthält Senden einer Adressanforderungsnachricht für Empfang durch andere Knoten, wobei die Adressanforderungsnachricht ein Markierungszeichen zur Kennzeichnung enthält, dass der von dem Knoten ausgeführte Duplikatadressdetektionsprozess ein Ergebnis davon ist, dass die empfangene Netzkennung von der gespeicherten Netzkennung verschieden ist. Das Markierungszeichen hilft, anderen Knoten anzuzeigen, dass Vereinigung von zwei Knoten stattgefunden hat.
  • Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Endgerät zum Anschließen an ein Netz bereit, um einen Knoten zu bilden, umfassend: einen Speicher zum Speichern einer Netzkennung, die das Netz angibt, mit dem der Knoten assoziiert ist; einen Empfänger zum Empfangen von Nachrichten von anderen Knoten und Extrahieren einer Netzkennung aus den Nachrichten, die das Netz angibt, mit dem der sendende Knoten assoziiert ist; einen Komparator zum Vergleichen einer empfangenen Netzkennung mit der gespeicherten Netzkennung; und eine Steuerung zum Ausführen eines Duplikatadressdetektionsprozesses in dem Fall, dass der Komparator anzeigt, dass die gespeicherte Netzkennung von der empfangenen Netzkennung verschieden ist. Während des Duplikatadressdetektionsprozesses sendet die Steuerung eine Adressanforderungsnachricht für Empfang durch andere Knoten, wobei die Adressanforderungsnachricht ein Markierungszeichen zur Kennzeichnung enthält, dass der von der Steuerung ausgeführte Duplikatadressdetektionsprozess ein Ergebnis davon ist, dass eine empfangene Netzkennung von der gespeicherten Netzkennung verschieden ist.
  • Es ist daher von Vorteil, wenn ein Knoten beim Empfang einer Adressanforderungsnachricht mit einem derartigen Markierungszeichen seinen eigenen Duplikatadressdetektions-(DAD)-Prozess initiiert. Um jedoch einen Ansturm von DAD-Nachrichten zu vermeiden, ist es vorzuziehen, den Beginn des Duplikatadressdetektionsprozesses für eine Zeitdauer aufzuschieben. Diese Zeitdauer kann zufällig oder basierend auf einen Parameter, der gewährleistet, dass sie von anderen Knoten im Netz verschieden ist, die möglicherweise gleichzeitig einen DAD-Prozess beginnen, bestimmt werden.
  • Zur Gewährleistung, dass alle Knoten in einem Netz sich einer Vereinigungssituation bewusst sind, ist es vorteilhaft, wenn die Adressanforderungsnachrichten, die als Teil eines DAD-Prozesses ausgegeben werden, von Knoten zu Knoten weitergegeben werden. Um jedoch erneute Übertragung von vorherigen Nachrichten oder Echos zu vermeiden, können die Knoten eine Aufzeichnung von bereits weitergeleiteten Nachrichten führen und Nachrichten, die von demselben Knoten stammen, nicht erneut übertragen. Die Aufzeichnung der Nachrichten kann für eine begrenzte Dauer erhalten bleiben, so dass zukünftige DAD-Prozesse nicht davon beeinflusst werden.
  • Als Teil der Initiierung eines Knotens muss dieser zuerst eine eindeutige Adresse erstellen und dann eine Netzkennung erlangen und speichern. Wenn der Knoten sich nicht zu nahe an anderen Knoten befindet, d. h. wenn er nicht imstande ist, sich einem existierenden Netz anzuschließen, dann kann er seine eigene Netzkennung bestimmen und effektiv sein eigenes Netz einrichten. Die Netzkennung kann auf der eigenen EUI-64- oder MAC-Adresse der Endgeräte basieren oder sogar zufällig ausgewählt werden.
  • Wenn ein Knoten sich selbst initialisiert und sich ein oder mehr Knoten in seinem Umkreis befinden, kann er sich dem existierenden Netz anschließen. Die anderen Knoten sollten Nachrichten wie Begrüßungsnachrichten aussenden, die die Netzkennung dieses Knoten identifizieren werden. Der neue Knoten kann dann die empfangene Netzkennung als seine eigene speichern. Dieser Prozess kann ausgeführt werden, indem anfangs darauf gewartet wird, ob Begrüßungsnachrichten empfangen werden, und die empfangene Netzkennung verwendet wird, aber wenn innerhalb einer Zeitdauer keine Nachricht empfangen wird, bestimmt der Knoten, dass er allein ist und richtet seine eigene Netzkennung ein.
  • Zusätzlich wählt das Endgerät während der anfänglichen Adressenkonfiguration vorzugsweise seine Adresse durch Verwendung eines standortlokalen Präfixes aus, gefolgt von einer Teilnetzkennung, gefolgt von einem Code, der zur Schnittstellenkennung des Endgeräts in Beziehung steht (z. B. EUI-64- oder MAC-Adresse). Vorzugsweise ist FECO:0:0::/48 das standortlokale Präfix. Die Teilnetzkennung ist vorzugsweise eine 16-stellige Zahl. Die Zahl kann zufällig erzeugt werden und schließt vorzugsweise den Wert FFFF aus.
  • Die Bereitstellung einer eindeutigen Netzkennung, die von jedem Knoten im Netz geführt und über Begrüßungsnachrichten zwischen Nachbarn geändert wird, bietet die Fähigkeit zu erkennen, wenn Netze vereinigt werden, so dass die entsprechende DAD-Prozedur ausgeführt werden kann, um mögliche Adressenkonflikte zu vermeiden. Dies gestattet es, Netzvereinigung zu handhaben, ohne dass komplexe hierarchische Strukturen erforderlich sind, und ohne übermäßige Überschwemmung der Netze.
  • Nach einem alternativen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden einer IPv6-Adresse bereitgestellt zur Verwendung durch ein Endgerät, das einen Knoten in einem Ad-hoc-Netz bildet, umfassend: Verwenden eines standortlokalen Präfixes zum Bilden des Präfixes der Adresse; Erzeugen einer Zufallszahl als eine Teilnetzkennung; Erhalten einer vorbestimmten Endgerät-Kennadresse; und Bilden der Adresse durch Anfügen der Teilnetzkennung an das Ende der Kombination des Präfixes und der Teilnetzkennung. Nachdem die Adresse gebildet wurde, wird die Adresse vorzugsweise für anschließende Verwendung gespeichert.
  • In dieser gesamten Patentschrift beziehen sich Verweise auf ein Endgerät auf eine Vorrichtung, die imstande ist, an ein Netz anzubinden und einen Knoten zu bilden. Dies kann eine Netzkarte sein oder eine Vorrichtung, die eine derartige Karte umfasst, oder andere Mittel zum Anbinden an ein Netz. Verweise auf einen Knoten beziehen sich auf einen Anbindungspunkt in einem Netz, gelten aber auch für die Situation, dass ein Endgerät nicht imstande ist, einen Kontakt mit einem anderen Knoten herzustellen, und daher ein einzelner Knoten in einem Ein-Knoten-Netz ist.
  • Eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, von denen:
  • 1 die anfängliche Adressen-Einrichtungs- und -Konfirmationsprozedur zeigt;
  • 2 Überwachung durch ein Endgerät zeigt, um zu bestimmen, ob Netzvereinigung stattgefunden hat;
  • 3a bis 3c den Prozess der stattfindenden Netzvereinigung zeigen;
  • 4a und 4b zeigen, wie der Prozess der Duplikatadressdetektion in zwei vereinigten Netzen ausgeführt wird;
  • 5a das Format einer standardmäßigen Nachbarabrufnachricht zeigt; und
  • 5b das Format einer modifizierten Nachbarabrufnachricht zeigt, die als eine Adressanforderungs-(AREQ)-Nachricht in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • Der Prozess der Initialisierung eines Endgeräts zum Bilden eines Knotens wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Wenn ein Endgerät zuerst initiiert wird, um sich einem Netz anzuschließen, befindet es sich in einer von zwei Situationen. Entweder ist ein existierendes Netz vorhanden, dem es sich anschließen kann, oder es ist kein existierendes Netz vorhanden, so dass es effektiv sein eigenes Netz bildet. In beiden Fällen muss das Endgerät eine IPv6-Adresse (S1) zur Verwendung in dem Netz bestimmen.
  • Da ein Ad-Hoc-Netz eine Mehrsprungumgebung ist, sollte es als ein Standort und nicht als eine Verbindung angesehen werden. Folglich ist die IPv6-Adresse für einen neuen Knoten eine standortlokale Adresse. In dieser Ausführungsform besteht die standortlokale Adresse aus vier Feldern. Diese enthalten ein 10-stelliges standortlokales Format-Präfix (FEC0::/10), ein 38-stelliges Feld am nur Nullen, eine 16-stellige Teilnetzkennung und eine 64-stellige Schnittstellenkennung. Die Teilnetzkennung wird zufällig am einem vorbestimmten Bereich von Werten ausgewählt. Im Allgemeine würde dieser Bereich jeden 16-stelligen Wert zulassen. In der Praxis werden jedoch einige Werte vermieden, einschließlich des Werts FFFF (der mit dem MANET_INITIAL_PREFIX korrespondiert). Das MANET_INITIAL_PREFIX (FEC0:0:0:FFFF::/96) dient einem speziellen Zweck, wie nachstehend beschrieben.
  • Die Schnittstellenkennung wird aus der Sicherungsschicht-Adresse des Knotens erzeugt. Beispielsweise kann die Schnittstellenkennung aus der erweiterten universellen IEEE-Kennung (EUI-64) der Netzkarte gebildet werden, die wiederum auf der MAC-Adresse der Karte beruhen kann. Da EUI-64- und MAC-Adressen global eindeutig sein sollen, minimiert diese Vorgehensweise die Möglichkeit, dass doppelte Adressen zwei verschiedenen Knoten zugewiesen werden. Aufgrund der Nichtübereinstimmung von einigen Organisationen ist es jedoch möglich, dass Duplikation vorkommt.
  • Beispielsweise würde eine Vorrichtung mit einem EUI-64-Wert von 1:21FF:FE63:7135 eine Schnittstellenkennung von 201:21FF:FE63:7135 bereitstellen. Eine zufällig erzeugte Teilnetzkennung wird als ABCD bereitgestellt. Wie oben angegeben, kann ein standortlokales Präfix verwendet werden, um die endgültige standortlokale IPv6-Adresse als FEC0::ABCD:201:21FF:FE63:7135 zu erzeugen.
  • Nach der Bestimmung einer vorläufigen Adresse muss das Endgerät Schritte ausführen, um zu ermitteln, ob sie wirklich eindeutig ist. Um die Validität der vorläufigen Adresse zu bestätigen, die bestimmt wurde. Der Knoten muss daher einen Duplikatadressdetektions-(DAD)-Prozess ausführen (S2). Eine Adressanforderung (AREQ) wird in der Form einer modifizierten Nachbarabrufnachricht ausgesandt. Damit die Nachricht über die unmittelbaren Nachbarn hinaus weitergeleitet wird, enthält die Nachricht ein Markierungszeichen (M), das angibt, dass sie als eine AREQ-Nachricht und nicht als eine einfache Abrufnachricht fungiert.
  • Als Reaktion auf den Empfang einer derartigen Nachricht wird ein benachbartes Endgerät die Nachricht an seine eigenen Nachbarn weiterleiten. Außerdem wird ein Vergleich mit seiner eigenen Adresse ausgeführt, und wenn die Adresse die gleiche wie seine eigene Adresse ist, wird eine Adressantwort-(AREP)-Nachricht zurückgesandt, die schließlich an das ursprüngliche Endgerät geht, um dieses darauf hinzuweisen, dass seine vorläufige Adresse nicht eindeutig ist und geändert werden muss.
  • Die AREP-Nachricht nutzt gleichermaßen eine modifizierte Nachbarankündigungs-(NA)-Nachricht, die über ein zusätzliches Markierungszeichen verfügt, das angibt, dass die NA-Nachricht als Teil einer Duplikatadressdetektionsoperation verwendet wird, so dass sie von Knoten zu Knoten weitergegeben wird, anstatt darauf beschränkt zu sein, nur über einen Sprung an die unmittelbaren Nachbarn gesandt zu werden. Die vorläufige Adresse ist in der NA-Nachricht enthalten, so dass, wenn der ursprüngliche Absender der Adressanforderung die Netzankündigungsnachricht erhält, die seine vorläufige Adresse enthält, dieser weiß, dass seine vorläufige Adresse nicht eindeutig ist. Er kann dann den Prozess zur Bestimmung einer alternativen vorläufigen Adresse beginnen, beispielsweise basierend auf einer anderen zufällig ausgewählten Teilnetzkennung.
  • Nach der Aussendung der AREQ-Nachricht muss der Knoten darauf warten, ob eine AREP-Nachricht als Reaktion empfangen wird (S3). Wenn eine AREP-Nachricht von einem Knoten empfangen wird, der gegenwärtig die vorläufige Adresse verwendet, muss eine neue vorläufige Adresse erstellt werden, und die Duplikatadressdetektion muss mit der neuen Adresse wiederholt werden.
  • Wenn nach der Auswahl einer vorläufigen Adresse keine AREP-Nachricht innerhalb einer festen Zeitdauer empfangen wird, bestimmt das Endgerät, dass die vorläufige Adresse noch nicht verwendet wird, und kann daher die Adresse für sich selbst verwenden. Der Duplikatadressdetektionsprozess wird ausführlicher in dem oben erwähnten Dokument von Perkins et al beschrieben.
  • Nach der Durchführung der Duplikatadressdetektion geht das Endgerät anfänglich davon aus, dass sich kein Netz in dem Bereich befindet und dass es der einzige Knoten in einem neuen Netz ist. Es konfiguriert sich dann selbst (S4) mit der bestimmten vorläufigen Adresse, und das Netz wird initialisiert. Wenn der Knoten keine Nachrichten von anderen Knoten empfängt, fährt es auf der Grundlage fort, dass es ein neues Netz eingerichtet hat und wählt anfänglich (S5) eine eindeutige Netzkennung (UNID) für dieses neue Netz und speichert es. Diese eindeutige Kennung hilft bei der Identifizierung der Knoten, die an einem gegebenen Netz angebunden sind. Dies ist insbesondere nützlich zur Bestimmung, dass Netzaufteilung und -vereinigung stattfinden. Als Teil des normalen Operationsprozesses des Netzes werden regelmäßig Begrüßungsnachrichten an Nachbarn ausgesandt, und die eindeutige Kennung ist in diesen Begrüßungsnachrichten enthalten.
  • Die eindeutige Kennung kann auf verschiedene Weise bestimmt werden und kann einfach auf der EUI-64- oder MAC-Adresse des Knotens basiert werden.
  • Wenn ein Endgerät initialisiert wird und bereits ein Netz existiert, kann einer seiner Nachbarn eine Begrüßungsnachricht aussenden. Wie oben beschrieben, wird die Begrüßungsnachricht die eindeutige Kennung für das Netz enthalten, von dem der Nachbar einen Teil bildet. Der neue Knoten wird diese Nachricht empfangen und bestimmen, dass er imstande ist, sich einem existierendes Netz anzuschließen, anstatt ein neues einzurichten. Daher entscheidet der Knoten (S5), die von seinem Nachbarn empfangene eindeutige Kennung zu verwenden, und speichert die eindeutige Kennung, anstatt seine eigene zu erzeugen. Wie unten erläutert, wird der Knoten in Zukunft diese eindeutige Kennung als Bestandteil von Begrüßungsnachrichten, die er überträgt, aussenden. In dieser Weise erhalten alle Knoten in einem gegebenen Netz dieselbe eindeutige Kennung.
  • Nachdem der Knoten sich selbst mit einer IP-Adresse initialisiert und eine eindeutige Kennung bestimmt hat, entweder von einem Nachbarn oder von sich aus, wird der normale Betrieb (S6) fortgesetzt, aber der Zustand des Netzes muss überwacht werden, um zu bestimmen, ob eine Netzaufteilung oder -vereinigung stattgefunden hat. Dies wird unter Bezugnahme auf 2 erläutert.
  • Während der Netzaufteilung werden eine oder mehr der Knoten, die einen Teil des Netzes bilden, von den anderen Knoten abgetrennt, die das Netz bilden. In einem Mobilfunknetz kann dies darauf beruhen, dass die Knoten sich voneinander weg bewegt haben oder nicht mehr imstande sind, mit Knoten in dem anderen Teil des Netzes zu kommunizieren. Während der Vereinigung sind die Knoten in zwei Netzen, d. h. Netze mit verschiedenen eindeutigen Kennungen, imstande miteinander zu kommunizieren, wohingegen sie vorher nicht dazu imstande waren. Das Problem ist hier, dass die zwei Knoten unter Umständen die gleiche IP-Adresse haben, obwohl jeder Knoten die Adresse separat innerhalb seines eigenen Netzes vor der Vereinigung der beiden Netze als eindeutig authentifiziert hatte. Natürlich waren die beiden Netze vor der Vereinigung nicht imstande zu kommunizieren, so dass die AREQ-Nachrichten nicht zwischen den beiden Netzen weitergeleitet worden wären. Nachdem jedoch die Vereinigung stattgefunden hat, ist die Existenz von zwei Knoten mit der gleichen Adresse problematisch.
  • In Ad-hoc-Netzen wird die Netzkonnektivität durch den Empfang von Rundsendungs-Kontrollnachrichten bestimmt. Diese Rundsendungs-Kontrollnachrichten dienen auch als Begrüßungsnachrichten, die Nachbarn die Existenz und fortgesetzte Präsenz eines Knotens anzeigen.
  • Begrüßungsnachrichten werden periodisch unter allen benachbarten Knoten ausgetauscht. In dieser Ausführungsform ist die Information in den Begrüßungsnachrichten enthalten.
  • Der Knoten überwacht die empfangenen Nachrichten auf den Empfang von Begrüßungsnachrichten (S61). Wenn ein Knoten eine Begrüßungsnachricht empfängt, extrahiert er die eindeutige Kennung (S62). Wenn ein Knoten, wie oben angegeben, vorher noch keine Begrüßungsnachricht empfangen hat und nicht bestimmt hat, dass er ein einzelner Knoten ist, speichert er die empfangene eindeutige Kennung (S64) und setzt den normalen Betrieb fort. Hat der Knoten bereits eine eindeutige Kennung eingerichtet, vergleicht (S65) er die empfangene eindeutige Kennung mit der gespeicherten eindeutigen Kennung. Wenn die empfangene eindeutige Kennung von der eigenen, vorher gespeicherten eindeutigen Kennung des Knotens verschieden ist, bestimmt er daraus, das sein gegenwärtiges Netz sich mit einem anderen Netz mit einer verschiedenen eindeutigen Kennung vereinigt hat. Zur Vermeidung der Möglichkeit der Koexistenz von zwei Knoten mit der gleichen IP-Adresse muss ein neuer DAD-Prozess (S66) ausgeführt werden.
  • In diesem DAD-Prozess (S66) sendet der Knoten (S67) AREQ-Nachrichten aus, wie er es vorher bei der Initialisierung gemacht hat, und erwartet den Empfang einer AREP-Nachricht, wenn seine Adresse nicht eindeutig ist. Die AREQ-Nachricht enthält weiterhin ein Markierungszeichen NetMerge, das angibt, dass die AREQ-Nachricht als Ergebnis einer Netzvereinigung ausgegeben wird und nicht aufgrund dessen, dass ein neuer Knoten sich selbst initialisiert. Während die AREQ-Nachricht von Knoten zu Knoten innerhalb des Netzes weitergeleitet wird, wird jeder Knoten in dieser Weise darauf aufmerksam gemacht, dass der ausgebende Knoten sich an der Grenze zu einem anderen Netz befindet. In der Praxis ist die Grenze unter Umständen nicht eine streng physikalische Grenze, da ein Knoten, der mit einem Endgerät in der physikalischen Mitte eines Mobilfunknetzes verbunden ist, auch imstande sein kann, an Knoten anzubinden, die der Rest des Netzes nicht erreichen kann.
  • Nach Empfang einer AREQ-Nachricht, in der das Markierungszeichen NetMerge gesetzt ist, wird ein Knoten bestimmen, dass er einen DAD-Prozess für seine eigene IP-Adresse ausführen muss. Wenn ein Netz sich mit einem anderen verbindet, kann es sein, dass mehrere Knoten dies in einer kurzen Zeitdauer bemerken und ihren eigenen DAD-Prozess beginnen. Dies kann darin resultieren, dass ein Knoten mehrere AREQ-Nachrichten als ein Ergebnis derselben Netzvereinigungsaktivität empfängt. Folglich wird der Knoten nur einen DAD-Prozess einmal innerhalb einer bestimmten Zeitperiode starten. Wenn daher mehrere AREQ-Nachrichten als ein Ergebnis der Vereinigung von zwei Netzen empfangen werden, wird der Knoten keine wiederholten DAD-Prozesse ausführen. Um Überlastung zu vermeiden, die dadurch verursacht wird, dass mehrere Knoten versuchen, kurz nach der Netzvereinigung einen DAD-Prozess auszuführen, kann zusätzlich eine zufällige Verzögerung oder ein Jitter eingeführt werden, bevor ein DAD-Prozess begonnen wird, um den DAD-Verkehr in der Zeit zu verteilen.
  • Nachdem die Knoten festgestellt haben, dass ihre Adressen noch eindeutig sind, können sie die beiden vereinigten Netze auf eine neue gemeinsame eindeutige Kennung für das vereinigte Netz einigen. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen. Beispielsweise könnte der erste Knoten, wenn er die Vereinigung von zwei Netzen feststellt, sich für eine neue eindeutige Kennung für das kombinierte Netz entscheiden und diese als eine Erweiterung seiner AREQ-Nachrichten während seiner DAD aussenden.
  • Da der DAD-Prozess Überschwemmung während der Vereinigung von zwei Netzen verwendet, besteht die Möglichkeit, dass ein Ansturm von DAD-Nachrichten durch die kombinierten Netze erfolgt. Dieser kann unter Verwendung des oben erwähnten Jitters gespreizt werden. Außerdem kann der Knoten den Empfang von AREQ/AREP-Nachrichten aufzeichnen. Der Knoten würde eine Aufzeichnung davon behalten, von welcher Quelladresse die Nachrichten stammen, und würde keine anschließenden Nachrichten weiterleiten, die tatsächlich redundant sind. Dies wird helfen, die Neuübertragung von Echos von vorher weitergeleiteten Nachrichten zu minimieren.
  • Ein anderes Problem, das bei der Vermeidung von Adressenkonflikten auftreten kann, betrifft die Standort-Neunummerierung. Wenn sich eine Endadresse ändert, werden bestehende TCP-Verbindungen unterbrochen. Zur Ermöglichung der sanften Neunummerierung der Vorrichtung eines Standorts können bevorzugte und missbilligte Adressen eingeführt werden. In dieser Weise wird die Adresse vor der Neunummerierung, die missbilligte Adresse, noch verwendbar sein. Die Quelladresse in Nachrichten, die vom Knoten ausgesandt werden, wird jedoch die neue Adresse, die bevorzugte Adresse, enthalten. Dies wird nur für eine begrenzte Zeit verfügbar sein, damit etwaige ausstehende Nachrichten von dem Knoten empfangen werden können.
  • Jetzt wird ein ausführliches Beispiel des Prozesses der Netzvereinigung unter Bezugnahme auf die 3a bis 3c beschrieben. 3a zeigt zwei getrennte Netze mit eindeutigen Netzkennungen ID_A und ID_B. Das erste Netz enthält die Knoten 1, 2, 3, 4 und 5. Das zweite Netz enthält die Knoten 6, 7, 8 und 9. Die beiden Knoten 2 und 8 haben die gleiche IP-Adresse, in diesem Beispiel die IP-Adresse = x. Während die Netze voneinander getrennt sind, wie in 3a dargestellt, ist dies kein Problem. Wenn die Knoten jedoch anschließend vereinigt werden, wie in 3b dargestellt, tritt ein Problem auf.
  • Bei der Vereinigung der Netze senden die Knoten 2 und 9 Begrüßungsnachrichten aus, die jetzt beide von Knoten 1 empfangen werden können. Knoten 1 empfängt die Begrüßungsnachricht von Knoten 2 und nimmt seine eindeutige Kennung ID_A gewahr. Knoten 1 empfängt dann die Begrüßungsnachricht vom Knoten 9 und nimmt dessen eindeutige Kennung ID_B gewahr. Da diese eindeutigen Netzkennungen verschieden sind, bestimmt Knoten 1, dass eine Vereinigung erfolgt ist.
  • Wie in 3c dargestellt, beginnt Knoten 1 einen DAD-Prozess, um festzustellen, ob seine eigene Adresse im kombinierten Netz noch eindeutig ist. Er beginnt durch das Aussenden einer AREQ-Nachricht, in der das Markierungszeichen NetMerge gesetzt ist. Diese Nachricht wird von den Knoten 2, 4, 6 und 9 empfangen, wie dargestellt. Diese Knoten übertragen die AREQ-Nachricht dann erneut, die von ihren jeweiligen Nachbarn empfangen wird. Die AREQ-Nachricht wird an alle Knoten des kombinierten Netzes verteilt. Da die Adresse von Knoten 1 innerhalb von beiden Netzen eindeutig ist, wird keine AREP-Nachricht ausgegeben. Nach einer geeigneten Zeitdauer bestimmt Knoten 1, dass seine IP-Adresse noch eindeutig ist, und setzt den normalen Betrieb fort. Die anderen Knoten, die die AREQ-Nachricht mit dem gesetzten Markierungszeichen NetMerge empfangen haben, beginnen dann ihren eigenen DAD-Prozess. Wie oben angegeben, kann eine zufällige Verzögerung bestehen, bis dies in einem gegebenen Knoten initiiert wird.
  • Schließlich wird Knoten 2 seinen eigenen DAD-Prozess beginnen, wie in 4a dargestellt. Knoten 2 sendet daher AREQ-Nachrichten aus, die im gesamten Netz verteilt werden. Diese Nachricht wird schließlich an Knoten 8 weitergeleitet. Knoten 8 nimmt wahr, dass die Adresse von Knoten 2 die gleiche ist wie seine eigene, und gibt eine AREP-Nachricht aus. Diese wird dann übertragen und schließlich zurück zu Knoten 2 befördert, wie durch die beispielhafte Route, die in 4b dargestellt ist. Knoten 2 empfängt schließlich die AREP-Nachricht und bestimmt, dass seine Adresse nicht mehr eindeutig ist. Daher bestimmt er eine neue vorläufige Adresse und wiederholt den Initialisierungs-DAD-Prozess.
  • In diesem Beispiel ändert Knoten 2 seine Adresse. Es ist jedoch auch möglich, dass Knoten 8 seine Adresse ebenfalls geändert hat, wenn er seine eigene AREQ-Nachricht ausgesandt hat, auf die Knoten 2 geantwortet hat. In der Tat können beide Knoten ihre Adressen geändert haben, entweder als Reaktion darauf, dass beide AREP-Nachrichten ausgesandt haben, und/oder durch Empfangen einer AREQ mit der gleichen IP-Adresse.
  • Eine standardmäßige NS-Nachricht ist in 5a dargestellt. 5b zeigt ein Beispiel der Struktur einer AREQ-Nachricht der oben beschriebenen Ausführungsform. Die AREQ-Nachricht ist eine modifizierte Nachbarankündigungs-(NS)-Nachricht mit den zusätzlichen Markierungszeichen M und N. Das Markierungszeichen M gibt an, dass die NS-Nachricht eine spezielle, für DAD verwendete Ausführung ist. Das Markierungszeichen N wird verwendet, um anzugeben, dass die MS-Nachricht als Teil eines DAD-Prozesses verwendet wird, der aufgrund der Vereinigung der beiden Netze erfolgt. Die beiden Markierungszeichen sind im empfangenen Abschnitt der standardmäßigen NS-Nachricht enthalten. Außerdem wird die Sprunggrenze von 255 auf einen Parameter modifiziert, der mit dem Durchmesser des Ad-hoc-Netzes korrespondiert, um Mehrsprung-Konnektivität zu ermöglichen. Die Zieladresse bleibt unverändert als die „Multicast-Adresse für alle Knoten". Die Quelladresse ist standortlokal und wird mit einer zufälligen Adresse mit dem standortlokalen Präfix, dem MANET_INITIAL_PREFIX (FEC0:0:0:FFFF::/96), gebildet. Diese Adresse wird nur einmal während des anfänglichen Tests verwendet, um zu bestimmen, ob die vorläufige Adresse eindeutig ist. Obwohl die potenzielle Zahl von verschiedenen Adressen vergleichsweise klein ist, da die Adressen nur übergangsweise zur Bereitstellung einer Rückkehradresse für die zu sendenden AREP-Nachrichten verwendet werden, besteht eine relativ geringe Möglichkeit einer Duplikation.
  • Wenn ein Knoten sich von einem Netz trennt, kann er dies entweder abrupt durchführen, ohne die anderen Knoten über seinen Weggang zu informieren, oder sanft mit der entsprechenden Information. In beiden Fällen gibt es keine Reaktion von dem Knoten auf weitere Adressanforderungen. Als eine weitere Option kann die oben beschriebene Anordnung eine begrenzte Dauer oder einen Leihmechanismus ähnlich dem in DHCP verwendeten enthalten. In DHCP werden Adressen mit einer zeitlich festgelegten Leihdauer zugewiesen, die nach einer gewissen Dauer abläuft, wenn sie nicht erneuert wird. Dies vermeidet, dass Adressen, die nicht verwendet werden, effektiv nicht verfügbar sind. Wenn daher die vorbestimmte Zeit für einen Knoten ausläuft und keine Aktualisierungsnachrichten (z. B. Begrüßungsnachrichten) von dem Knoten empfangen wurden, können seine Nachbarn annehmen, dass er sich aus dem Netzbereich bewegt hat oder dass der Knoten heruntergefahren ist.

Claims (22)

  1. Verfahren zum Steuern eines Knotens in einem Netz, umfassend: Speichern einer Netzkennung, die das Netz angibt, mit dem der Knoten assoziiert ist; Empfangen (S61) einer Nachricht von einem anderen Knoten und Extrahieren (S62) einer Netzkennung aus der Nachricht, die das Netz angibt, mit dem der sendende Knoten assoziiert ist; Vergleichen (S65) der empfangenen Netzkennung mit der gespeicherten Netzkennung; und Ausführen (S66) eines Duplikatadressdetektionsprozesses in dem Fall, dass die gespeicherte Netzkennung von der empfangenen Netzkennung verschieden ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Duplikatadressdetektionsprozess Senden (S67) einer Adressanforderungsnachricht für Empfang durch andere Knoten enthält, wobei die Adressanforderungsnachricht ein Markierungszeichen zur Kennzeichnung enthält, dass der von dem Knoten ausgeführte Duplikatadressdetektionsprozess ein Ergebnis davon ist, dass die empfangene Netzkennung von der gespeicherten Netzkennung verschieden ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend Empfangen einer Adressanforderungsnachricht, die von einem zweiten Knoten übertragen wurde, und Bestimmen, ob diese Nachricht ein Markierungszeichen zur Kennzeichnung enthält, dass ein Duplikatadressdetektionsprozess von dem zweiten Knoten als ein Ergebnis davon ausgeführt wird, dass der zweite Knoten eine Netzkennung empfangen hat, die von einer von ihm gespeicherten Netzkennung verschieden ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, weiterhin Initiieren eines Duplikatadressdetektionsprozesses als Reaktion auf den Empfang einer Adressanforderungsnachricht, die das Markierungszeichen enthält, umfassend.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Start des Duplikatadressdetektionsprozesses um eine Zeitperiode verzögert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Zeitperiode zufällig bestimmt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei, nachdem ein Duplikatadressdetektionsprozess als Reaktion auf den Empfang einer Adressanforderungsnachricht, die das Markierungszeichen enthält, initiiert wurde, Adressanforderungsnachrichten, die für eine Zeitperiode danach empfangen werden, keinen Duplikatadressdetektionsprozess initiieren.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, weiterhin Weiterübertragen von empfangenen Adressanforderungsnachrichten für Empfang durch andere Knoten umfassend.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, weiter umfassend: Beachten des Empfangs einer Adressanforderungsnachricht und Speichern einer Aufzeichnung der Adresse des Knotens, von dem die Nachricht ausging, und Verhindern der Weiteübertragung von Adressanforderungsnachrichten in dem Fall, dass eine Adressanforderungsnachricht, die von demselben Knoten ausging, bereits weitergeleitet wurde.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin Ermitteln der Netzkennung aus einer Nachricht, die von einem anderen Knoten empfangen wurde, umfassend.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin Erzeugen der Netzkennung selbst umfassend.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin Warten für eine vorbestimmte Zeitperiode umfassend, um festzustellen, ob Nachrichten, die eine Netzkennung enthalten, von einem anderen Knoten empfangen werden, und, wenn keine derartige Nachricht empfangen wird, Ausführen des Erzeugungsschritts.
  12. Endgerät zum Anschließen an ein Netz, um einen Knoten zu bilden, umfassend: einen Speicher zum Speichern einer Netzkennung, die das Netz angibt, mit dem der Knoten assoziiert ist; einen Empfänger zum Empfangen von Nachrichten von anderen Knoten und Extrahieren einer Netzkennung aus den Nachrichten, die das Netz angibt, mit dem der sendende Knoten assoziiert ist; einen Komparator zum Vergleichen einer empfangenen Netzkennung mit der gespeicherten Netzkennung; und eine Steuerung zum Ausführen eines Duplikatadressdetektionsprozesses in dem Fall, dass der Komparator anzeigt, dass die gespeicherte Netzkennung von der empfangenen Netzkennung verschieden ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung während des Duplikatadressdetektionsprozesses angepasst ist zum Senden einer Adressanforderungsnachricht für Empfang durch andere Knoten, wobei die Adressanforderungsnachricht ein Markierungszeichen zur Kennzeichnung enthält, dass der von der Steuerung ausgeführte Duplikatadressdetektionsprozess ein Ergebnis davon ist, dass die empfangene Netzkennung von der gespeicherten Netzkennung verschieden ist.
  13. Endgerät nach Anspruch 12, wobei der Empfänger zusätzlich empfangene Nachrichten überwacht, um zu bestimmen, ob eine von einem zweiten Knoten übertragene Adressanforderungsnachricht empfangen wird, die ein Markierungszeichen enthält, um anzugeben, dass ein Duplikatadressdetektionsprozess von dem zweiten Knoten als ein Ergebnis davon ausgeführt wird, dass der zweite Knoten eine Netzkennung empfangen hat, die von der von ihm gespeicherten Netzkennung verschieden ist.
  14. Endgerät nach Anspruch 13, wobei die Steuerung einen Duplikatadressdetektionsprozess als Reaktion auf den Empfang einer Adressanforderungsnachricht, die das Markierungszeichen enthält, initiiert.
  15. Endgerät nach Anspruch 14, wobei der Start des Duplikatadressdetektionsprozesses um eine Zeitperiode verzögert wird.
  16. Endgerät nach Anspruch 15, wobei die Zeitperiode zufällig bestimmt wird.
  17. Endgerät nach Anspruch 14, 15 oder 16, wobei, nachdem ein Duplikatadressdetektionsprozess als Reaktion auf den Empfang einer Adressanforderungsnachricht, die das Markierungszeichen enthält, von der Steuerung initiiert wurde, die Steuerung die Initiierung von einem weiteren Duplikatadressdetektionsprozess als Reaktion auf empfangene Adressanforderungsnachrichten für eine Zeitperiode danach verhindert.
  18. Endgerät nach einem der Ansprüche 13 bis 17, weiter umfassend einen Sender zum Weiterübertragen von empfangenen Adressanforderungsnachrichten für Empfang durch andere Knoten.
  19. Endgerät nach Anspruch 18, wobei der Speicher auch angepasst ist, um eine Aufzeichnung der Adresse des Knotens, von dem eine Adressanforderungsnachricht ausging, zu speichern, und wobei der Sender in dem Fall, dass eine Adressanforderungsnachricht, die von demselben Knoten ausging, bereits empfangen und in dem Speicher gespeichert wurde, daran gehindert wird, empfangene Adressanforderungsnachrichten weiter zu übertragen.
  20. Endgerät nach einem der Ansprüche 12 bis 19, weiter umfassend einen Extraktor zum Ermitteln einer Netzkennung aus einer Nachricht, die von einem anderen Knoten empfangen wurde, und Speichern der Netzkennung in dem Speicher.
  21. Endgerät nach einem der Ansprüche 12 bis 19, weiter umfassend einen Erzeuger zum Erzeugen einer Netzkennung und Speichern der Netzkennung in dem Speicher.
  22. Endgerät nach einem der Ansprüche 12 bis 19, weiter umfassend: einen Extraktor zum Ermitteln einer Netzkennung aus einer Nachricht, die von einem anderen Knoten empfangen wurde, und Speichern der Netzkennung in dem Speicher; und einen Erzeuger zum Erzeugen einer Netzkennung, wobei der Erzeuger für eine vorbestimmte Zeitperiode wartet, um festzustellen, ob der Extraktor Nachrichten empfangen hat, die eine Netzkennung enthalten, und der, wenn keine derartige Nachricht empfangen wird, eine Netzkennung erzeugt und die Netzkennung in dem Speicher speichert.
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