基于NDIS的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研究和實現(xiàn)

吳義三咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院　（咸寧437100）

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基于NDIS的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研究和實現(xiàn)

吳義三
咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院（咸寧437100）

摘要隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信快速發(fā)展，對于無線電的研究越來越深入，建立起無線電通信平臺也迫在眉睫。NDIS基礎(chǔ)上提出NMP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，對于Mesh無線電網(wǎng)絡(luò)推廣具有積極意義。本文針對NDIS架構(gòu)進(jìn)行分析，針對Mesh無線電網(wǎng)絡(luò)特點進(jìn)行分析，對NMP協(xié)議進(jìn)行了實際應(yīng)用研究，并搭建起NMP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)性能測試，進(jìn)而表明Mshe協(xié)議的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞無線Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；實現(xiàn)；NDIS中圖分類號：TN915.03

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-3319（2016）01-00030-02

無線電Mesh網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)前比較先進(jìn)有效的通信技術(shù)，其具有優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)特征可以直接作為無線網(wǎng)絡(luò)接口。無線Mesh隨著時代的發(fā)展其被廣泛應(yīng)用于各個方面甚至一些網(wǎng)絡(luò)公司正在積極研制無線網(wǎng)絡(luò)通信平臺，逐漸適應(yīng)當(dāng)前流行的Windows網(wǎng)絡(luò)平臺應(yīng)用。以往很多都不是在Windows網(wǎng)絡(luò)平臺上應(yīng)用，但是實現(xiàn)Windows平臺無線網(wǎng)絡(luò)的需求也越來越大。本文基于NDIS的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行研究，從基礎(chǔ)概念性問題進(jìn)行分析再到無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，為相關(guān)研究同仁提供借鑒。

1　基本概念簡介

1.1NDIS介紹

NDIS即網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動接口規(guī)范，其主要目的時為NIC制定出標(biāo)準(zhǔn)的AP接口。介質(zhì)訪問的時候通過NIC來實現(xiàn)編程接口互訪，由于NIC驅(qū)動封裝了所有硬件，而NDIS可以提供函數(shù)庫供應(yīng)高層協(xié)議驅(qū)動調(diào)用和MAC驅(qū)動調(diào)用。采用NDIS規(guī)范接口可以為驅(qū)動提供更加便利的調(diào)用流程和安全。NDIS目前可以支持主流的三種驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)程序：（1）網(wǎng)卡驅(qū)動程序；（2）中間驅(qū)動程序；（3）協(xié)議驅(qū)動程序。NDIS可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序運行開發(fā)環(huán)境創(chuàng)建，然偶通過調(diào)用NDIS中的函數(shù)來實現(xiàn)接口數(shù)據(jù)交換，進(jìn)而使得網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動與操作系統(tǒng)分平，進(jìn)而實現(xiàn)無線通信。這種工作模式有利于提升程序編寫人員的效率，還可以通過封裝開發(fā)來減少軟件設(shè)計開發(fā)的工作量，為實現(xiàn)輕松開發(fā)提供可靠性保障［1］。

1.2Mesh協(xié)議介紹

Mesh網(wǎng)絡(luò)即無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)，屬于一種多跳網(wǎng)絡(luò)同時也是解決無線互聯(lián)問題的關(guān)鍵性技術(shù)。Mesh網(wǎng)絡(luò)對于下一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和演進(jìn)具有非常重要的作用，同時也是Mesh和其他網(wǎng)絡(luò)建立起通信的重要紐帶。Mesh網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代化的礦井中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，并且在國內(nèi)各個公司之間實現(xiàn)無線通信。如煤礦井下的無線通信應(yīng)用，由于井下環(huán)境非常復(fù)雜，常規(guī)的通信技術(shù)已經(jīng)無法滿足要求，且不利于安全施工若遇到斷電或者塌方問題則很容易出現(xiàn)通訊中斷，井上將無法聯(lián)系到井下人員，對于井下狀況不甚了解也不利于救援工作開展［2］。

2　NDIS架構(gòu)層次

NDIS架構(gòu)與外界和上下層的接口為TDI，TDI作為API核心組成，其根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸接口來規(guī)范Windows程序接口請求包，并將其發(fā)給協(xié)議驅(qū)動層。針對TDI進(jìn)行傳輸層接口進(jìn)行劃分，其可以將網(wǎng)絡(luò)API的實現(xiàn)與協(xié)議分開，以此來實現(xiàn)API不同協(xié)議功能。NDIS作為協(xié)議驅(qū)動最高協(xié)議，可實現(xiàn)與微端驅(qū)動數(shù)據(jù)交互，協(xié)議驅(qū)動程序主要用于關(guān)注NDIS包收發(fā)請求。每個NDIS包都會對應(yīng)相應(yīng)數(shù)據(jù)包，協(xié)議驅(qū)動程序主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)包處理、接收、發(fā)送以及緩沖等功能。中間程序可實現(xiàn)簡單的數(shù)據(jù)過濾處理，因此很多程序開發(fā)商還將其用于防火墻開發(fā)。值得一提的是NDIS下端微端口需要遵循NDIS框架的網(wǎng)卡驅(qū)動，并且由網(wǎng)卡廠商提供主要功能，進(jìn)而實現(xiàn)網(wǎng)卡接收和發(fā)送處理［3］。

2.1NDIS接收函數(shù)和以太網(wǎng)幀對應(yīng)性

NDIS函數(shù)讓自己的開發(fā)協(xié)議程序，開發(fā)過程中必須構(gòu)建自己的協(xié)議字，并通過函數(shù)端口注冊協(xié)議字。協(xié)議字中包含很多可自動觸發(fā)回調(diào)的函數(shù)，這些函數(shù)則需要自己實現(xiàn)。最為基本的回調(diào)函數(shù)主要分為ReceiveHandler和ReceivePackageHandler以及其他類型的函數(shù)，這些函數(shù)之間通過網(wǎng)卡接收數(shù)據(jù)包。ReceiveHandler作為必要函數(shù)，同底層的網(wǎng)卡驅(qū)動調(diào)用的函數(shù)相對應(yīng)，每次收到的數(shù)據(jù)包必須立即處理。如圖1所示DIX為常見的以太網(wǎng)幀的接收情況，通過NDIS作為工作數(shù)據(jù)需要以太網(wǎng)幀的幀校驗序列和前導(dǎo)碼。將以太網(wǎng)幀頭函數(shù)放入到HeaderBuffer中，然后通過LooKAheadBuffer接收和存放這些數(shù)據(jù)。

3　基于NDIS的無線Mesh協(xié)議設(shè)計

NMP協(xié)議作為本次基于NDIS無線Mesh協(xié)議，其屬于一個完整的協(xié)議包含了數(shù)據(jù)管理、認(rèn)證、鏈路維護(hù)、路由、握手以及流控等多個方面，其實現(xiàn)了查詢統(tǒng)計、動態(tài)配置以及ping等API接口。NMP作為無線Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，NMP支持著多個無線多跳的網(wǎng)狀組網(wǎng)方式。NMP可以通過以太網(wǎng)代理來實現(xiàn)組網(wǎng)，使得用戶在不做任何修改的前提之下通過NMP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)任何網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。

無線Mesh協(xié)議通過在線鏈路層實現(xiàn)通信路由功能，同時也將路由網(wǎng)絡(luò)分為了兩種模式，其一為兩層模式；其二為三層模式，而NMP則被設(shè)置為二層協(xié)議模式。為了進(jìn)一步實現(xiàn)二層協(xié)議和NMP協(xié)議之間最大兼容可能，將NMP協(xié)議封裝入以太網(wǎng)幀之中，然后選取二層協(xié)議未曾使用的類型值作為識別NMP幀。無線Mesh協(xié)議中控制報文的時候，必須要根據(jù)實際載體信息，然后攜帶各種信息在CU中進(jìn)行分類。報文通過上層外部數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，然后通過NMP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但是這類型的數(shù)據(jù)包必須要具備標(biāo)識能力，否則將難以在網(wǎng)絡(luò)中流經(jīng)暢通。

4　編碼實現(xiàn)以及測試

基于NDIS的無線Mesh協(xié)議實現(xiàn)的時候，主要以Windows系統(tǒng)作為開發(fā)和性能測試環(huán)境。性能測試的時候?qū)NF文件配置好，然后將SYS文件在可控面板中進(jìn)行選項卡安裝和改進(jìn)。NMP協(xié)議可支持各種NDIS規(guī)范網(wǎng)卡，因此在選擇網(wǎng)卡的時候既可以選擇TP-Link，也可以選擇D-Link作為試驗網(wǎng)卡。NMP協(xié)議的性能測試將采用NMP協(xié)議的黑名單機(jī)制，首先使用命令將未被測試的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點放入黑名單之中；其次黑名單中的節(jié)點不能夠作為相鄰節(jié)點，且節(jié)點運行過程中不能夠單跳互訪。

針對NMP協(xié)議進(jìn)行性能測試的時候，選用6臺PC作為測試儀器；測試的主要內(nèi)容為：測試網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、測試環(huán)境部署、測試網(wǎng)絡(luò)通信情況，最后以此來排除功率的衰減影響。選取的6臺電腦部署均要部署得相當(dāng)近，多跳的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則是利用黑名單機(jī)制模式所建立，無線網(wǎng)卡均被設(shè)置為Adhoc模式，并且一同連入無線網(wǎng)絡(luò)之中。

5　結(jié)語

NDIS將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)和下層網(wǎng)絡(luò)分開，因此網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開發(fā)過程中將會得到極大限制。本次試驗采用NDIS無線Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)作為研究重點，分析了網(wǎng)絡(luò)運行過程中的狀況以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境架設(shè)情況。為了架設(shè)完整的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，必須要具有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基本功能之外，還應(yīng)該支持網(wǎng)絡(luò)動態(tài)配置和查詢。經(jīng)過研究NMP協(xié)議可以在Windows平臺下做無線Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用功能支持，必須在今后的工作中不斷改善和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。本文通過NDIS的無線Mesh協(xié)議的基本概念和實現(xiàn)研究，以期與參與無線網(wǎng)絡(luò)研究同仁共同交流。

參考文獻(xiàn)

［1］謝宗思.淺議基于WLAN的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究與實現(xiàn)［J］.信息通信，2015，06：211-212.

［2］張翔，汪文勇，黃鸝聲，黃外流.動態(tài)源路由協(xié)議DSR在NDIS架構(gòu)中的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.計算機(jī)應(yīng)用研究，2009，06：2220-2223.

［3］楊孟珂，楊亞濤，白中英.基于HWMP協(xié)議的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議研究［J］.微電子學(xué)與計算機(jī)，2009，12：4-8

（責(zé)任編輯：文婷）