基于Batman-adv的自组网系统设计与实现

信息系统工程 │ 2019.5.20

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SYS SECURITY 系统安全

摘要：论文设计了一种基于Batman-adv的无线自组网系统，将Batman-adv协议嵌入Openwrt系统中，经编译下载至自组网节点，实现了多个节点开机组网功能，并通过实验对基于Batman-adv的自组网系统进行了可行性验证，实验结果表明，基于Batman-adv的自组网系统能够实现无线节点的快速组网和高效部署。

关键词：Batman-adv；Openwrt；自组网

一、前言

自组网是由一系列无线移动节点组成的动态的多跳自组织的网络，相对于现有的网络而言，其不依赖于预设的基础设施，具有移动性、无中心性、拓扑架构动态变化等特点，是目前研究的热点方向[1-3]。无线自组网通信的链路可靠性，都要求网络具有建立和维护稳定有效的路由信息[4]，路由算法作为实现无线网络的基础，目前主要的路由协议有AODV、Babel、DSDV、DSR、HSLS、ZRP、OLSR、OSPF 等，但由于低功耗有损网络（Low-Power and Lossy Networks，LLN）的特点，上述路由协议并不能满足面向低功耗的无线自组网的需求[5]。而Batman-adv 路由协议在吞吐量、时延、CPU 负载和路由开销等方面有更好的性能表现[6-7]，同时耗费资源少，对硬件要求低，特别适合嵌入式应用。本文基于Batman-adv 作为自组网的路由协议，研究了基于Batman-adv 协议的快速组网方法，通过在Openwrt 上移植Batman-adv 协议，并下载到AR9344路由器，实现了自组网系统开机快速组网的功能。

二、基于Batman-adv 的自组网系统设计

本系统主要由AR9344路由器、Openwrt 固件及PC 机组成，将Batman-adv 嵌入Openwrt 系统中，并将编译后的固件下载到AR9344路由器，在PC 端进行相关配置，即可实现无线节点自组网。

（一）Batman-adv 在Openwrt 上的移植

Opemwrt 是一款基于linux 的开源嵌入式操作系统，拥有强大的网络组件和扩展性能，具有高度模块化、自动化的特点，本文基于Opemwrt 进行系统移植。在Openwrt 中，Batman-adv 同时支持有线网络接口和无线网络接口，在将接口设置为Batman-adv 模式之后，所有网络接口的数据都会被转发到bat0接口进行处理，并给这些接口需要配置相应的IP 地址即可运行。Batman-adv 协议在内核中会监听通过bat0接口的MAC 地址，根据MAC 地址决定转发数据包的目的地址，进而实现路由功能。

Batman-adv 在Openwrt 上的移植及配置过程如下：首先对无线网卡进行设置,修改mac80211.sh文件,模式设为adhoc，无线设为自动开启状态，将batnet 网络接口加入到wireless 中。主要代码如下：

Set wireless.radio${devidx}.disabled=0

Set wireless.default_radio${devidx}.ifname=adhoc0Set wireless.default_radio${devidx}.network=badnet

Set wireless.default_radio${devidx}.mode=adhoc Set wireless.default_radio${devidx}.ssid=mesh 然后，修改config_generate文件，设置bat和batnet两个网络接口，bat 设置为桥接，选择static 的协议规则，mtu 设置为1500，batnet 的mtu 设置为1560。具体代码如下：

Generate_bat_network(){Set network.bat=’interface’Set network.bat.ifname=’bat0’Set network.bat.proto=’static’Set network.bat.mtu=’1500’Set network.bat.type=’bridge’Set network.bat.ipaddr=’172.16.6.3’}Generate_batnet_network(){Set network.batnet=’interface’Set network.bat.proto=’static’Set network.bat.mtu=’1560’’}（二）内核编译

Batman-adv 在Linux 系统中以内核驱动的方式运行，使用Batman-adv 开源程序源代码，在Linux 系统下进行编译，形成固件后下载到AR9344路由器操作系统中运行。具体操作是：首先执行make v=99命令编译生成具有自组网功能的固件OpenWrt-ar71xx-generic-mw4530r-v1-squashfs-sysupgrade.bin，然后将其下载到AR9344路由器中，在浏览器的网址栏输入192.168.1.1进入Luci （Openwrt Web 管理界面），在bat0接口下输入IP 地址，即可完成移植。

三、系统测试与结果分析

（一）实验环境搭建

此次实验搭建了一个包含3个节点的自组网系统，对基于Batman-adv 的自组网系统进行验证实验。自组网系统节点硬件实物如图1-a 所示，系统测试选择在办公楼内作为测试环境，A 是源节点，B 是中继节点，C 是目的节点。室内部署情况如图1-b 所示。

图1 系统实验硬件及实验部署图

基于Batman-adv 的自组网系统设计与实现

马新舒 唐 欣 李晓欢

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（二）测试结果与分析

首先测试从自组网系统开机到生成路由表的入网时间，方法是在数据接收端，将测试入网时间的代码写入开机启动脚本文件中，共计测试30次，最后取平均入网时间。如表1所示。

表1入网时间测试结果

实验次数最小入网时间最大入网时间平均入网时间3022.86s22.94s22.91s

如表1所示，最小入网时间为22.86s，最大入网时间为22.94s，平均入网时间为22.91s。实验结果表明，自组网系统组网时间短且稳定，可实现自组网系统的快速部署和高效组网。

在PC端登陆putty后输入ssh 192.168.1.1，使得Openwrt系统用SSH服务与PC端传递信息。为测试节点A（两跳）和节点B（一跳）的传输带宽和延时性能，本文在节点A和B处输入iperf -s使其工作在监听状态，在目的节点C处分别输入iperf -c -i 1 -t 100和ping 命令。本次实验测试共采集两次，每次采集30组数据，每隔1秒采集1组数据，并记录两次数据的平均值。带宽和延时数据如下表2和表3所示。

表2带宽测试结果

节点最小带宽最大带宽平均带宽

A 3.03Mb/s 9.44Mb/s7.01Mb/s

B13.6Mb/s21.0Mb/s18.2Mb/s

表3延时测试结果

节点最小延时最大延时平均延时

A 2.62ms 6.06ms 3.08ms

B 1.49ms 2.76ms 1.62ms

如表2和表3所示：A节点发送的数据经两跳后到达C节点的平均带宽为7.01Mb/s，平均延时是3.08ms。B节点发送的数据经一跳后到达C节点的平均带宽是18.2 Mb/s，平均延时为1.62ms，可满足网络拓扑缓慢的室内外无线网络传输需求。

四、结语

本文设计了一种基于Batman-adv路由协议的自组网系统，实现了多个自组网节点开机自动组网的功能，提升了自组网设备部署的快速性和便捷性，并对自组网系统的时延和带宽进行了验证性测试。实验结果表明，基于Batman-adv路由协议的自组网系统具备良好的短距离通信速率，适用于室内外低速移动节点的无线自组网的应用。H

参考文献

[1]孙澒椿.无线Ad-hoc网络平面移动模型及网络容量分析[D].兰州:兰州理工大学,2017.

[2]陈强伟,赵建华,杨雪芹.Ad-hoc网络路由协议分析及改进[J].舰船电子工程,2017(11):63-66.

[3]杜志文,陈虎.batman-adv协议在采煤机传感器控制中心无线通信系统中的实现[J].煤矿机电,2017(2):43-45.

[4]杨冕，秦前清.对传感器网络定位技术现状的研究[J].微机发展，2005, 15(3): 26-28

[5]马伟.基于无线传感器网络的室内定位系统节点的设计与实现[D].成都:电子科技大学,2013.

[6]王雷.一种基于batman的Mesh网络路由协议改进方法[D].大连:大连理工大学,2014.

[7]Aastikta Sharma,Dr. Narendran Rajagopalan. A Comparative Study of

B.A.T.M.A.N.and OLSR Routing Protocols for MANETs[J].2013,2(5):13-17.

（基金项目：国家自然科学基金（61762030）；广西创新驱动发展专项（桂科AA17204009、桂科AA18242021）；广西高校中青年教师基础能力提升项目（2018KY0830）资助；通讯作者：李晓欢 ）

（作者单位：马新舒、李晓欢，桂林电子科技大学信息与通信学院；唐欣，桂林电子科技大学信息科技学院）

（上接第79页）

体制都要逐渐完善，只有相对健全的管理体制，加强其管理力度，才能有利于我国地铁供电系统相关的有效管理。当然，相关管理任务的有效执行离不开工作人员认真严谨的工作，只有相关管理工作人员认真对待工作，严谨要求自己，对待问题实事求是，对于工作一丝不苟，以及谦虚求学、积极探索的学习态度，只有这样，才能真正的保障地铁供电系统的安全可靠。工作人员的恪尽职守、技术素质的专业服务、一切为民的思想态度、实践理论的完美结合，这些都是利于地铁供电系统运行可靠性做出新的突破。当然，只是加强对于相关管理工作人员的技术素质要求也是不够的，对于上文所提到的相关管理系统机制也要相对完善健全，并深入落实。以我国目前的地铁供电系统为例，相关工作人员的专业技术素质无法得到统一，同时对于技术工作人员的考核标准也不尽相同，这些对于其供电系统的正常运行来说都是一个个潜伏的安全隐患，迫切的需要解决。

因此，完善机制，加强考核，统一标准，强化素质，这些都是提高地铁供电系统安全可靠运行的有效措施。总而言之，就是要做到有关供电设备的可靠性保障，其中包括定期的进行供电设备检修管理工作，以及综合相关数据进行对供电设备的可靠性评估以及预判，只有这样才能对供电设备进行更深一步的管理检测，甚至于制定地铁列车行业其未来发展的宏伟蓝图。

三、结语

随着现代人们的生活水平不断提高，出行的交通方式也在逐渐发生改变，地铁，就是一项人们在新世纪所逐渐接受的新的交通方式，随着地铁的重要性愈发加强，对于地铁安全可靠性的把握一定要慎之又慎。只有对供电设备进行及时检查，对工作人员进行全面培训，并加强各方面的工作，这样才能在一定程度上缩减地铁事故的发生率，从而起到推动我国地铁列车事业的发展的积极作用。H

参考文献

[1]王学武.地铁供电系统可靠性和安全性分析方法研究[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2017(04):97-98.

[2]王鸿.地铁供电系统可靠性分析[J].技术与市场,2012,19(07):57-58.

[3]孙彰林,何颖.地铁供电系统可靠性设计[J].现代城市轨道交通,2006(01):14-16+8.

（作者单位：郑州市科技学校）

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