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论文《基于ad hoc网络的服务质量分析

2020-01-20 10:07

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  Ad hoc网络的前身是分组无线网(Packet Radio Network)。在Ad hoc网络中,结点具有报文转发能力,结点间的通信可能要经过多个中间结点的转发,即经过多跳(MultiHop),这是Ad hoc网络与其他移动网络的最根本区别。结点通过分层的网络协议和分布式算法相互协调,实现了网络的自动组织和运行。目前的移动通信大多需要有线基础设施(如基站)的支持才能实现。为了能够在没有固定基站的地方进行通信,一种新的网络技术——Ad Hoc网络技术应运而生。Ad Hoc网络不需要有线基础设备的支持,通过移动主机自由的组网实现通信。Ad Hoc网络的出现推进了人们实现在任意环境下的自由通信的进程,同时它也为军事通信、灾难救助和临时通信提供了有效的解决方案。

  Ad hoc网络又称为多跳网络(multi-hop network)、无固定网络设施的网络(infrastructure less network)自组(self organization)网,自愈网或是对等网,它是一种逻辑意义上的组网方式,即强调在不依赖基础网络设施的前提下由一定范围内的移动终端动态的建立可以互联的网络。同时它还将现有的主要网络中广泛应用的中央控制管理的功能进行分布式处理,由网络各个节点同步完成,从而提高了网络抗干扰,抗故障的能力,也使其成为在许多特殊场合进行网络互联应用的主要方案。

  Ad Hoc网络是一种没有有线基础设施支持的移动网络,网络中的节点均由移动主机构成。在Ad Hoc网络中,当两个移动主机(如图1中的主机A和B)在彼此的通信覆盖范围内时,它们可以直接通信。但是由于移动主机的通信覆盖范围有限,如果两个相距较远的主机(如图1中的主机A和C)要进行通信,则需要通过它们之间的移动主机B的转发才能实现。因此在Ad Hoc网络中,主机同时还是路由器,担负着寻找路由和转发报文的工作。在Ad Hoc网络中,每个主机的通信范围有限,因此路由一般都由多跳组成,数据通过多个主机的转发才能到达目的地。故Ad Hoc网络也被称为多跳无线所示。

  Ad Hoc网络可以看作是移动通信和计算机网络的交叉。在Ad Hoc网络中,使用计算机网络的分组交换机制,而不是电路交换机制。通信的主机一般是便携式计算机、个人数字助理(PDA)等移动终端设备。

  Ad Hoc网络不同于目前因特网环境中的移动IP网络。在移动IP网络中,移动主机可以通过固定有线网络、无线链路和拨号线路等方式接入网络,而在Ad Hoc网络中只存在无线链路一种连接方式。在移动IP网络中,移动主机通过相邻的基站等有线设施的支持才能通信,在基站和基站(代理和代理)之间均为有线网络,仍然使用因特网的传统路由协议。而Ad Hoc网络没有这些设施的支持。此外,在移动IP网络中移动主机不具备路由功能,只是一个普通的通信终端。当移动主机从一个区移动到另一个区时并不改变网络拓扑结构,而Ad Hoc网络中移动主机的移动将会导致拓扑结构的改变。

  Ad Hoc网络协议主要包括网络接入层协议(MAC)和路由协议。不同层次的协议由于所完成的功能不同,所以具有不同的测试指针。在网络测试中,要合理评价网络性能必须充分考虑不同层次的协议在性能上的差别。同时,对于不同的网络应用来说,各个层次协议性能对网络整体性能的影响也不尽相同。

  Ad Hoc网络性能测试按照网络功能层次进行区分,主要分为以下三个方面的内容:通信终端物理性能测试,接入层协议测试和路由协议测试。

  通信终端种类很多,包括数字电台、PDA、移动笔记本电脑等等。不同的无线终端由于硬件配置不同,其物理性能也不尽相同。物理性能测试内容主要包括:

  * 数据发送速率:即终端设备可支持的最大传输带宽,对于多信道系统而言,还需要测试最大可用带宽。

  * 传播距离:即设备的通信范围,主要与终端的发送功率,接收门限(信噪比)有关。多跳网络中,传播距离会对网络的拓扑关系产生重大的影响,也是MAC层协议设计通常需要考虑的问题[2][3],也是影响网络吞吐量的因素之一。

  * 差错控制能力:无线信道通常是不可靠信道,所以需要相应的差错控制能力,保证在一定的信道误码率下,可以完成正常数据通信。

  网络接入层(MAC)解决了隐终端和暴露终端的问题[2][3]。MAC层协议的性能会直接影响网络的整体性能。MAC层协议是Ad Hoc网络组网协议的基础,也是网络结点通信的第一步,只有高效、公平、有序地组织网络中的所有通信结点的链路层通信能力,才能保证上层网络互联协议(路由协议)的正常运行。网络接入层性能测试内容主要有:

  * 接入时延:结点从有数据需要发送到数据的实际发送的时间间隔。是反映单个结点接入效率的重要参数,但是不能反映网络整体性能。

  * 网络吞吐量:接入协议的性能还体现在网络吞吐量上,由于无线网络数据帧的碰撞会导致所有的发送方都要退避一段时间,然后重新发送数据,这就必然对系统的吞吐量产生影响。

  * 优先级:网络中的结点按照优先级排序,优先级高的结点比优先级低的结点有更低的平均接入时延,这一点在同时承载数据业务和话音业务的网络中显得尤为重要。

  * 公平性:优先级然保证了优先级高的结点有更低的接入时延,但是网络接入协议还必须同时保证优先级低的结点不会“饿死”,同等优先级的结点还要有相同或接近的接入时延参数。

  路由协议的任务是维护网络拓扑,为结点之间的通信提供及时准确的路由信息,保证报文按照协议所提供的路径正确到达目的结点。针对现有Ad Hoc网络路由协议的特点,性能测试主要包括以下几个方面:

  * 端到端时延与吞吐量:路由协议所处理的是源结点到目的结点之间的路径选择信息,所以源结点到目的结点之间(端到端)的行为最直接的测试内容就是时延和吞吐量。但是,这两个参数都与MAC层协议的效率直接相关。

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