一种AdHoc网络时延估算模型
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. 实验仿真
在物理层, 使用直接序列 0 9:%% 2 进行扩频, 9:%% 的相关 参数如表 + 所示。
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" 引言
36 4+7 网络是一组自治的移动节点或终端的集合 1 这些 节点之间通过形成一个多跳的临时性无线自治网络以无中 心的方式来维持通信。在 36 8+7 网络中 1 每一个节点同时承 担主机和路由器两种角色 1 整个网络的控制通过各个节点之 间进行分布式的控制。因为节点通信范围的限制1 两个要交 换信息的主机可能不能直接进行通信 1 因而需要其他节点帮 助转发数据包 1 通过多跳路径到达目的节点。 当前 36 4+7 网 络 9+: 保障的研究逐渐成为热点 1 而时延对于主要用于实时 业务的网络来说尤为重要。由于 36 4+7 网络的多跳性和无 线网络的特点 1 网络节点密度 1 网络 规模和信道传输带宽等对系统时延 影响很大。
表 + 9:%% 相关参数 1..4 LM@N "!" LM@N +"5 LM@N ++" LM@N O ;:J H?<E?I +48 LM@N O ;:J H?<E?I ++" LM@N O ;:J H?<E?I + "N 38"N "5"N +"5"N
在路由层, 笔者使用 R%# (. ) 路由协议, R%# 协议在节点利 用缓存保留备份路由, 当原路由发生断裂时, 就调用缓存里面 的其他路由, 极大的减小路由重建的时间。 仿真时间为 "8SMQ, 通过仿真得出在这种慢移动的 节点的最大移动速度为 +S & N, 情况下路由发生中断概率很小, 数据包的传输率在 66U 以上, 符合模型的要求。 仿真网络范围 388 - 388S , 节点传输半径为 平均跳数为 +* 4 跳V 信道传输率为 +FLAN 。 "38S, 图 . 为固定数据源的个数为 +4 个, 改变发包速率情况下 的时延。图 1 为固定发包速率为 . 个 & 秒, 改变源的个数情况 下的时延。从图 .、 图 1 可以看出当源的个数较少, 发包速率 较小的情况下, 模型计算出的结果和仿真结果十分吻合。 当源 的个数较多, 发包速率较大的时候, 由冲突造成的时延增加, 导致理论计算出的结果比仿真结果要小, 但误差很小。
如图 + 所示, 让 / - 0/1234 5 !,6234 5 0,17,8#( # 为传 播时延, 一个数据包被成功的发送需要的时间为 / 9: - ’9% 5 %;<% 5 # 5 69% 5 %;<% 5 # 5 / 5 # 5 %;<% 5 # 5 ,6$ 5 #;<% 5 # 系统的服务速率为: "+ 9: $.! " $" (+ > $ ) ". (3 ) 012
收稿日期: #$$% & $’ & ## 。 由 ()) *+,+-+ 公司基金项目资助。 詹 义 . 男 "/!0 年生 1 硕士研究生。研究方向为移动通信、 路由技术、 接入技术。 王春江:男 "/!2 年生, 博士研究生。研究方向为无线通信网、 路由技术、 接入技术。 3*45, 网、 刘元安:男, 北京邮电大学博士生导师。 高锦春:女, 北京邮电大学副教授。
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了冲突占用的时间。 图 " 表示采用 #$% & ’$% 和不采用 #$% & ’$% 的一次冲突所占用的时间。
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业务从发送到接收的时延为: ? - * - ?: (5 ) (6 ) (+ ) 的结果带入公式 得: 将公式 7 ?9: . * . " % (%>!.*.) .9 .!.’
系统的利用率为: $(4 )
由 ! " # & + 模型可知, 数据包平均等待队长为 / 7= (! ) 图 . 不同发包速率下的时延 (下转第 66 页 )
平均每一跳时延为 / ・ !"・
流量发生器端口 # 充当学习端口, J 充当测试端口, .充 当监视端口。首先, 清空被测设备的地址表。然后, 流量发生 器端口 # 以低于设备地址学习速率的速度连续发送一定数 图 ) 线端阻塞的测试配置 ([&8U78$ H8<>>B8<) QL Y 前向压力 根据 \[.11/Y 定义 O 前向压力是设备试图增强其转发 性能而背离或违背标准协议的一种方法。 以太网交换机可能 会在两种情况下实施前向压力。在冲突环境下, 以太网交换 机通过禁用或中断二进制退让算法来强占传输介质; 在拥塞 环境下,以太网交换机通过减少最小帧间隙,以超过介质允 许的极限速率的方式发送数据帧来缓解过载状态, 释放饱和 的输出队列。 前向压力是以一种不公平的方式获得对信道的 占有权。实际网络中应杜绝这种行为。 前向压力的测试方法也很简单。 流量发生器的两个端口 使 以高于线速的 Y0] 同时向被测设备一个端口发送数据帧, 其拥塞。观察被测设备是否以超线速转发数据帧, 若存在这 种现象, 表明设备存在前向压力行为。 QL X 地址缓存能力和地址学习速率 根据 \[.11/Y 定义, 地址缓存能力是指在无泛洪或丢帧 的情况下,设备正确转发数据帧时所支持的每个端口 ( 每个 地址学习速率是 模块 ( 每个设备缓存的最大 A#. 地址数目。 指在无泛洪或丢帧的情况下,设备能够学习新的 A#. 地址 所支持的最大学习帧速率。 地址缓存能力反映设备对交换网 络规模的适应情况,若地址表深度越大,则设备支持的站点 数越大, 对网络的适应能力越好。过小的地址表将会影响网 络的性能。 地址学习速率反映设备对交换网络变化的适应能 力。快速的地址学习速率更能适应网络崩溃后的重启、 大量 用户站点同一时间登录网络这类突发事件。 测试配置如图 1 所示。
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(+8 ) 利用公式 , 在各个参数确定的情况下, 可以对业务的平 均时延进行估算,可以看出当信道传输率很大的时候,9: 会 (6 ) 公式 化简为 很小, 括号内可以近似为 " , 图 " 冲突过程 文献 ( " ) 给出了冲突发生的概率公式, 由于一次冲突与 一次数据包传输相比时间很短,而且发生概率很小,引起的 时延可以忽略。 "* " 排队模型 当系统的带宽不变,节点发送数据包的大小不变,分布 服从参数为 ! 的泊松分布时,因为每个数据包服务时间一 定, 可将这种情况等效成一个 ! " # & + 排队模型。当传输半 径内有 $ 个这样节点发送数据,由于泊松分布的可叠加性, 可以等效成数据包到达服从参数为 $!,每个包服务时间一 定 ! " # & + 排队模型。 对于这个排队模型的求解关键是要定出参数 ! 和服务 速率 "。现在考虑在面积为 % 范围内随机分布着 & 个节点, 节点的传输半径是 ’( 有 ! 个节点是业务源, 每个源每秒发 送 ) 个数据包,每对链接的平均跳数为 *( 信道传输率为 +。 整个网络平均每秒发送和接收数据包的个数为: ,," - !- *- ) 每秒发送和接收数据包: ".!.*.) !& 每个节点传输半径范围内节点的个数为: $& . ! . ’" % (. ) (" ) (+ ) 每个节点平均每秒发送数据包的个数为整个网络平均
算模型1 并通过仿真对其进行了验证。通过此模型可以对不同网络情况的时延进行估算 1 从而有效地指导网络规划。 【关键词 】36 4+7 网络
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停止发送后, 这时流量发生器 目源 A#. 地址变化的学习帧, (学习帧当着广播帧被泛 端口 J、 . 应收到相同数目的学习帧 洪) 。 接着, 流量发生器端口 J 也以低于设备地址学习速率的 速度发 送同样 数目的 目的 A#. 地 址为 上一次 学习 帧中源 从发送学习帧到发送 A#. 地址的测试帧。停止发送。注意, 测试帧的整个测试时间必须控制在 A#. 地址老化之前。最 后,检查流量发生器监视端口 . 总共收到的帧数目,若超过 原学习帧或测试帧数目, 则用 1 倍学习帧数目减去监视端口 . 收到的帧数目,结果即为被测设备的地址表深度;若等于 原学习帧或测试帧数目,再一次清空被测设备的地址表,增 加学习帧数目,重复上一次过程,直到监视端口 . 收到帧的 总数目超过原学习帧或测试帧数目。 怎样测试设备的地址学 习极限速率呢? 方法同上, 在得知地址表深度这一参数后, 以 一定的速率发送小于地址表深度的学习帧, 然后检查监视端 口 . 总共收到的帧数目,若超过原学习帧或测试帧数目,则 减小学习帧和测试帧的发送速率, 直到监视端口 . 未收到泛 洪的测试帧, 即端口 . 收到同样数目的学习帧或测试帧。精 确的测试结果可通过专门的测试软件测得。
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# 时延估算模型
在 36 4+7 网 络中由 于节 点移 动性可能造成拓扑变化 1 路由重建 1 从而引起时延抖动。 这里 主要针对不同网络情况下时延的估计 1 考虑的模型相对稳 定 1 由路由重建而引起的时延抖动可以忽略。
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图 " 成功传输一个数据包的过程 图 " 中 C3DE53* 是由路由层传下来的数据包, C4D 86F 和 -3, 86F 分别是物理层和 -3, 层的包头。 由于使用了 ?): @ ,):1 冲突只能在 ?): 阶段发生, 减少
#; " 0$#; "" 协议中的数据发送过程 由于无线环境的特点 1 当两个节点进行通信时 1 周围的 节点也会受到干扰。因此 1 0$#; "" 协议
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的分布协调功能
(*,>) 采用载波检听冲突避免方法 1 当一个节点发送数据时 1 在其传输半径范围内的其它节点不允许通信。 为了解决隐终 端问题, 当节点检测到链路 0$#; "" 协议采用 ?): @ ,): 机制, 空闲一个 *A>: 时间后, 便发送一个 ?): 包, 目的节点探测这 个 ?): 包以后, 经过一个 :A>: 时间, 返回一个 ,): 包。发送 者收到 ,): 后,经过一个 :A>: 时间后,开始发送数据, 目的 (3,B) 节点收到数据后, 再经过一个 :A>:, 发送确认信息 1发 送者收到确认信息后, 一次发送完成。过程如图 " 。
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一种 36 4+7 网络时延估算模型!
詹 义 王春江 刘元安 高锦春
(北京邮电大学电信工程学院, 北京 "$$0!R )
【摘
要 】分析了在慢移动情况下影响 36 4+7 网络时延关键因素, 提出了一种基于 0$#; "" 的 36 4+7 网络时延估 0$#; "" 慢移动 时延
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" 引言
36 4+7 网络是一组自治的移动节点或终端的集合 1 这些 节点之间通过形成一个多跳的临时性无线自治网络以无中 心的方式来维持通信。在 36 8+7 网络中 1 每一个节点同时承 担主机和路由器两种角色 1 整个网络的控制通过各个节点之 间进行分布式的控制。因为节点通信范围的限制1 两个要交 换信息的主机可能不能直接进行通信 1 因而需要其他节点帮 助转发数据包 1 通过多跳路径到达目的节点。 当前 36 4+7 网 络 9+: 保障的研究逐渐成为热点 1 而时延对于主要用于实时 业务的网络来说尤为重要。由于 36 4+7 网络的多跳性和无 线网络的特点 1 网络节点密度 1 网络 规模和信道传输带宽等对系统时延 影响很大。
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在路由层, 笔者使用 R%# (. ) 路由协议, R%# 协议在节点利 用缓存保留备份路由, 当原路由发生断裂时, 就调用缓存里面 的其他路由, 极大的减小路由重建的时间。 仿真时间为 "8SMQ, 通过仿真得出在这种慢移动的 节点的最大移动速度为 +S & N, 情况下路由发生中断概率很小, 数据包的传输率在 66U 以上, 符合模型的要求。 仿真网络范围 388 - 388S , 节点传输半径为 平均跳数为 +* 4 跳V 信道传输率为 +FLAN 。 "38S, 图 . 为固定数据源的个数为 +4 个, 改变发包速率情况下 的时延。图 1 为固定发包速率为 . 个 & 秒, 改变源的个数情况 下的时延。从图 .、 图 1 可以看出当源的个数较少, 发包速率 较小的情况下, 模型计算出的结果和仿真结果十分吻合。 当源 的个数较多, 发包速率较大的时候, 由冲突造成的时延增加, 导致理论计算出的结果比仿真结果要小, 但误差很小。
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在 36 4+7 网 络中由 于节 点移 动性可能造成拓扑变化 1 路由重建 1 从而引起时延抖动。 这里 主要针对不同网络情况下时延的估计 1 考虑的模型相对稳 定 1 由路由重建而引起的时延抖动可以忽略。
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