無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)跨層QoS保證的方法與應(yīng)用探析
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圖1所示是Internet協(xié)議和Ad Hoc跨層等兩種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則圖。其中固定Internet的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫菧?zhǔn)靜態(tài)的，相鄰路由器之間的鏈路帶寬充足，網(wǎng)絡(luò)的瓶頸是路由器的處理能力和存儲(chǔ)容量。因此，Internet的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議往往通過(guò)使用較多鏈路帶寬來(lái)減少路由器的處理和存儲(chǔ)資源的耗費(fèi)，即強(qiáng)調(diào)相鄰路由器對(duì)等實(shí)體之間的水平通信，以盡量減少路由器內(nèi)協(xié)議棧各層間的垂直通信(如圖1(a)所示)。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的鏈路帶寬和主機(jī)能量非常稀少，并且能量主要消耗在發(fā)送和接收分組上，而主機(jī)處理能力和存儲(chǔ)空間相對(duì)較高。為了節(jié)省帶寬和能量，在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)該盡量減少節(jié)點(diǎn)間水平方向的通信。跨層設(shè)計(jì)方法正是這種設(shè)計(jì)原則的一種具體體現(xiàn)，它通過(guò)增加協(xié)議棧各層之間的垂直交互來(lái)減少協(xié)議層對(duì)等實(shí)體之間的水平通信(如圖1(b)所示)，協(xié)議棧中各層協(xié)議在邏輯上是耦合的，因而減少了不必要的水平通信所造成的資源浪費(fèi)。
3 跨層設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)
通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的分層體系結(jié)構(gòu)的研究，可以確定現(xiàn)有層間通信方法的一些主要缺點(diǎn)。
首先，通過(guò)協(xié)議棧的信號(hào)傳播方法效率不高(例如ICMP方式)。一層一層傳播的方法只是僅僅遵循了數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｊ?。因此，中間層必須被涉及到，即使消息源層和目的層才是事實(shí)上的目標(biāo)。這將導(dǎo)致不必要的處理和傳播時(shí)延。傳統(tǒng)的層間通信必須相鄰，逐層傳播的方法僅僅遵循數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｊ?。因此，?huì)導(dǎo)致不必要的處理和傳播時(shí)延。
其次，信號(hào)的信息格式，即對(duì)上行和下行的動(dòng)態(tài)信號(hào)來(lái)說(shuō)不夠靈活，也對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)外的不同信號(hào)來(lái)說(shuō)不夠優(yōu)化，而且，所需要的信號(hào)格式應(yīng)該是更豐富的信今方式，而不是簡(jiǎn)單的跨層暗示(Cross-layer hints)和通知(notifications)。
因此，本文給出了一種跨層設(shè)計(jì)的方法，希望使其成為一種高效率、靈活和包容性好的機(jī)制。它具有如下特性：
3．1 不相鄰層間的直接信令傳輸
跨層設(shè)計(jì)方法的基本思想是打破層排序的制約，但保留層結(jié)構(gòu)(layering structure)。舉例來(lái)說(shuō)，激活應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層之間的直接通信，而不需通過(guò)中間層(傳輸層)。雖然這種方法對(duì)原有的分層協(xié)議棧來(lái)說(shuō)并不是不能使用，但它僅僅作為異常情況出現(xiàn)，而不是設(shè)計(jì)為一般處理應(yīng)有的功能。又如GSM中，第三層實(shí)體RRM(Radio Resource Management)直接訪問(wèn)物理層。網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間的一個(gè)專門的API被定義在一個(gè)軟件模擬器GloMoSim中。同樣的法則也可應(yīng)用在基于軟件的真實(shí)世界的應(yīng)用中。顯然，這一機(jī)制也應(yīng)用在相鄰層間的信號(hào)傳播中。這一特性的概念如圖2所示。下面是對(duì)協(xié)議棧傳播時(shí)延的簡(jiǎn)單分析：本文引用地址：http://m.ptau.cn/article/153712.htm
對(duì)于消息一層一層傳播的方法，兩層間的上行(或反過(guò)來(lái))傳播時(shí)延，其第一層(源層，不一定是物理層)和第n層(目的層，本情況中1n≤5)可以用公式表達(dá)為：
與逐層傳遞相比，不相鄰層間的直接信令傳輸?shù)膫鞑r(shí)延只有前者的1／(n-1)。層數(shù)越多，它就越有意義。只有當(dāng)n=2(相鄰層間傳播信號(hào))時(shí)，兩者才沒(méi)有區(qū)別。
3．2 消息格式
對(duì)內(nèi)部消息傳播，沒(méi)有必要使用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，它通常都很繁瑣和低效，特別是對(duì)網(wǎng)絡(luò)中差錯(cuò)控制的傳播。內(nèi)部信號(hào)傳輸使用ICMP消息，除了大IP報(bào)文頭(對(duì)IPv4來(lái)說(shuō)20字節(jié))，一個(gè)普通的ICMP報(bào)文頭本身是8字節(jié)，所需的校驗(yàn)字段為2字節(jié)，占了25％。因此，縮減額外的報(bào)文頭和將字段最小化可以將內(nèi)部消息格式簡(jiǎn)單化。雖然報(bào)文頭壓縮技術(shù)正在發(fā)展，但這仍然是另一個(gè)領(lǐng)域的問(wèn)題。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，交互消息只需要目的地址、事件類型、事件內(nèi)容等三個(gè)字段。其中，目的地址包括目的層和目的協(xié)議或應(yīng)用程序；事件類型用于標(biāo)志一個(gè)參數(shù)；事件內(nèi)容主要是參數(shù)值。
如果為目的地址和事件類型各分配一個(gè)字節(jié)并假設(shè)事件內(nèi)容字段占2字節(jié)，整個(gè)消息大小為4字節(jié)。類似的，檢查一個(gè)IPv4封裝的、有8字節(jié)報(bào)文頭和2字節(jié)內(nèi)容的ICMP消息，整個(gè)消息大小為30字節(jié)，是“輕量”消息的7．5倍。引入一個(gè)可選字段Next Event，消息也可以用累計(jì)的方式傳播。
對(duì)于外部消息，ICMP可以用于一般消息，而TCP／IP報(bào)文頭則可用于較短的通告。
評(píng)論