论文研究-一种Ad Hoc网络QoS路由算法研究 .pdf

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一种Ad Hoc网络QoS路由算法研究,郑四海,李腊元,本文在研究各种接纳控制算法的基础上,改进了一种适合于Ad Hoc网络QoS路由的接纳控制算法(AAC)。改进的AAC算法能对共享的可用资源进行�
山国武技文在线 http://www.paper.edu.cn req fh>3→han=3 (3) CC=h+h 因为在计算CC时,需要用到h和h,所以只有在节点收到RRFP消息后,CC才能 确定。此时,当前节点检査自己的可用带宽是否人于 cErAte,若满足,则它继续冋源节点 转发RREP报文。否则它丢充RREP报文。 利用这种策略可以建立一条满足特定的QoS要求的路由来进行数据传输。这种策略的 好处是不需要额外的信令机制,就能找到合适的QS路由。 23速率调控 由于一条路径上的CC值在每个节点可能是不同的,所以对流量产生的干扰必须作最大 化的考虑。若通信速率乘以路径中节点的最大竞争数CC的结果比可用带宽还大时,会话就 会被拒绝。因此,必须要对一条路由能接纳的QoS流的最大通信速率进行佔算。 定义2:一个节点实际能用到的带宽可以表示为 BW(i)=CC()×R×(1+MACm) 其中CC1)表示节点的竞争数;R表示通信速率;MACm表示MAC层的负载率 定义3:一条由源节点到目的节点用到的最大带宽是 By=max(CC(i)×R×(1+MAC。n) (5) BWnαx只是一个理论值,在实际操作中,通常用网络能提供的最大实际带宽BW1i来代 替。 定义4:一条QoS路由允许接纳的最大通信速率是: Bw lim 6) max (1+MAC)×CCmx 如果某QoS流的通信速率低于Rmx’则它能被AAC接纳,否则被拒绝。根据实际计算 结果而知,Rκ会随着跳数的增加而呈指数形式下降,也就是说跳数越少,可用带宽越多。 2.4路由维护 AAC利用AODV协议作为路由实现,对AODV协议的数据结构作了相应的打展。在 源节点发送数据之前先广播一个路由请求RRFQ( Route rcoμuest)报文,中间节点在收到 RREQ报文时向邻节点进行转发,同时建立一个反向的指向源节点的指针。当目标节点收到 路由请求时,建立一个路由应答RREP报文,并把它沿反向路由传送给源节点。源节点收到 RREP报文后就认为找到了一条到目标节点的路由,并开始传输数据 为了提供QoS保证,AAC对AODV的路由表和RREQ代REP报文结构进行了扩展。在 RREQ/RREP报文中增加了两个扩展域,分别是:会话ID,请求会话速率。通过对RREQ/RREP 报文的扩展,节点可以发现自己是否有足够的资溟用来接纳新的QoS沇。如果节点发现自 己没有足够的可用带宽接纳新的QoS流,它将丢弃已收到的 RREQ/RREP报文。如果节点 发现自己有足够的可用带宽接纳新的QoS流,则在RRFP报文转发时,路径上的每一节点 均会把会话特征保存在自己的路由表项中。为了要保存会话特征,必须在AODV的路由表 中増加一个会话对象域5:{ session ID, session rate, source id} 山国利技记文在线 http://www.paper.edu.cn 在AAC算法中,活动节点将保存每条QoS峰由的源节点的列表。因此,如果个活动 节点发现自己的可用带宽显著地下降以致于不能满足某一特定的QoS流的要求时,它将创 建一个包含有目的节点地址和会话ID等信息的 OoS LOST报文,把它发送到相应的源节点。 当源节点收到 QoS LOST报文时,首先取出 DoS LOST报文中月标节点的地址,然后在路由 表中找到)删除到这条路由表项,暂停本次QoS流的发送,同时发起一轮新的到目标节点 的会话请求(RREQ。 3.AAC算法实现 3.1路由表扩展 为了使得每个网络节点都支持QoS,些字段被加入到每个路由表的入∏中。这些添加 的字段主要有: (1)会话ID( Session id); (2)最大时延( Maximum Delay) (3)最小可用带宽( Minimum available bandwidth) (4)源端请求时延保证列表( List of Sources requesting Delay Guarantees) (5)源端请求带宽保证列表( List of Sources Requesting Bandwidth Guarantees) 32RREQ报文扩展 为了发现满足QoS参数的路径,必须添加个QoS对象扩展到RREQ中。节点发出 RREQ时附加一个QoS对象扩展在RRQ后。QoS对象扩展格式如图1。 1516 Length Qos Object (variable) Accumulated value 图1QoS对象扩展格式 累加值扩展格式提供沿着从起源点给当前处理RREQ的节点路径上的累积值的信息。 当节点需要计算QoS对象字段里给定的参数的累加值时,累加值扩展格式必须被附加在 RREQ上,该RREQ由广播QoS路由请求的节点发山,累积过程发生在从源节点丌始的每 个节点,这样可以让每一个下游节点或者目的节点察看是否符合所需的服务参数要求。图2 表示的是QoS路由的发现、维护的主要过程。 4 山国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 开始 RREQ 节点收到 RREP 消息类型 「带寬 可王带宽 LImit LOST LOST 带鬼 影节点 主带宽 .>Rats YES YES 广插REQ 丢弃RREQ 丢RRFF 转发RRE3 图2QoS路由流程图 33协议修改 主要是对NS2下的四个aodv、mac、 trace和 tools文件夹下的文件进行修女。修改的主 要文件有: (1) aodv aodv.cc、 aodv rtable.cc、 aodv. h、 aodv packet.h、 andy rtable h; 2)mac channel. cc, channel.h ()tools cbr traffic.cc, cbr traffic.h: (4)trace\cmu-trace cc, cmu-trace. h 用以上修改的文件覆盖原来的文件,同时,在NS2下运行 make clean: make depend make三个命令重新编详NS2 4.仿真与对比 台,提供一套模拟和测评现有网络协议的仿真工具,并能实现新协议的开发和研彩 仿真实验的平台是NS2。NS2是美国 DARPA支持的VNT项目的核心部分,主要由L CMU,UCB, USC/ISI, XCrOX Paro等大学和实验室合作开发。其目的是构造虚拟的网络平 在本次仿真实验中用到的是ns227版本。仿真场景为500×500,共30个节点,其中10对 连接,节点移动速度为10m/s,米用CBR数据流,发送速率为每杪180个包,仿真持续时间为 100秒。路由协议分别是Q0S-AODV和 AAC-AODV。 41协议性能评价标准 对于 Ad hoc网络路由协议的性能评价,通常是用以下三个尺度: (1)分组平均投递率( Packet delivery fraction):目的端收到的数据包数源端发送的数 据包数 (2)平均端到端的延迟( Average end-to- end delay of data packets);每个数据包从发送 端到目的端的时间和/的端收到的数据包数 (3)标准化路由开销( Normalized routing load):传递路由消息的数据包数/的端收 到的数据包数 山国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 42仿真结果分析 仿真试验完成后,分别对 QOS-AODV路由协议和AAC-AODV由协议产生的 frace文 件进行统计分析,最后利用 Colin Kelley和 Thomas williams开发的 gnuplot L具作图进行对 比。图3、4、5分别表示分组平均投递率、平均端到端的延迟、标准化路由开销。 从图3中可以看出,AAC-AODV比QoS-AODV的分组投递率有了明显的提高。由此 可见 AAC-AODV协议的数据包传输成功的机会多,服务质量要好得多。 图4中表明, AAC-AODV的平均端到端的延迟比QoS-AODV有了明显的减小。这说 明AAC-AODⅤ的接纳控制机制起了作用,它能找到一条合适的、满足要求的QoS路由 加快了数据包的传送;同时,它拒绝一些不能保证QoS服务的传输请求,从而保障了现有 的传输流的QoS服务,减小了数据传输的延迟。 图5中AAC-AODV的路由开销比QoS-AODV明显要小。这进步的说明,有了接纳 控制机制,可以减小对现有传输流的干扰,从而避免了一些重路由的发生;另外,拒绝那些 没有QoS保证的数据流的传输请求,也减小了很大一部分不必要的路由开销。 1 qas-a0dLj 5 9 r 6日 日—彐 1己区3斗区5团5区7 8团 51区 图3分组平均投递率 6 山国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 90=-a00 ,5 123区45区 区9_12区 r"巨 图4平均端到端的延时 8 T q 6H"aac-aod 34557E89区1 e(忌 图5标准化路由开销 5.结束语 实验证明,运用了改进的QoS路由协议AAC-AODV比没有用这种机制的QoS-AODV 在性能上有了很大的提高。在同样的数据流下, AAC-AODV的分组投递率要高,而它的端 到端的延迟和路山开销却都要小。这表明接纳搾制算法对 Ad Hoc网络的QoS路山有着积极 的作用。笔者将在这方面作出进一步的研究和改进。 7 山国利技记文在线 http://www.paper.edu.cn 参考文献 [1]陈林星,曾曦,曹毅移动 Ad Hoc网络.北京[M,电子工业出版社,2006:10-2 [2 L.oe, Reservation CSMA/CA for Qos Support in Mobile Ad I loc Networks, Lecture Notes in Computer Science[J], Vol. 3842, pp. 23 1-235, January 2006 R de renesse, M. Ghassemian, V. Friderikos, A.H. Aghvami. Adaptive Admission Control for Ad Hoc and Sensor Networks Providing Quality of Service[R]. Technical Report, UK, May 2005: 6-12 [4] Li Layuan, Li Chunlin. A hierarchical Qos multicast routing protocol for mobile ad-hoc networks. Chinese Journal of Electronics[J], 2006, 15(4): 573-577 [5 Ronan de renesse, Mona Ghassemian, Vasilis Friderikos, A. Hamid Aghvami. Qos Enabled routing in Mobile Ad I loc networks[R. Technical Report, UK, May 2005. 2-14 [6]徐雷吗,庞博.NS与网络模拟[M.北京,人民邮电H版社,2003:5-16 Research on Qos Based Routing algorithm for Ad hoc Networks Zheng sihai, Li dayuan Department of Computer Science, Wuhan University of Technology, Wuhan(430063) Abstract Ad Hoc networks are unpredictable by nature. Providing any kind of reliability for Qualily of Service (QoS)in such networks is challenging. Based on traditional Admission Control algorithm, This paper had improved Adaptive Admission Control(AAc)algorithm for Ad Hoc networks providing QoS Improved AAC can provide precise resource estimation and quality prediction for admission decisions, considering inherent wireless multihop communication characteristics, carrier sensing and mobility. At last, this paper realized it successfully with Aodv protocol in NS 2. According to the result of simulation, the anticipated outcome has been achieved Keywords: Ad Hoc networks; QoS; AODV; Admission Control 作者简介: 郑四海,男,硕士生,主要研究领域为高性能计算机网络: 李腊元,男,教授,博士生导师,主要研究领域为高性计算机网络和无线 Ad hoc网络。

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