论文研究-Adhoc网络中动态阈值岭型函数退避算法.pdf

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无线自组织网络(Ad hoc)在MAC层中使用IEEE 802.11 DCF的接入机制来解决节点传输竞争问题,为了解决高负载环境下的网络拥塞状况问题,在退避算法中加入了动态阈值和岭型函数来降低数据传输的冲突概率并利用NS2对改进的退避算法进行网络仿真。仿真结果表明,相对于传统的退避算法,在负载较重的网络中改进后的退避算法大概能够提高网络性能20%左右,优化后网络的时延、吞吐量和公平性均得到明显改善。
第12期 刘涛,等:Adho网络中动态阈值岭型函数退避算法 4707 规则确定: 以及改进后的DR协议。 发送失败时WSE= min, CWma. CW x2+ 表1仿真参数 参数名 参数值 参数名 参数值 CH+Cw CH 仿真的平均持续时问/s 400 物理特征 跳频(FISS) -sin cwuax-C w win 信道速率/Mbps 实际节点个数n 发成功时, CW_SIZE=m(Cm,CWx(1+(0) 时隙长度/μs DIFS的值/μ5 CW.+CI MACnab 144 RTS门限/B NONE mas-CW. CH PHYyh 退避订数器RO=rand(0,CW 3.1时延 其中:CW_SZE为退避计数器的值;CWm、CWm分别为退避计 如佟1所示是不同数目活动节点时端到端延迟的变化曲 数器的最大值和最小值,是基于网络中节点数和信道负载能动 态变化的参数值。每次发生冲突时,退避计数器的值按照岭型 线,与预期的一样,延迟会随着活动节点数目的增加而提高,加 入了动态阈值的DR因为可以预测实时的网络状况而时调 分布增长到最大值。根据岭型分布函数,每次交互成功时,CW 整退避计数器阈值,从而避免了网络超载的状况一再出现。从 也不应该固定变化,可以考虑按照岭型分布动态减慢CW的变 化速度,在这里退避计数器的值选择CW 图1中可以看出,当活动节点数目增多时修改后的退避算法比 原先的常规退避算法延迟都有所降低。 TT CWn、+CWmn cW 与3.2吞吐量 CW这两个值中的较大值 如图2所示是不同数目活动节点吞吐量的变化出线。 2.4算法步骤 BEB的吞吐量最差,而MID由于取代了BEB中冲突成功时 a)估算出活动节点个数 CW直接降到CWm的做法,MILD有着较好的吞吐量,而加人 在退避过程中 了动态阈值的DR改进退避算法均有明显的改进,吞吐量提高 if检测到信道正忙时 」10%~20%。 退避计数器增加 4. 4F BEB BEB 退避过程结束 223/63 4.5MILD EIED 训算参数 忙碌时隙数量=退避计数器×α 1.5 数据包大小 2. 数据传输速度时隙大小 202530354045505560 总退避时隙数ⅳ=空闪时隙数+忙碾时隙数 活功节点个数 活功节点个数 u0(N,n)=空闲时隙数 图1不同数目活动节点的平均延图2不同数目活动节点的吞吐量 得到估计的活动节点数 3.3公平性 log(ao(N, n))-log(N) 公平性是BB算法中最严重的问题。。公平性指标是参 ) log(N) 考资源是否公平地分到各个节点的参考值,公平性指标的计 b)修改CW的门阈值 算为 CWmm=mst: CWmax =na )修改CW的值 g(y, y2 (20) 发送失败时,CW=min,n,CW3 n x 公半性指数通常在0~1,1代表完全公平,是理想状态。 + sIn 实验运行了20次,取平均值,实验结果如图3所示。 对图3进行分析,可以得到以下结论:在使用不同退遥算 发送成功时,CW=maxn 法的EEE802.11标准协议下,节点的公平性曲线是不同的 x CW BFB的效果最差,MID与FIFD就比较好一些,而DR在加入 动态阈值后,公平性都有提高,提高幅度最高在20%左右。 3实验与分析 0.4 木文在Ns2平台上进行模拟实验,考察新旧退避算法的 0.3 性能比较。实验的网络参数和相关参数的设置如下:网络屮安 品= BEB 排60个节点,随机分布在400×400m2的范围内。全部节点 EE 使用的是AOD路由协议,各个节点通信范围为100m,物理信 2530354045505560 道带宽为1Mbps。节点随机运动且移动速率最大为20m/s, 活动节点个数 图3不同数目活动节点的公平性由线 并且其中随机选择节点发送(HBR数据包,分组长度为512 bte,其他仿真参数如表1所示。仿舆实验比较了四种退避算4结束语 法协议的性能:采用BEB退避算法的802.11协议、采用MILD 不文分析了Adho网络屮三种常规退避算法的特点,针 退避算法的802.11协议、采用EIE退避算法的802.11协议, 下转第4714页) 4714 计算机应用研究 第27卷 数据包速率更是TAP算法的0.2倍左右,即广播纶询所发送控制了轮询的通信量。在实际应用环境中对本文算法和开发 的轮询数据包最少。 的数据采集器进行了测试,由测试结果可以得出:将该算法用 35 1广播轮痕 于三网合一环境下的网络管理,能有效缩短数据采集的周期 8.25 提高实时性,减少采集的数据通信量,降低网络负载。下一步 型 的工作将对采集到的设备和告警数据运用数据挖掘的方法进 行性能分析,以实现故障的预警 2468101214161820 参考文献: 时间/s 图3数据采集器界面 图4轮询数据包发送速率比较 [1 BEFKHUIZEN P, DENTENEER D, RESING J C. Reduction of a 如图5所示为三种算法在相同设备数量的情况下,分别对 polling network to a single node[J]. Queueing Systems Theory 其算法的轮询周期的比较,对不同网络状况下的实验发现TAP and Applications, 2008. 58(4): 303-319 算法的轮询周期大约是350~400s,而TTP算法的轮洵周期为 [2 LEE DC, PARK B, KIM K E, et al. Fast traffic anomalies detection 200~250s,然而广播轮询的轮询周期仅为100~150s,即同样 using SNMP MIB correlation analysis[ J]. Advanced Communica tion Technology, 2009, 1(1): 166-170 广播轮询的轮询周期最短。 [3 BOXMA O J, WAL van der J, YECHIALI U. Polling with balch 如图6所示为测试每种算法在接收并处理设备回复 serviceL J. Stochastic Models, 2008, 24(4): 604-625 SNMP信息时,对于数据吞吐量的比较,发现没有采用简单41AHNB,AHNs, CHUNG. Topological-order based dynam ic pol 的环形缓存策略的算法TAP和TTP对于数据的处理速度 ling scheme using biconnected component computation[J]. Future 明显比较慢,缓亻区的数据昋吐量明显低于广播轮询的方 Generation Computer Systems, 2004, 2(2): 275-282 式。在大约0~1s时,每种算法的缓存区吞吐量基本能达「51拦中杰,胡昌派,唐成华.网络安全设各畝障管理中智能轮询策 到一致,即此时缓存区都已满,但足采用自适应的并行处理 略的研究[J].计算机工程,2007,33(11):126-128 方法使得广播轮询能较快地消耗掉缓存区里的数据,即采〖6]张振彐,林卫明SNMP管理信息库的移动轮询[J.武汉理工 用白适应的并行处理缓存策略可以明显提高对于高速数据 大学学报,2002,26(3):33-340 的接收处理。 [7]蔡道家,基于SNMP的自陷的传递轮询算汰[J.汁算机工程 2007,33(11):273-275. 450 [8」任桥伟,杨树堂,一种基于SNMP网管系统的动态轸詢算法研究 [J].计算机应用与软件,2006,23(2):6-7 [9 GASPARY L P. BALBINOT L F. TAROUCO L R. A SNMP based platform for distributed stateful intrusion detection in enterprise net 2468l01214161820 02468101214161820 works[ J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communica 轮询次数 吋间/ 图5轮询周期比较 图6数据吞吐量比较 tons,2005,23(10):1973-1982 [10]祝延波,MB与网络管理[J].青海大学学报,2006,24(2):88 4结束语 L 11 MEI R D, WINA NDS E MM. Heavy traffic analysis of polling models 个文提出了一种基于广播SNMP的并行轮询算法,通过在 y mean value analysis[J. Performance Evaluation, 2008, 65(6 网段内广播、网段间轮询的多线程并行方式实现大规模的数据 7):400-416 采集,解次了网络融合环境下设备数量多、轮询实时性高的实12】三蕾,潘梁,吴国,等。基于数字广潘的大数据量接收与策略 际需求。该算法能及时发现设备增加和状态的变化,又有效地 「J.计算机工程,2008,34(24):233-237 (上接第4707页)对 Ad hoc网络中采用了BEB和MID以及[4」 VARDAKAS J S, SIDIROPOLLOS M K, LOGOTHETIS M D.Per FIFD退避算法的nCF机制的缺陷,将动态可变阈值结合岭型 formance behavior of ieee 802.11 distributed coordination function 函数加入到了MAC层中随机退避规程中。经实验结果表明 [J]. IET Circuits, Devices Systems, 2008. 2(1): 50-59 在负载较重的网络中,加人了动态阈值岭型函数的新退避算法5]何敏,刘心松,赵东风.移动 Ad hos网络MAC协议没计相关问题 的IEE802.11协议得到了明显的改进:降低了网终延迟,增 研究[J」.计算机应用研究,2006,4(3):304-306. 加了各个节点的吞吐量,并使公平性都有所提高,从而使网务61 CHAN YI- cheng, LIAO Ming-chun. Collision-aware backoff mecha- nisms for IEEE 802. 11 WLANs[ J. Journal of Convergence In 具有更好的性能。 formation Technology, 2010, 5(2): 88-100. 参考文献: [7 YANGX, NITIN H V A. Wireless MAC protocol using implicit pipe [1]吕娜,徐徳民,邹向毅.一种无线 Ad hoc网络MAC协议优化算法 lining[ J]. IEEE Trans on Mobile Computing, 2006, 5(3): 258 [J]计算机应用研究,2009,26(3):1026-1028 273. [2] DZMITRY K, FABRIZIO G.Crs- layer congestion control in Ad hoe:「8王振中,关媛,陆德,等,基于NS2仿真台的 Ad hoc新路由协 wireless networks J. Ad hoc Networks, 2006, 4(6): 687-708 议的模拟[J].计算机仿真,2007,24(4):139-144 3] DHANNSEKARAN S A, KRISHNAN N. Throughput enhancement of [9] SONG N, KWAK B J. JABINSONG L E. Enhancement of IEEE IEEE 802. 1l b distributed coordination function for heterogeneous traf- 802. 11 distributed coordination funetion wilh ex poential increase ex fic under noisy environment J. International Joumal of Automa ponential decrease backoff algorithm [C//Proc of the 57th TEEE tion and Computing, 2010, 7(1): 95-10 Semiannual Vehicular Technology Conference. 2003: 2775-2778

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