無線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容量。因此，Internet的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議往往通過使用較多鏈路帶寬來減少路由器的處理和存儲資源的耗費，即強(qiáng)調(diào)相鄰路由器對等實體之間的水平通信，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)處理能力和存儲空間相對較高。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)點間水平方向的通信。跨層設(shè)計方法正是這種設(shè)計原則的一種具體體現(xiàn)，它通過增加協(xié)議棧各層之間的垂直交互來減少協(xié)議層對等實體之間的水平通信(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。
3 跨層設(shè)計方法的特點
通過對傳統(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。
首先，通過協(xié)議棧的信號傳播方法效率不高(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上的目標(biāo)。這將導(dǎo)致不必要的處理和傳播時延。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健Ｒ虼?，會?dǎo)致不必要的處理和傳播時延。
其次，信號的信息格式，即對上行和下行的動態(tài)信號來說不夠靈活，也對各個節(jié)點內(nèi)外的不同信號來說不夠優(yōu)化，而且，所需要的信號格式應(yīng)該是更豐富的信今方式，而不是簡單的跨層暗示(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)。舉例來說，激活應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層之間的直接通信，而不需通過中間層(傳輸層)。雖然這種方法對原有的分層協(xié)議棧來說并不是不能使用，但它僅僅作為異常情況出現(xiàn)，而不是設(shè)計為一般處理應(yīng)有的功能。又如GSM中，第三層實體RRM(Radio Resource Management)直接訪問物理層。網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間的一個專門的API被定義在一個軟件模擬器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傳播中。這一特性的概念如圖2所示。下面是對協(xié)議棧傳播時延的簡單分析：本文引用地址：http://2s4d.com/article/153712.htm
對于消息一層一層傳播的方法，兩層間的上行(或反過來)傳播時延，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)時，兩者才沒有區(qū)別。
3．2 消息格式
對內(nèi)部消息傳播，沒有必要使用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，它通常都很繁瑣和低效，特別是對網(wǎng)絡(luò)中差錯控制的傳播。內(nèi)部信號傳輸使用ICMP消息，除了大IP報文頭(對IPv4來說20字節(jié))，一個普通的ICMP報文頭本身是8字節(jié)，所需的校驗字段為2字節(jié)，占了25％。因此，縮減額外的報文頭和將字段最小化可以將內(nèi)部消息格式簡單化。雖然報文頭壓縮技術(shù)正在發(fā)展，但這仍然是另一個領(lǐng)域的問題。從本質(zhì)上來說，交互消息只需要目的地址、事件類型、事件內(nèi)容等三個字段。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字節(jié)并假設(shè)事件內(nèi)容字段占2字節(jié)，整個消息大小為4字節(jié)。類似的，檢查一個IPv4封裝的、有8字節(jié)報文頭和2字節(jié)內(nèi)容的ICMP消息，整個消息大小為30字節(jié)，是“輕量”消息的7．5倍。引入一個可選字段Next Event，消息也可以用累計的方式傳播。
對于外部消息，ICMP可以用于一般消息，而TCP／IP報文頭則可用于較短的通告。
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