應用于移動節(jié)點行為檢測的基于PPM中繼路徑構造

桂勁松，陳志剛

(中南大學 信息科學與工程學院，湖南 長沙，410083)

在無線接入網(wǎng)環(huán)境下，無線接入點的接入能力是有限的，尤其在面臨無線網(wǎng)絡多媒體應用的海量數(shù)據(jù)流時。在1個無線接入點的服務范圍內，若在線游戲、視頻會議、移動電視、P2P流媒體、交通監(jiān)控與執(zhí)法、電子醫(yī)療保健服務等應用的用戶數(shù)量過多，則接入請求負載將很可能超出無線接入點的接入能力。在高接入負載下，無線接入點需要優(yōu)先保證一些移動節(jié)點的接入服務請求，而推遲甚至拒絕另一些移動節(jié)點的接入服務請求。能夠得到優(yōu)先接入服務保證的移動節(jié)點應該是為無線接入網(wǎng)做出貢獻者，例如，為遠離無線接入點的移動節(jié)點中繼了數(shù)據(jù)；將接入負載較重的無線接入點區(qū)域的接入請求分流到鄰近負載較小的區(qū)域。行為表現(xiàn)惡意或極度自私的移動節(jié)點應該被列為拒絕服務范圍。其他情況的移動節(jié)點在無線接入點處于重負載時，其接入服務請求將被推遲。為了實現(xiàn)這樣的區(qū)分服務，首先需要檢測到移動節(jié)點的行為，然后，依據(jù)系統(tǒng)服務策略實施?，F(xiàn)有移動節(jié)點行為檢測的相關工作[1?6]大多是針對無線自組網(wǎng)環(huán)境進行研究的，典型的有：Watchdog檢測方案[1]建立在 DSR路由協(xié)議的基礎上，并設定移動節(jié)點工作在混雜偵聽模式下。移動節(jié)點發(fā)包之后，偵聽下一跳節(jié)點的通信。如果在設定時間內，沒有聽到該包被繼續(xù)傳送到路徑上的下一移動節(jié)點，那么認為下一跳節(jié)點自私丟包。但在不確定性沖突、接收方?jīng)_突、限制發(fā)送功率等情況下，監(jiān)視節(jié)點是不能確定下一跳節(jié)點是否成功發(fā)送了數(shù)據(jù)[1]。文獻[5]提出了一種基于 ACK 的自私丟包檢測方法 2ACK，其核心思想是傳輸路徑上的節(jié)點接收到數(shù)據(jù)包后返回ACK給2跳前的節(jié)點，從而可以對中間節(jié)點的傳輸行為進行判定。2ACK方法也建立在DSR路由協(xié)議的基礎上。盡管節(jié)點收到2ACK時能夠確定下一跳節(jié)點是合作的，但是，沒有收到2ACK時，不能判定下一跳節(jié)點自私丟包。另外，這種方法記錄的是行為不良的邊，但隨著節(jié)點的移動，這樣的邊可能隨之消失。文獻[6]提出了一種路由發(fā)現(xiàn)階段的行為檢測方法。其基本思想是基于鄰居的轉發(fā)包的數(shù)量與其自身產(chǎn)生包數(shù)量的統(tǒng)計關系。在通常情況下，自身產(chǎn)生包數(shù)量會遠遠小于需要其轉發(fā)包的數(shù)量。節(jié)點分別監(jiān)測過去一段時間內的鄰居轉發(fā)和生成的路由請求包數(shù)量，如果兩者比率超過一定門限，則認為鄰居是合作節(jié)點，否則認為鄰居是自私節(jié)點。上述思想在均勻業(yè)務條件下是成立，但是，在業(yè)務不均勻的情況下可能不成立。針對無線接入網(wǎng)環(huán)境，文獻[7]提出了一種網(wǎng)絡基礎設施上節(jié)點參與的移動節(jié)點行為檢測方法，不需要移動節(jié)點增加新功能，而檢測工作主要由基礎設施上的節(jié)點來完成。這些基礎設施上的檢測節(jié)點通過從無線接入點提供的路由請求包和數(shù)據(jù)包中提取的源路由信息作為檢測依據(jù)，因此，此方法是建立在DSR路由協(xié)議基礎之上的。DSR路由協(xié)議不需要路徑的中間節(jié)點維護路由表，但增加了數(shù)據(jù)包的包頭長度，相應地增加了網(wǎng)絡流量。而AODV路由協(xié)議則恰好相反。在局限于幾跳范圍內拓撲變化較頻繁的無線網(wǎng)絡中，DSR和AODV路由協(xié)議都較為常用。隨著無線多跳網(wǎng)絡中多媒體應用數(shù)據(jù)日益增長，包頭過長導致的額外開銷變得不可忽視，AODV路由協(xié)議相對短的包頭長度具有優(yōu)勢，因此，研究基于AODV路由協(xié)議的無線接入網(wǎng)環(huán)境下的移動節(jié)點行為檢測方法很有必要，而獲得類似于DSR源路由列表的中繼路徑是需要首先解決的問題。本文探討一種用于無線接入網(wǎng)移動節(jié)點行為檢測的基于 PPM(Probabilistic packet marking)的中繼路徑構造方法。在基于一種特定無線接入網(wǎng)背景，概述一種使用基于PPM構造的中繼路徑輔助移動節(jié)點行為檢測的方案后，闡述此中繼路徑的構造方法并進行仿真分析。

1 中繼路徑的移動節(jié)點行為檢測概述

本文研究問題的背景為一個自治的管理域內的無線接入網(wǎng)環(huán)境，移動節(jié)點移動速度局限于步行速度，能夠確保一定的端到端連接持續(xù)時間，如機場候機區(qū)、校園區(qū)域、會展場所等無線網(wǎng)絡環(huán)境中存在這類情況。圖1所示為1個簡單示例。在這樣的環(huán)境下，移動節(jié)點自己生成公私鑰對，并將公鑰與其身份一起向管理域注冊。注冊成功后，移動節(jié)點在此管理域擁有了唯一身份標識，并具備了對需要保密數(shù)據(jù)的加密以及對發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)字簽名等功能。

由于數(shù)據(jù)業(yè)務通信量在時間和空間上都是不均勻的，而無線網(wǎng)絡基礎設施的建設不太可能都按峰值來考慮，因此，一些無線接入點區(qū)域的接入請求負載可能超出其能力，而另一些則相對空閑的情況較為常見。處于擁塞無線接入點區(qū)域的用戶通過移動到非擁塞區(qū)域可以獲得更多的接入帶寬。此思想自首次被Satyanarayanan[8]描述后，一直受到研究人員的關注，并提出了各具特色的解決方案[9?11]。但這些方案的共同點是持有移動設備的用戶需要以獲得更多的接入帶寬為目標進行移動。在實際中，這可能與因其他目的而進行的移動存在方向上的沖突，或約束了用戶移動的自由。這時，移動節(jié)點間合作進行數(shù)據(jù)中繼，是均衡接入負載的一種有效方法。若圖1中無線接入點II處負載較重，而移動節(jié)點B和G愿意將部分接入請求分別中繼到無線接入點I和III處，則整個接入網(wǎng)的負載會相對均衡。移動節(jié)點的內存容量、處理器計算能力、電源等資源都十分有限，其行為常常表現(xiàn)出自私傾向，因此，系統(tǒng)無法確定自愿的中繼數(shù)據(jù)行為是否會發(fā)生，采用激勵機制是一種有效的解決方法。

在無線接入網(wǎng)環(huán)境下，移動節(jié)點訪問 Internet服務都要經(jīng)過無線接入點中轉，因此，在基礎設施上設置專門的服務器 S，移動節(jié)點只要參與了中繼上行數(shù)據(jù)包(從移動節(jié)點到Internet)的工作，其貢獻由無線接入點匯報服務器S進行處理并記錄其貢獻。移動節(jié)點注冊后，服務器S初始化其貢獻值為0。貢獻值不低于0的移動節(jié)點原則上都能得到接入服務，前提是無線接入點的接入服務能力不低于接入服務請求負載。當某無線接入點負載重時，無線接入點向服務器S咨詢接入服務請求者(即移動節(jié)點)的貢獻值，依據(jù)貢獻值確定處理優(yōu)先級。以此激勵移動節(jié)點在自己能力所及范圍內自愿為其他移動節(jié)點中繼數(shù)據(jù)來提升貢獻值，以增加自己請求接入服務的成功概率。這里的關鍵是如何獲得移動節(jié)點中繼數(shù)據(jù)的貢獻。

圖1 一種無線接入網(wǎng)環(huán)境Fig.1 A wireless access network environment

當采用DSR路由協(xié)議時，無線接入點收到的所有包中都含有源路由信息，其中包含路徑上的中間節(jié)點列表，無線接入點只要將中間節(jié)點列表以及此包的長度信息提交服務器S處理即可。然而，在采用AODV路由協(xié)議時，無法獲得中繼數(shù)據(jù)的中間節(jié)點列表，因此，本文通過借鑒 IP路由追蹤技術中概率包標記算法[12?14]的思想，移動節(jié)點在轉發(fā)數(shù)據(jù)包前，以一定概率將與自己 IP地址相關的信息填入數(shù)據(jù)包頭指定區(qū)域，無線接入點將收集到的數(shù)據(jù)包的包頭提交服務器S，由其根據(jù)一定數(shù)量的包頭中所含信息，依據(jù)一定算法構造出一條從數(shù)據(jù)包的發(fā)送源到無線接入點為目的地的路徑，從而獲得中繼節(jié)點列表。此方法只要求移動節(jié)點根據(jù)自身處理能力在經(jīng)過它且需要它轉發(fā)的上行數(shù)據(jù)包的相關域中添加上與自己 IP地址相關的信息即可，不增加任何新包。

移動節(jié)點根據(jù)自身能力，若決定參與中繼數(shù)據(jù)的工作，則只有參與尋路過程，才有機會出現(xiàn)在數(shù)據(jù)中繼路徑上。若移動節(jié)點在數(shù)據(jù)中繼路徑上，則除中繼上行數(shù)據(jù)流外，還要中繼下行數(shù)據(jù)流(從Internet到移動節(jié)點)。因為根據(jù)本文研究問題的背景(存在一定的端到端連接持續(xù)時間)，無需為下行數(shù)據(jù)流重新尋路，除非下行數(shù)據(jù)流傳輸時間超過端到端連接持續(xù)時間(這時通過無線接入點間協(xié)作，由離目標移動節(jié)點最近的無線接入點轉發(fā)，也許目標移動節(jié)點在此無線接入點直接通信范圍內或只需1個中間移動節(jié)點的中繼。若屬于這種情況，中繼路徑是確定的，無需另行求解)。對中繼下行數(shù)據(jù)流行為的檢測沒有上行數(shù)據(jù)流那樣便利，而且通常數(shù)據(jù)量也較上行數(shù)據(jù)量大，因此，中間節(jié)點為了節(jié)省能量，被丟棄的可能性很大。

要求無線接入點在轉發(fā)下行數(shù)據(jù)給目標移動節(jié)點時，必須將分組數(shù)據(jù)域進行數(shù)字簽名并附在其后面，并稱此數(shù)字簽名為分組印章，將它的一個副本同時提交給服務器 S。目標移動節(jié)點成功收到數(shù)據(jù)后，將分組印章發(fā)送給服務器S以示確認，于是，中繼路徑上的所有中間節(jié)點都獲得貢獻分。若服務器S在規(guī)定時間內未收到分組印章，則依次詢問中繼路徑上的中間節(jié)點以確定問題所在。服務器S首先詢問目標移動節(jié)點在中繼路徑上的鄰居，若此鄰居能提供其發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的幀頭(為防篡改，可加上數(shù)字簽名)和分組印章做證明，然后，服務器S詢問此鄰居的鄰居是否也能提供同樣的幀頭，若能，則說明此幀被發(fā)送，而且也被發(fā)送者的鄰居監(jiān)聽到，于是，認為發(fā)送者既然愿意消耗能量發(fā)送數(shù)據(jù)，而故意造成目標節(jié)點接收不成功的可能性較小，詢問就此結束，服務器S為中繼路徑上的所有中間節(jié)點增加貢獻分。否則，應按同樣的方法繼續(xù)沿中繼路徑朝無線接入點方向詢問下去，直至確定問題所在為止。對被認定為惡意行為可能性較大的中間節(jié)點給予懲罰，即扣除一定貢獻值。若移動節(jié)點的貢獻值低于0，則被列入拒絕服務名單。

由上可見，中繼路徑的獲得對服務器S的工作至關重要。下面重點研究如何在基于AODV路由協(xié)議的無線接入網(wǎng)環(huán)境下，根據(jù)上行請求數(shù)據(jù)包提供的信息，構造出參與數(shù)據(jù)中繼工作的中間節(jié)點列表，即中繼路徑。

2 基于PPM的中繼路徑構造

概率包標記技術標記的對象是經(jīng)過它的所有 IP包， IP首部可供包標記使用的空間十分有限。為了顯著減少路徑上邊和距離等信息所占用的空間量，將標記的信息分成多個塊，分別由不同IP包頭攜帶，由路徑構造者收集大量的包后再構造出 IP包所經(jīng)過的路徑。以收斂包數(shù)和收斂時間的相應增加來減少標記信息占用的空間。用于追蹤攻擊源的概率包標記技術所運用的環(huán)境是：(1)攻擊者發(fā)送包的數(shù)量大；(2)攻擊者和受害者之間的路徑十分穩(wěn)定。本文研究問題的背景與概率包標記技術應用于追蹤攻擊源的背景不同，其特點是：(1)本文只使用請求包數(shù)據(jù)構成的 IP分組序列來重構路徑，這樣的分組數(shù)量相對較少；(2)由于本文的目的是通過構造路徑來得到中繼節(jié)點列表，以方便為中繼節(jié)點記錄貢獻值，所以，在移動節(jié)點請求 Internet服務之初，要求能很快地構造出路徑并獲得中繼節(jié)點列表；(3)由于發(fā)起服務請求的移動節(jié)點和無線接入點之間的路徑不穩(wěn)定，一條路徑維持的時間有限，所以，需要周期性啟動路徑構造算法，以驗證中繼節(jié)點列表是否改變，若已改變，則要及時作出更新。因此，需要的路徑構造算法注重更加少的收斂包和更短的收斂時間。

依據(jù)文獻[12]，構造路徑長度為d 的路徑所需要的包數(shù)X滿足如下關系：

其中：p為對包進行標記的概率；d為路徑長度；E(X)為所需要包數(shù)的期望值。為了滿足所研究問題的需要，可以加大一個 IP包攜帶的標記信息量。因此，提出n(n＞1)次包標記方案，從概率上相當于每次都取n次，期望的包數(shù)X滿足如下關系：

對上式求p的一階導數(shù)(把d和n看為常數(shù))并令其等于0，得到：在p=1/d 時，X有最小值；當d=5時，有p=0.2，同時，取n=4，可知X大約為5；當d為2，3和4時，取p=0.2和n=4，可得X大約為1.00，2.00和3.40，非常接近各自的最小值(即0.69，1.85和3.28)。

移動節(jié)點訪問 Internet服務的顯著特點是請求包小，響應包大。盡管響應包能夠提供更多的IP分組，對構造較長的中繼路徑有利，但這只能由能量受限的移動節(jié)點(即發(fā)起訪問Internet服務的移動節(jié)點)來做。為了盡量減輕移動節(jié)點負擔，只能將構造工作放在無能量約束的基礎設施節(jié)點上，但它只能利用由請求包構成的IP分組序列。應用層的一次服務請求的數(shù)據(jù)量也許在網(wǎng)絡層使用一個IP分組就能承載，由上述分析可知，無法滿足構造數(shù)據(jù)包傳輸路徑的IP分組數(shù)量要求，因此，需要同一個發(fā)送源的后續(xù)請求包來湊足一定數(shù)量。

通常，訪問 Internet服務時發(fā)送多個請求的情況是很普遍的，例如，當訪問基于web的電子郵件系統(tǒng)時，首先發(fā)一個請求以得到交互頁面，然后通過此頁面提交用戶名和密碼，得以進入個人郵箱頁面，這時，可以點擊收件箱來得到收信頁面，然后，點擊需要收看的信，若是帶附件的信，則要點擊下載附件的鏈接。由此例可見，在這個會話中，依次發(fā)送了5個請求，得到了4個相對短的響應和1個相對長的響應。因此，利用同一用戶多次請求所形成 IP包序列中的標記信息，構造出較長的中繼路徑是可行的。對能維持一定的端到端連接持續(xù)時間的無線網(wǎng)絡應用場景，同一移動節(jié)點多個會話的數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡層走的是同一路由，上行分組流量也能確保中繼路徑在首次構造后，周期性重構以滿足驗證之需。例如，在網(wǎng)頁瀏覽或在線游戲中，用戶頻繁地點擊超鏈接會形成持續(xù)的上行流量。

圖2所示為 IP首部可以為人們所用的域。TOS(Type of service)域是用來表示服務類型或用作QoS服務，共8 bit。但在廣域網(wǎng)中通常被忽略，因此，此域可作他用。在本方案中，使用該域中的3 bit標記距離，1 bit標記數(shù)據(jù)包類型(例如，0為請求包，1為響應包)。IP首部的identification，flags和offset 3個域為IP包分片后方便重組而設置的，但現(xiàn)在的網(wǎng)絡應用一般都有自動MTU (Maximum transmission unit)協(xié)商的功能以防分片發(fā)生，因此，這3個域很少被使用，可作他用。在本文方案中，使用這32 bit記錄1個邊界 ID(edge ID)。IP首部有1個選項域，用來支持排錯、測量以及安全等措施，長度是可變的，從1個字節(jié)到 40個字節(jié)不等，其具體長度取決于所選擇的項目。若采用4次包標記，則需要采取長度為12個字節(jié)的選項域來記錄另3個邊界ID。由上述可見：對單個IP地址不再分片，利用了IP首部選項域的空間來加大單個IP分組的地址標記信息承載量，目的是為了加快構造路徑的速度。

圖2 用部分的IP包頭域作為標記域Fig.2 Using gray fields as marking fields in IP header

以4次包標記方案為例，若第2至第4次標記仍然以相同的概率進行標記，那么，實際概率將顯著變小。例如，當標記概率p為0.2時，第4次標記概率實際為 0.24=0.001 6，起不到實質的作用。所以，將策略調整為：如果數(shù)據(jù)包被標記，那么在接下來的至多連續(xù)3跳以p=1進行包標記。可以通過檢測距離域的值來確定是第幾次標記。在本方案中，沒有標記的包的距離域被置為NIL。如果檢測到距離域的值為0，說明此包已被標記了1次，就進行第2次標記，其余以此類推。若距離域為NIL，則按照概率p進行第1次標記。

圖1所示的所有移動節(jié)點(A～L)都運行一種包標記算法。當1個IP地址為MN的移動節(jié)點收到1個上行IP包(IP首部type域為0指示其為請求包數(shù)據(jù)，即上行IP包，見圖2)，而且從未標注過(IP首部dist域為NIL指示未曾被任何移動節(jié)點標注，見圖2)，則按照概率p進行第1次標記進行決策。若決策結果是標記，則將地址MN填入IP首部的FE域(見圖2)。若此移動節(jié)點發(fā)現(xiàn)dist域為0，則表明給它發(fā)送此IP包的鄰居已將自己的地址填入了 FE域，此時，它需要將自身 IP地址與鄰居的進行異或運算，并將結果(此結果表示自身與鄰居之間的邊)填入FE域，同時，自身IP地址被填入SE域以作為下一條邊的起點。dist域的值也需要加1，它表示此節(jié)點與首次標記此IP包的節(jié)點之間增加了1條邊的距離。類似過程持續(xù)至此IP包的最大標記次數(shù)或已到達無線接入點為止。若收到的IP包中dist域的值達到或超過最大標記次數(shù)，則以概率p進行標記決策。若決策結果是標記，則前面節(jié)點的標記信息被覆蓋，否則，只是將dist域的值增1。若此IP包被發(fā)送節(jié)點的鄰居標記后，未被后面節(jié)點覆蓋掉而順利到達目的節(jié)點，則dist域的值增1就是從發(fā)送節(jié)點到目的節(jié)點需要經(jīng)過的邊數(shù)。無線接入點將其收到的被標記的IP包提交服務器S進行路徑構造，其中單個IP包最多可標記4次的包標記算法偽代碼如圖3所示。

圖3 包標記算法偽代碼Fig.3 Pseudo code of packet marking algorithm

圖1所示的服務器S上運行一種中繼路徑構造算法。S以提交標記分組的無線接入點為基準點b，根據(jù)其提交的標記分組(具有相同的源IP地址)所含信息構造中繼節(jié)點列表L。這里的關鍵是將用于中繼路徑構造的所有標記分組根據(jù)其IP首部dist域的值排序，按從小到大的順序處理。在上面的包標記算法中，本文作者使用了1條邊的2個端點值的異或運算結果表示此邊的值。若知道了1條邊的值為x⊕y, 其中1個端點的值為x，則通過x⊕y⊕x可得到另一個端點的值y。圖4中與4次包標記算法配套的中繼路徑構造算法偽代碼中用到了這一點。

圖4 中繼路徑構造算法偽代碼Fig.4 Pseudo code of relay path construction algorithm

3 仿真結果與分析

在VC++6.0編程環(huán)境下，實現(xiàn)圖1中所示的服務器S、無線接入點、移動節(jié)點共3種模塊。其中：無線接入點位于圖1中IV處，與服務器S可直接通信，而與移動節(jié)點J，I，G，E，D，B和A形成線形拓撲結構，即無線接入點IV與J可直接通信，而與I通信則需要通過J中繼，其余以此類推。圖1中其他節(jié)點在本仿真中不存在。

首先，針對式(2)中標記概率p取不同值而n=4時，仿真收斂包數(shù)X隨路徑長度d的變化情況如圖5所示。然后，保持p=0.2而n取不同值時，仿真收斂包數(shù)X隨路徑長度d的變化情況如圖6所示。使用移動節(jié)點I向無線接入點IV發(fā)送IP包，可獲得d=2時的收斂包數(shù)X，而使用A向IV發(fā)送IP包，則可得到d=7時的收斂包數(shù)。從圖5可知：標記概率p越小，收斂包數(shù)隨路徑長度的變化越平緩，因此，取p=0.2能較好地適應路徑長度d的變化，而當路徑長度變化不大且不大于3時，適當增加標記概率有利于減少收斂包數(shù)。從圖6可知：標記次數(shù)n越大，所需收斂包數(shù)越少，但移動節(jié)點的平均標記工作量越大；當n取4時，與n取2或3時相比收斂包數(shù)減少幅度較大，而n取5時，盡管進一步減少了收斂包數(shù)，但減少幅度已不大。

設定移動節(jié)點發(fā)送請求包的間隔為10 s，仿真收斂時間隨路徑長度d的變化情況。標記概率p取不同值而標記次數(shù)n=4的情況如圖7所示。由圖7可見：p=0.2時的收斂時間變化很平緩，能適應較大的路徑長度變化，但在小于4跳的情況下，增大標記概率到p=0.5明顯減少了收斂時間；同時，在大于4跳的情況下，則又顯著增加了收斂時間。這可解釋為：當采用高標記概率且中繼路徑較短時，能更快地產(chǎn)生標記包，而被后面覆蓋的較少；但隨著路徑長度的增加，被覆蓋得更多，因此，需要更長時間來獲得足夠的被標記包。圖8所示顯示了保持p=0.2而n取不同值時的情況，其規(guī)律與圖6所示的規(guī)律相類似。

圖5 標記次數(shù)n=4而標記概率p取不同值時的收斂包數(shù)比較Fig.5 Convergence packets under n=4 and different marking probabilities

圖6 標記概率p=0.2而標記次數(shù)n取不同值時的收斂包數(shù)比較Fig.6 Convergence packets under p=0.2 and different marking frequencies

圖7 標記次數(shù)n=4而標記概率p取不同值時的收斂時間比較Fig.7 Convergence time under n=4 and different marking probabilities

圖8 標記概率p=0.2，標記次數(shù)n取不同值時的收斂時間比較Fig.8 Convergence time under p=0.2 and different marking frequencies

為了與利用DSR路由協(xié)議的源路由信息的方法進行IP包頭開銷的比較，實現(xiàn)基于AODV路由協(xié)議的中繼路徑構造3種方案：方案A(n=3,p=0.2)，方案B(n=4,p=0.2)，方案C(n=5,p=0.2)。同時，實現(xiàn)方案D(DSR源路由，協(xié)議頭格式參見文獻[15])。同樣設定移動節(jié)點發(fā)送請求包的間隔為10 s，運行時間為180 s，仿真4種方案下的IP包頭開銷隨路徑長度d的變化情況如圖9所示。從圖9可以看到：這3種方案的開銷明顯低于方案D的開銷。從圖10可以看到這3種方案的差別：當路徑長度在5跳以下時，方案C占優(yōu)；在5跳以上時，方案A占優(yōu)。這可解釋為：標記次數(shù)大的方案減少了前面標記的包被后面覆蓋的概率，因為一旦前面標記了，后面將以概率1添加而不是以概率 0.2覆蓋，這有利于減少收斂包數(shù)。當路徑路徑長度不超過某個值例如5時，標記次數(shù)大的方案因收斂包數(shù)少，而節(jié)省的包頭開銷優(yōu)勢大于其標記次數(shù)大帶來的包頭開銷大的劣勢，因而，總的開銷比標記次數(shù)小的方案的開銷少。當路徑路徑長度超過某個值時，效果則適得其反。

圖9 各種方案的IP包頭開銷比較Fig.9 Comparison of IP header costs in various schemes

圖10 本文方案放大后的情況Fig.10 IP header costs of our schemes after magnification for viewing

綜上所述，在本文方案中，當標記概率 p取 0.2時，收斂包數(shù)量和收斂時間隨路徑長度變化較平緩且平均性能較優(yōu)；當標記次數(shù)n取4時，收斂包數(shù)較少，收斂時間更短，同時移動節(jié)點標記工作量增加不多，能取得較好的折中。與基于DSR的方案相比，本文方案明顯節(jié)省IP包頭開銷，能夠較好地適應無線網(wǎng)絡多媒體應用環(huán)境。

4 結論

(1)提出了一種應用于無線接入網(wǎng)環(huán)境下移動節(jié)點行為檢測的中繼路徑構造方法。該方法要求移動節(jié)點以一定概率標記它中繼的包，一個專門服務器根據(jù)所收集到的標記包頭所攜帶信息來構造中繼路徑。后繼移動節(jié)點通過對已標記包添加自身信息來加大同一個包所攜帶的信息量，從而減少了中繼路徑構造算法所需的收斂包數(shù)和收斂時間。

(2)分析了本方法中的標記概率和標記次數(shù)對收斂包數(shù)和收斂時間的影響，并指出標記概率 p取 0.2以及標記次數(shù)n取4時，可在收斂包數(shù)和收斂時間的節(jié)省上與移動節(jié)點標記工作量的增加上取得較好的折中。

(3)利用本文的中繼路徑構造方法獲得中繼節(jié)點列表明顯比利用DSR的源路由信息的方法節(jié)省IP包頭開銷。

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