Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中基于帶寬的準(zhǔn)入控制研究

胡桃英，程運(yùn)安，官駿鳴

1.合肥工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，合肥 230009

2.合肥工大高科信息科技股份有限公司，合肥 230088

3.黃山學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽黃山 245400

Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中基于帶寬的準(zhǔn)入控制研究

胡桃英1，程運(yùn)安1，官駿鳴2，3

1.合肥工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，合肥 230009

2.合肥工大高科信息科技股份有限公司，合肥 230088

3.黃山學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽黃山 245400

在決定無線自組織網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量的諸多參數(shù)中，可用帶寬是至關(guān)重要的參數(shù)。通過引用泊松分布流量產(chǎn)生器產(chǎn)生數(shù)據(jù)包的概率和發(fā)送數(shù)據(jù)包的概率，研究由于隱藏節(jié)點(diǎn)引起沖突的概率，消除由于節(jié)點(diǎn)發(fā)生碰撞對可用帶寬的消耗。通過分析與推導(dǎo)，建立IIAB算法模型，并將IIAB加載到AODV協(xié)議，利用RREQ/RREP對新的業(yè)務(wù)流進(jìn)行準(zhǔn)許接入和資源預(yù)留，在此基礎(chǔ)上，提出了新的基于IIAB-AODV協(xié)議的準(zhǔn)入控制機(jī)制。通過NS2網(wǎng)絡(luò)仿真平臺模擬表明：提出的模型提高了估測可用帶寬的精度以及基于IIAB-AODV協(xié)議的準(zhǔn)入控制機(jī)制更能夠保障和提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。

無線自組織網(wǎng)；可用帶寬估測；準(zhǔn)入控制；按需平面距離矢量路由（AODV）協(xié)議；服務(wù)質(zhì)量

無線自組織網(wǎng)是由一組帶有無線收發(fā)裝置的移動節(jié)點(diǎn)組成的一種無線移動通信網(wǎng)絡(luò)，它不依賴于固定的基礎(chǔ)設(shè)施，因此為無線自組織網(wǎng)提供QoS保障是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的難題，QoS保障最關(guān)鍵的一部分就是準(zhǔn)入控制（Admission Control，AC）。AC的主要工作機(jī)制是負(fù)責(zé)對用戶的請求進(jìn)行準(zhǔn)許判決，決定是否允許系統(tǒng)為用戶提供相應(yīng)請求服務(wù)的無線資源管理（Radio Resource Management，RRM）功能實(shí)體[1]。它能夠有效緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞，保障和提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

本文提出一種準(zhǔn)確估測多跳無線自組織網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬的方法，并基于帶寬策略進(jìn)行準(zhǔn)入控制，從而進(jìn)一步保障和提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量?？捎脦捠欠浅Ｖ匾木W(wǎng)絡(luò)參數(shù)之一，它可以定義為在不降低網(wǎng)絡(luò)中其他業(yè)務(wù)流傳輸速率的情況下，鏈路所能提供的最大傳輸速率。傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)可用帶寬測量方法主要有兩類：一類是探測包間隔模型（PGM），如Spruce[2]、IGI[3]等；一類是基于探測包速率模型（PGM），如TOPP[4]、Pathchirp[5]等。然而由于無線網(wǎng)絡(luò)共享信道會導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)之間競爭資源，同時(shí)在信道接入過程中，需要多次握手，用于帶寬測量的探測包將與網(wǎng)絡(luò)中傳輸業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)包相互碰撞，觸發(fā)重傳甚至導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失等原因，導(dǎo)致用于估測有線網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬方法無法用于無線網(wǎng)絡(luò)。另外，在研究測量無線網(wǎng)絡(luò)可用帶寬的方法時(shí)，需要綜合考慮各種因素對可用帶寬的消耗，例如：因節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生碰撞、隱藏節(jié)點(diǎn)的存在引起碰撞、碰撞后回避時(shí)間對帶寬的消耗以及收發(fā)節(jié)點(diǎn)忙閑同步等問題。顯然，相比于有線網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng)絡(luò)可用帶寬的估測方法要復(fù)雜很多。目前，關(guān)于無線自組織網(wǎng)絡(luò)中多跳可用帶寬測量方法最為經(jīng)典的是Cheikh Sarr和Claude Chaudet等提出的ABE算法[6]以及Haitao Zhao等提出的IAB算法[7]。本文提出的IIAB（Improved IAB）算法主要是對Haitao Zhao提出的IAB算法進(jìn)行了改進(jìn)，并將IIAB算法加載到AODV協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了基于帶寬的接入控制技術(shù)。

1基本概念

1.1 傳輸距離和載波偵聽距離

這里分別用Rtx和Rcs表示傳輸距離和載波偵聽距離[8-9]。所謂傳輸距離Rtx是指在不存在其他無線節(jié)點(diǎn)干擾的情況下，一對無線節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)可靠通信的最遠(yuǎn)距離，可以表示如下：

式中d0表示參考距離，P0表示在參考距離內(nèi)接收到的信號強(qiáng)度，RXThresh為接收信號的閾值，α為路徑損耗因子，通常取α≥2。載波偵聽距離Rcs表示當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它能夠觸發(fā)其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行載波偵聽監(jiān)測的最遠(yuǎn)距離，可以表示如下：

1.2 隱藏節(jié)點(diǎn)問題

為了研究方便，這里假設(shè)傳輸距離與載波偵聽距離相同。在圖1所示的簡單網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，兩個(gè)實(shí)線圓分別表示節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)C的傳輸距離（載波偵聽距離），節(jié)點(diǎn)A位于節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)C的傳輸距離之內(nèi)，但是節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)C不在彼此的傳輸距離之內(nèi)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)B向節(jié)點(diǎn)A發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)C無法偵聽到節(jié)點(diǎn)B在發(fā)送數(shù)據(jù)，因此節(jié)點(diǎn)C認(rèn)為信道空閑。若此時(shí)節(jié)點(diǎn)C也向節(jié)點(diǎn)A發(fā)送數(shù)據(jù)，那么節(jié)點(diǎn)A處就會發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞。因此這種由于存在隱藏節(jié)點(diǎn)引起的碰撞，稱為隱藏節(jié)點(diǎn)問題[10]。

圖1 隱藏節(jié)點(diǎn)網(wǎng)路拓?fù)鋱D

1.3 收發(fā)同步問題

對于A、B兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連接的鏈路而言，由于存在雙方載波偵聽范圍不一致的現(xiàn)象，可能導(dǎo)致雙方節(jié)點(diǎn)的忙閑時(shí)間段不一致。如圖2（a）所示，此時(shí)節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B信道的忙閑時(shí)隙一致，假設(shè)鏈路容量為C且忙閑持續(xù)時(shí)間相等，則A、B雙方從自己對信道的偵聽情況就可以估算鏈路的剩余帶寬，可以簡單地視為C/2；另一種極端情況，如圖2（b）所示，A、B偵聽信道的忙閑時(shí)隙完全互補(bǔ)，即當(dāng)節(jié)點(diǎn)A偵聽到信道空閑的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)B偵聽到信道為繁忙狀態(tài)，反之亦然。由于A、B雙方對信道狀態(tài)的判斷完全相反，所以即使B節(jié)點(diǎn)空閑的時(shí)候可以接受數(shù)據(jù)，而此時(shí)節(jié)點(diǎn)卻因?yàn)樾诺烂o法發(fā)送數(shù)據(jù)，顯然它們之間的剩余帶寬為0。上述情況即為收發(fā)同步問題。

圖2 （a）收發(fā)雙方對信道感受同步

圖2 （b）收發(fā)雙方對信道感受異步

2 改進(jìn)IAB算法（Improved IAB，IIAB）

2.1 IIAB算法相關(guān)背景

當(dāng)前，常用的帶寬測量方法通常是考察在一段監(jiān)測時(shí)間T內(nèi)，節(jié)點(diǎn)探測的空閑時(shí)間Tidle，將兩者的比值作為節(jié)點(diǎn)的空閑率，因此可以得出節(jié)點(diǎn)觀測得到的系統(tǒng)可用帶寬值為：

其中C為鏈路容量，AB為可用帶寬值。但是，在無線網(wǎng)絡(luò)情況下評測鏈路可用帶寬不可忽視以下兩個(gè)問題：（1）節(jié)點(diǎn)發(fā)生碰撞以及碰撞后退避時(shí)間對帶寬的消耗；（2）由收發(fā)雙方節(jié)點(diǎn)不同步導(dǎo)致忙閑時(shí)間不一致現(xiàn)象所帶來的估測可用帶寬的偏差。

其中，Haitao Zhao在文獻(xiàn)[7]中提出的IAB算法主要是針對問題（2）而對ABE算法進(jìn)行了改進(jìn)。IAB算法中，作者對節(jié)點(diǎn)評測信道忙作了更為細(xì)致的劃分，定義節(jié)點(diǎn)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)為BUSY狀態(tài)，定義節(jié)點(diǎn)偵聽信道是否空閑時(shí)為SENSE BUSY狀態(tài)，其他情況為IDLE狀態(tài)。通過嚴(yán)格區(qū)分這三種狀態(tài)來判斷收發(fā)節(jié)點(diǎn)是否同步。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，若收發(fā)節(jié)點(diǎn)不在彼此的傳輸范圍內(nèi)，則收發(fā)雙方發(fā)生不同步，即一方處于IDLE狀態(tài)，而另一方處于SENSE BUSY狀態(tài)。在計(jì)算可用帶寬時(shí)，IAB算法消除了該情況下對帶寬的消耗。但是，針對問題（1），IAB算法沒有做出相應(yīng)改進(jìn)，這顯然會降低估計(jì)可用帶寬的精度。當(dāng)前對沖突概率的估計(jì)主要采用實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)學(xué)模型相結(jié)合的方式[11]，但是很多都是僅僅通過路由層的hello消息包丟失的情況來表示節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包發(fā)送的沖突概率。這樣，顯然考慮得不夠全面，這是因?yàn)椋海?）引進(jìn)hello消息會增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)；（2）沖突概率與包尺寸有關(guān)，一般來說，包尺寸越大其沖突概率也隨之增大。因此，據(jù)此推斷出來的沖突概率顯然有失偏頗。本文引進(jìn)了一種新的計(jì)算節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生碰撞概率的方法，以便達(dá)到改進(jìn)IAB算法的目的。

2.2 IIAB的模型分析與推導(dǎo)過程

2.2.1 碰撞概率計(jì)算方法

以節(jié)點(diǎn)A為研究對象，導(dǎo)致其發(fā)送至B處的沖突原因可能是：（1）在其傳播范圍之內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，于同一時(shí)刻發(fā)送數(shù)據(jù)；（2）隱藏節(jié)點(diǎn)在特定時(shí)間段發(fā)送數(shù)據(jù)。然而，在低負(fù)荷的網(wǎng)絡(luò)情況下，二進(jìn)制退避機(jī)制可以有效地緩解因情況（1）而產(chǎn)生的沖突，吞吐量也不會明顯下降。但是，隱藏節(jié)點(diǎn)導(dǎo)致的沖突在非飽和情況下可能會嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)性能。為了更好地研究由于隱藏節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的沖突概率，本模型采用的是非飽和狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)，即節(jié)點(diǎn)不是始終保持?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)。

本文對模型作了幾個(gè)前提假設(shè)：（1）節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包產(chǎn)生服從參數(shù)為λ的泊松分布，并且以μ的概率發(fā)送它們；（2）網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)按照均勻分布固定在節(jié)點(diǎn)C的載波偵聽范圍內(nèi)；（3）節(jié)點(diǎn)的載波偵聽范圍和傳輸范圍相同。如圖3所示，節(jié)點(diǎn)A和B是兩個(gè)隱藏節(jié)點(diǎn)，兩個(gè)實(shí)線圓圈分別是A和B的載波偵聽范圍或傳輸范圍，虛線圓圈表示節(jié)點(diǎn)C的載波偵聽范圍，HA為節(jié)點(diǎn)A的隱藏節(jié)點(diǎn)區(qū)域，即處于節(jié)點(diǎn)A偵聽范圍之外但卻在節(jié)點(diǎn)C的偵聽范圍之內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)的集合。

圖3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D

在推導(dǎo)過程之前，假設(shè)節(jié)點(diǎn)C的載波偵聽范圍內(nèi)所有的節(jié)點(diǎn)以λi的概率產(chǎn)生數(shù)據(jù)幀，以μi的概率傳輸數(shù)據(jù)幀，其中λi和μi滿足以下關(guān)系式：

節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)C發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)由于隱藏節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生沖突可以分為兩種情況：（1）A傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，HA已經(jīng)處于忙狀態(tài)，即A的隱藏區(qū)域內(nèi)有節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)；（2）A傳輸數(shù)據(jù)之后，HA由閑狀態(tài)轉(zhuǎn)為忙狀態(tài)，即A的隱藏區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)偵聽到信道空閑開始發(fā)送數(shù)據(jù)。分別用Pb|txA和Pib，A表示這兩種情況發(fā)生的概率。當(dāng)?shù)谝环N情況發(fā)生時(shí)，節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)C傳輸數(shù)據(jù)時(shí)肯定會發(fā)生沖突；否則，節(jié)點(diǎn)A不可能與A的隱藏區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)間段內(nèi)向節(jié)點(diǎn)C發(fā)送數(shù)據(jù)而產(chǎn)生沖突，只有在節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)C發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)A的隱藏區(qū)域的節(jié)點(diǎn)開始向節(jié)點(diǎn)C發(fā)送數(shù)據(jù)，即在發(fā)生第二種情況時(shí)節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)C發(fā)送數(shù)據(jù)會產(chǎn)生沖突。

因此，節(jié)點(diǎn)A傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生沖突的概率可以表示為：

根據(jù)前面對Pb|txA的定義，顯然它可以用下面表達(dá)式表示：

由于本文假設(shè)節(jié)點(diǎn)的分布是按照均勻分布的，所以式（7）計(jì)算出來的節(jié)點(diǎn)A的沖突概率也可以表示為節(jié)點(diǎn)B的沖突概率，即Pc，B=Pc，A。

2.2.2 IIAB算法可用帶寬理論方法

在計(jì)算給定收發(fā)節(jié)點(diǎn)的一條鏈路中的可用帶寬值時(shí)，需要綜合考慮節(jié)點(diǎn)發(fā)生碰撞、退避時(shí)間以及收發(fā)同步問題對可用帶寬的消耗，在此引進(jìn)兩個(gè)修正系數(shù)K和α。

其中m與上述n的值相同，也表示為競爭窗口到達(dá)最大值的次數(shù)，即Wmax=2mW，Wmax為競爭窗口的最大值，W為競爭窗口的初始值。

系數(shù)α是用來消除收發(fā)同步問題對可用帶寬的消耗，在IAB算法中，它是通過嚴(yán)格區(qū)分收發(fā)節(jié)點(diǎn)的BUSY狀態(tài)和SENSE BUSY狀態(tài)獲得的，為了簡單起見，本文直接引用其方法，即在觀測時(shí)間內(nèi)記錄收發(fā)節(jié)點(diǎn)處于SENSE BUSY狀態(tài)的時(shí)長，并將該時(shí)長與觀測時(shí)間T的比值作為信道處于偵聽狀態(tài)的比率，再用該比值乘以收發(fā)雙方發(fā)生不同步的概率，那么同步系數(shù)可以表示為：

綜上所述，計(jì)算可用帶寬的公式可以進(jìn)一步修正為：

3 基于IIAB的準(zhǔn)入控制分析

基于IIAB策略的接入控制是對按需平面距離矢量路由協(xié)議（Ad hoc On-demand Distance Vector Routing，AODV）的擴(kuò)展。通過比較新的業(yè)務(wù)流所需帶寬與網(wǎng)絡(luò)中的剩余帶寬來判斷是否接入該業(yè)務(wù)流，并且在接入新的業(yè)務(wù)流后，是否會對網(wǎng)絡(luò)中原有的業(yè)務(wù)流產(chǎn)生較小的干擾[12]。

3.1 內(nèi)部業(yè)務(wù)流干擾

利用第3章計(jì)算出來的可用帶寬值只是網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的可用帶寬值，但是，由于無線網(wǎng)絡(luò)共享信道的特點(diǎn)，當(dāng)一個(gè)流經(jīng)過多跳時(shí)，會在各個(gè)節(jié)點(diǎn)受到內(nèi)部業(yè)務(wù)流的干擾，所以僅僅通過比較節(jié)點(diǎn)的可用帶寬來判斷是否接入該業(yè)務(wù)流是不夠的。關(guān)于該問題，文獻(xiàn)[13]是將計(jì)算出來的可用帶寬值除以競爭數(shù)（多跳鏈路上某個(gè)節(jié)點(diǎn)載波偵聽范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)）。

為了簡單起見，本文采用的方法是文獻(xiàn)[14]的方法，即利用端到端的吞吐量與路徑跳數(shù)的關(guān)系，將計(jì)算出來的可用帶寬值除以min（H，4），用H表示從源節(jié)點(diǎn)到收到RREQ的節(jié)點(diǎn)i的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，公式表示如下：

這樣，在接入控制時(shí)，只需要檢查下式是否成立即可。

其中RB表示請求接入的業(yè)務(wù)流需求帶寬。

3.2 準(zhǔn)入控制分析

接入控制以IIAB和AODV協(xié)議為基礎(chǔ)，可以分為路由請求階段和資源預(yù)留階段。

當(dāng)有新的業(yè)務(wù)流接入時(shí)，源節(jié)點(diǎn)就會產(chǎn)生和廣播RREQ，同時(shí)開啟定時(shí)器，若源節(jié)點(diǎn)在一定時(shí)間內(nèi)收到RREP應(yīng)答包，則準(zhǔn)許該業(yè)務(wù)流的接入，否則，拒絕該業(yè)務(wù)流的接入。本文重新定義RREQ消息格式，包括業(yè)務(wù)流的源節(jié)點(diǎn)IP地址、目的節(jié)點(diǎn)IP地址、數(shù)據(jù)包大小、發(fā)送速率、業(yè)務(wù)流需求帶寬信息（Request Bandwidth，RB），如圖4所示。當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)收到RREQ時(shí)，通過判斷式（9）是否成立，若成立則繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)RREQ，若不成立，則丟棄該請求包。當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)收到第一個(gè)RREQ時(shí)，目的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生RREP應(yīng)答包，并且單播回送該應(yīng)答包。在回送應(yīng)答包RREQ的途中，路徑上每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)RB的值為該業(yè)務(wù)流進(jìn)行帶寬預(yù)留。一旦源節(jié)點(diǎn)在沒有超時(shí)的情況下收到RREP應(yīng)答包，該業(yè)務(wù)流便可以發(fā)送數(shù)據(jù)，否則拒絕該業(yè)務(wù)流。

圖4 RREQ消息數(shù)據(jù)格式

4 仿真實(shí)現(xiàn)與結(jié)果分析

本文采用的仿真平臺是網(wǎng)絡(luò)仿真器NS2[15]，在NS2上比較了IIAB算法與IAB算法的性能以及實(shí)現(xiàn)了基于AODV協(xié)議和基于IIAB-AODV協(xié)議準(zhǔn)入控制的性能比較與分析。

4.1 IIAB算法與IAB算法性能分析與比較

仿真場景如圖3所示：將節(jié)點(diǎn)c的坐標(biāo)設(shè)置為（0，0），然后選擇節(jié)點(diǎn)c周圍的8個(gè)節(jié)點(diǎn)作為背景節(jié)點(diǎn)源-目節(jié)點(diǎn)對，共組成4對業(yè)務(wù)流傳輸數(shù)據(jù)，將節(jié)點(diǎn)c為研究對象，首先統(tǒng)計(jì)其真實(shí)可用帶寬，然后分別統(tǒng)計(jì)采用IIAB算法和IAB算法得到的可用帶寬值。流量產(chǎn)生器設(shè)置為Application/Traffic/Pareto，數(shù)據(jù)包大小為512 Byte。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的載波偵聽半徑為550 m，物理帶寬為2 Mb/s，仿真時(shí)間為50 s。4對背景業(yè)務(wù)流流量如表1所示。

圖5顯示了采用IAB算法和IIAB算法與真實(shí)帶寬的比較。顯然，采用IAB算法高估了節(jié)點(diǎn)c可用帶寬，而利用IIAB算法估測的可用帶寬與真實(shí)可用帶寬值接近，進(jìn)而提高了可用帶寬的精度。

圖5 節(jié)點(diǎn)c的可用帶寬

表1 背景業(yè)務(wù)流流量

4.2 基于AODV協(xié)議和基于IIAB-AODV協(xié)議準(zhǔn)入控制性能比較與分析

首先在較簡單的環(huán)境下進(jìn)行驗(yàn)證。仿真參數(shù)設(shè)置如下：12個(gè)移動節(jié)點(diǎn)按照圖3分布在700 m×500 m的范圍內(nèi)，它們的坐標(biāo)為（0，0）、（250，125）、（250，375）、（500，0）、（0，250）、（0，500）、（500，250）、（750，125），其他14個(gè)節(jié)點(diǎn)按照圖3的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D均勻地分布在其他三個(gè)象限。隨機(jī)選擇兩個(gè)節(jié)點(diǎn)作為源-目的節(jié)點(diǎn)對，共組成6對業(yè)務(wù)流傳輸數(shù)據(jù)，其他參數(shù)的設(shè)置與上述相同。6個(gè)業(yè)務(wù)流的詳細(xì)信息如表2所示。

表2 流量設(shè)置

圖6和圖7分別給出了基于AODV協(xié)議和IIABAODV協(xié)議各個(gè)業(yè)務(wù)流的吞吐量。結(jié)果表明，由于普通的AODV協(xié)議沒有考慮帶寬接入策略，盲目接入所有的業(yè)務(wù)流，會導(dǎo)致新的業(yè)務(wù)流接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)對原有的業(yè)務(wù)流產(chǎn)生較大的干擾。例如，業(yè)務(wù)流1在5 s的時(shí)候開始接入，而在25 s之前吞吐量還是相對比較穩(wěn)定，業(yè)務(wù)流2、3、4接入對其沒有產(chǎn)生影響。但是，在25 s的時(shí)候，由于業(yè)務(wù)流5開始接入，業(yè)務(wù)流1的吞吐量開始大幅下降并且波動幅度較大。同樣，業(yè)務(wù)流2、3、4的吞吐量也在25 s之后變得很不穩(wěn)定。當(dāng)把IIAB加載到AODV協(xié)議的時(shí)候，出現(xiàn)了圖7的結(jié)果，即只有業(yè)務(wù)流1、2、3、4、6可以接入網(wǎng)絡(luò)，業(yè)務(wù)流5由于不滿足接入條件而被拒絕接入，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)業(yè)務(wù)流吞吐量得到了很好的保證。

圖6 基于AODV協(xié)議各流的吞吐量

圖7 基于IIAB-AODV協(xié)議各流的吞吐量

接下來本文在相對一般的場景下進(jìn)行了驗(yàn)證。場景設(shè)置如下：50個(gè)節(jié)點(diǎn)均勻的分布在1 300 m×1 100 m范圍內(nèi)，隨機(jī)選擇10對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行業(yè)務(wù)流的傳輸，每個(gè)業(yè)務(wù)流的流量產(chǎn)生器設(shè)置為Application/Traffic/Pareto。且10個(gè)業(yè)務(wù)流每隔10 s傳輸數(shù)據(jù)，仿真時(shí)間為120 s，數(shù)據(jù)包大小為1 024 Byte。其他參數(shù)與簡單環(huán)境下的參數(shù)相同。圖8和圖9顯示了采用基于AODV協(xié)議的準(zhǔn)入控制和采用IIAB-AODV協(xié)議的準(zhǔn)入控制的網(wǎng)絡(luò)吞吐量和延遲時(shí)間的對比。從結(jié)果可以看出，采用基于IIAB-AODV協(xié)議的準(zhǔn)入控制，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和延遲都好于普通的AODV協(xié)議準(zhǔn)入控制，從而有利地證明了基于帶寬策略的準(zhǔn)入控制可以有效地保障和提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

圖8 網(wǎng)絡(luò)吞吐量變化圖

圖9 網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間變化圖

5 結(jié)論

在充分研究IAB算法的基礎(chǔ)上，通過利用泊松分布流量產(chǎn)生器的產(chǎn)生數(shù)據(jù)包的概率和發(fā)送數(shù)據(jù)包的概率，計(jì)算隱藏終端引起的沖突概率，進(jìn)而消除因收發(fā)同步問題對帶寬的消耗，提出了新的估測可用帶寬的方法IIAB，并將該方法應(yīng)用到AODV協(xié)議，設(shè)計(jì)出新的準(zhǔn)入控制機(jī)制。仿真表明：新的準(zhǔn)入控制機(jī)制提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性以及吞吐量，降低了延遲時(shí)間，可以有效地保障和提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。下一步工作是研究將IIAB算法應(yīng)用到其他協(xié)議如DSR協(xié)議來提高網(wǎng)絡(luò)的性能。

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HU Taoying1,CHENG Yun’an1,GUAN Junming2，3

1.School of Computer&Information,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China
2.GOCOM Information&Technology Co.,Ltd,Hefei 230088,China
3.School of Information Engineering,Huangshan University,Huangshan,Anhui 245400,China

Available bandwidth is an important parameter of wireless ad hoc networks for guaranteeing QoS.Many approaches for estimating the available bandwidth of wireless networks are presented by many scholars,but no mechanism has been standardized because of many factors affecting the available bandwidth of wireless networks.The proposed approach called IIAB eliminates the consumption for available bandwidth through calculating the probability of conflict caused by hidden nodes.It establishes the IIAB model and uses the result to analyze the admission control and proposes a new IIAB-AODV protocol eventually.Through the simulation results,it is demonstrated that the model proposed in this paper can improve the accuracy of the estimation of the available bandwidth and the IIAB-AODV protocol can guarantee and improve the quality of the service of the network effectively.

wireless ad hoc networks;available bandwidth estimation;admission control;Ad hoc On-demand Distance Vector routing（AODV）protocol;quality of service

A

TP393.0

10.3778/j.issn.1002-8331.1211-0168

HU Taoying,CHENG Yun’an,GUAN Junming.Admission control based on bandwidth policy for ad hoc networks. Computer Engineering and Applications,2014,50（21）：85-90.

安徽省博士后基金（財(cái)教[2012]593號）；安徽省科技攻關(guān)計(jì)劃（科計(jì)[2010]200號/11010201011）；安徽省高校優(yōu)秀青年人才基金項(xiàng)目（No.2009SQRZ167）；安徽省高校省級自然科學(xué)研究項(xiàng)目（No.KJ2009B114）。

胡桃英（1987—），女，碩士研究生，主研方向?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)入控制；程運(yùn)安（1968—），男，研究員，主研方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用；官駿鳴（1979—），男，副教授，主研方向?yàn)闊o線自組織網(wǎng)MAC、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議研究。E-mail：695542201@qq.com

2012-11-14

2013-01-14

1002-8331（2014）21-0085-06

CNKI出版日期：2013-01-29,http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2127.TP.20130129.1539.012.html