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    基于終端干擾和鏈路穩(wěn)定性的多終端協(xié)同維護機制

    2015-01-06 01:08:18張潔芮蘭蘭郭少勇邱雪松丁一凡
    通信學報 2015年7期
    關鍵詞:鏈路終端協(xié)同

    張潔,芮蘭蘭,郭少勇,邱雪松,丁一凡

    (1. 北京郵電大學 網(wǎng)絡與交換技術國家重點實驗室,北京 100876;2. 北京交通大學 高速鐵路網(wǎng)絡管理教育部工程研究中心,北京 100044)

    1 引言

    泛在末梢環(huán)境是由處于用戶周邊終端形成的智能空間,在移動自組織網(wǎng)(MANET, mobile ad-hoc network)組成的泛在末梢環(huán)境中,常以面向業(yè)務的多終端協(xié)同的方式為用戶提供無處不在的泛在業(yè)務[1]。然而,終端移動性造成的網(wǎng)絡拓撲動態(tài)變化[2]、有限的終端資源屬性[3]造成協(xié)同方案的不確定性,是協(xié)同執(zhí)行潛在的失敗風險,并且,失敗引起多終端協(xié)同方案切換,對用戶產(chǎn)生干擾。因此,需要構建一個多終端協(xié)同維護機制,保證泛在業(yè)務執(zhí)行的可靠性和持續(xù)性,從而保障用戶體驗。

    構建多終端協(xié)同維護機制面臨以下挑戰(zhàn):首先,在動態(tài)的網(wǎng)絡環(huán)境中,如何估計終端移動性,構造可靠的協(xié)同方案;其次,在切換多終端協(xié)同方案的時候,如何盡可能地減少對用戶的干擾;最后,協(xié)同方案要在滿足有限終端資源的同時,實現(xiàn)多樣化的業(yè)務質(zhì)量(QoS, quality of service)需求。

    目前,有關多終端協(xié)同維護的研究成果不多。通過預估終端移動性的方法可以提高所選協(xié)同方案的可靠性[4~7]。文獻[4,5]使用 GPS等設備提供的位置信息,無需復雜計算,選擇可靠的協(xié)同方案,但會產(chǎn)生額外的輔助設備負擔,在一些特定環(huán)境中無法使用(如地下)。文獻[6]基于移動模型,使用概率統(tǒng)計的方法進行協(xié)同方案的構建,在擴展方面有局限性。文獻[7]通過終端當前的屬性,如信號強度來預測移動性,沒有設備負擔,而且擴展性較好。但目前,較多存在于鏈路層,缺乏面向業(yè)務的應用。本文將結(jié)合這種方法,在設計面向業(yè)務的協(xié)同維護時,通過對終端自身屬性的計算確定可靠性指標。

    采用優(yōu)化算法可以有效提高協(xié)同方案的可靠性[8,9]。文獻[8]基于貪婪路由算法,提出了一個新的預測鏈路生存期的方法,以便在進行終端協(xié)同選擇的時候更加高效。文獻[9]在貪心算法的基礎上,結(jié)合執(zhí)行時間,采用動態(tài)規(guī)劃算法解決終端協(xié)同中的開銷問題。以上兩者均未考慮協(xié)同方案在切換時對用戶的干擾,在發(fā)生多次中斷時難以保證最佳用戶體驗。

    針對協(xié)同方案切換產(chǎn)生的干擾,文獻[10]通過表征節(jié)點失敗引起的中斷,提出了最小化切換代價的協(xié)同方案(MDSCR, minimum disruption service composition and recovery),但是缺乏對鏈路穩(wěn)定性和多樣化QoS需求的考慮。文獻[11]利用局部恢復和可靠路徑,基于概率分析提出了一個快速計算中斷干擾的算法,沒有計算終端自身屬性對 QoS的影響。

    為了解決上述問題,本文通過在泛在末梢環(huán)境中抽象出泛在業(yè)務執(zhí)行問題模型,并結(jié)合泛在業(yè)務特征,建立了滿足個性化用戶需求的指標,提出一個新的多終端協(xié)同維護機制(MDCMM, multi-devices cooperation maintenance mechanism)。MDCMM基于容忍干擾和鏈路穩(wěn)定性來計算可靠性,并結(jié)合持續(xù)性指標確定維護評價函數(shù)。MDCMM包括初始化部署、協(xié)同構造和協(xié)同重構3個階段,具有動態(tài)規(guī)劃最優(yōu)子結(jié)構的特點,并且克服了現(xiàn)有動態(tài)規(guī)劃協(xié)同維護策略的不足。仿真結(jié)果表明,MDCMM能在滿足QoS的前提下減少整體和局部維護代價,有效保障用戶體驗。

    2 場景及模型

    建立以MANET為背景的泛在末梢環(huán)境下的終端協(xié)同場景,包括用戶層、業(yè)務層和網(wǎng)絡層。當用戶發(fā)起一個泛在業(yè)務時,通過起始終端設備將子業(yè)務的協(xié)同關系發(fā)布到網(wǎng)絡層中,獲取網(wǎng)絡層中的可用終端信息,選擇執(zhí)行終端執(zhí)行對應的子業(yè)務,以滿足需求用戶的要求。如圖1所示,泛在業(yè)務由S1到S4順序完成, MDCMM經(jīng)過協(xié)同構造后,使S1的執(zhí)行終端為 11,S2的執(zhí)行終端為 22,它們之間用λ1、轉(zhuǎn)接終端和l2連接。某時刻l2發(fā)生失敗,MDCMM將進行協(xié)同重構,以最優(yōu)的全局維護評價指標,維護業(yè)務的持續(xù)和平滑進行。

    圖1 泛在業(yè)務場景

    2.1 問題模型

    1) 網(wǎng)絡模型

    網(wǎng)絡模型用GN=(D,L,I,TP)表示。由于網(wǎng)絡拓撲隨時間動態(tài)變化,將泛在業(yè)務執(zhí)行時間T設置為基于中斷時刻的離散變量(t1,t2,…),其中Ti表示時間段[ti,ti+1)。在時間段Ti內(nèi),網(wǎng)絡拓撲保持在ti時刻的狀態(tài)不變,終端集合D={di︱i=1,2, …},無線鏈接集合L={li︱i=1,2, …},終端干擾能力集合I={Idi︱i=1,2, …},以及鏈路持續(xù)時間集合TP={TPi︱i=1, 2,…}均不變。其中,兩終端之間的鏈路表示為P(d,d')(t)={d1,…,dn,d1=d,dn=d’}。如果終端不再滿足質(zhì)量需求,或者移動到通信范圍外時,網(wǎng)絡中的節(jié)點和邊會被刪除。

    2) 業(yè)務模型

    業(yè)務模型用一個有向無環(huán)圖GS=(S,E,IS)表示。其中協(xié)同關系由一系列子業(yè)務構成,第i個子業(yè)務Si和下一個執(zhí)行業(yè)務Si+1之間用有向邊Ei連接。當網(wǎng)絡層中與Si和Si+1對應兩終端間的鏈路失敗時,Ei被刪除。

    2.2 評價指標模型

    綜合上述網(wǎng)絡模型和業(yè)務模型,選擇終端執(zhí)行泛在業(yè)務的問題,即從GN=(D,L,I,TP)中選取符合GS=(S,E,IS)的子圖,包括終端選擇RD=(ds1→ds2→…→dsr)和鏈路選擇RP=(P(d1,di+1)|i=1, 2,…,r-1)。

    建立以協(xié)同方案評價指標為目標函數(shù)的數(shù)學模型來解決該問題。為了使用戶感知到的干擾最小,保障用戶體驗,建立指標函數(shù)來評價中斷干擾對用戶的影響,下面給出評價函數(shù)的相關計算。

    協(xié)同方案的不可靠性引起泛在業(yè)務的中斷。用中斷時間所占的比例C作為泛在業(yè)務持續(xù)性指標,如式(1)所示。C越小表示協(xié)同方案不容易發(fā)生中斷,持續(xù)性越好。

    假設R(tj)是tj時刻的協(xié)同方案,R(tj+1)是tj+1時刻的協(xié)同方案,Δtj為中斷時間,即從方案R(tj)切換到方案R(tj+1)花費的恢復時間。在協(xié)同維護過程中,Δtj是動態(tài)的,由于網(wǎng)絡拓撲的不確定性等,中斷時間很難計算,此過程對用戶的干擾很大程度上依賴于終端和鏈路兩方面,可從這兩方面來定量計算Δtj。

    用ND(Δtj→Δtj+1)表示從方案R(tj)切換到方案R(tj+1)的替代終端數(shù)如式(2)所示。

    其中,r是子業(yè)務數(shù)目,|R(tj+1)∩R(tj)|是2個集合中的相同節(jié)點數(shù)目。同樣,假設P(tj)是tj時刻的路徑,P(tj+1)是tj+1時刻的路徑,用NP(Δtj→Δtj+1)表示從路徑P(tj)切換到路徑P(tj+1)的替代鏈接數(shù)

    基于以上預測,結(jié)合終端和鏈路的性質(zhì),重新定義評價指標。從方案R(tj)切換到方案R(tj+1)花費的恢復時間Δtj定義如下

    其中,ρ和δ是常數(shù),表示終端和鏈路因素各自所占比重。Idk為終端干擾效益,ε為鏈路穩(wěn)定性。

    2.3 MDCMM問題闡述

    基于上述評價指標的定義,下面將描述MDCMM問題。根據(jù)2.1節(jié)中離散時間(t1,t2,…)的描述,定義多終端協(xié)同維護為一系列協(xié)同方案:R=(R(t1),R(t1),…R(tn)),其中,0=t1<t2<…<tn<T。R包括最初的協(xié)同方案R(t1)和所有的維護方案R(tj)→R(tj+1),j=1,…n-1。

    在網(wǎng)絡GN(tj)中,當且僅當協(xié)同方案R(tj)中所有的鏈路都存在的情況下,R(tj)是可行的。進而當且僅當每個協(xié)同方案R(tj)在時間段[tj,tj+1)內(nèi)是可行的情況下,R是可行的。在GN(t)中,定義所有的可行協(xié)同方案集合為S(GN)。每個可行的R對應一個指標為

    MDCMM問題的目標:在集合中S(GN)尋找可行的最優(yōu)決策R,使指標C(R)最小化,最終抽象出目標函數(shù)(見式(6)),用來評價最佳協(xié)同方案。

    3 MDCMM優(yōu)化算法

    3.1 動態(tài)規(guī)劃算法

    由以上闡述可知,MDCMM問題可表示為多階段決策最優(yōu)化問題。為了對MDCMM問題進行優(yōu)化求解,接下來,將分析網(wǎng)絡拓撲已知情況下的動態(tài)規(guī)劃算法,以及網(wǎng)絡拓撲未知情況下的預測計算。

    在網(wǎng)絡拓撲已知的情況下,GN(tj)是確定的,MDCMM 是一個動態(tài)規(guī)劃問題。用f(R(tj))表示tj時間段,使用業(yè)務組合方案R(tj)情況下的最小代價

    式(8)描述了從R(tj)切換到R(tj+1)的最優(yōu)維護方案,第一部分表示從失敗的方案R(tj)到新的方案R(tj+1)的評價指標,第二部分刻畫了新方案的持續(xù)性。可采用自底向上的計算方法,逐步構造滿足最小維護代價的方案。

    在泛在末梢環(huán)境中,由于節(jié)點移動性造成網(wǎng)絡拓撲不確定性。而ti+1時刻的維護決策需要知道該中斷時刻后的網(wǎng)絡拓撲來計算f(R(tj+1))。所以接下來,將結(jié)合可靠性預測來解決該問題。

    3.2 可靠性預測

    給出終端干擾。在計算終端干擾效益之前,根據(jù)子業(yè)務對終端各項屬性的要求來確定子業(yè)務的容忍干擾效益,作為選擇終端的限定條件。

    1) 容忍干擾效益ISi。泛在業(yè)務具有個性化的資源需求,當終端因為能力受限產(chǎn)生干擾時,子業(yè)務Si所能容忍的極限值如式(9)所示,對能量ESi、帶寬BSi、執(zhí)行時間TSi進行歸一化處理。

    其中,能量最小值min(E),帶寬最大值max(B),服務時間最大值 max(T)是子業(yè)務所能容忍的各項能力極限值。α、β和γ為相應的權值系數(shù),表示不同的泛在業(yè)務對終端自身能力的偏重。如多媒體業(yè)務對實時性的要求比較高,因此強調(diào)干擾因素執(zhí)行時間,文件下載業(yè)務則更偏重干擾因素帶寬,這些偏重決定了α、β和γ的取值。

    2) 終端干擾效益Idk。結(jié)合受限的終端能力對業(yè)務執(zhí)行產(chǎn)生的干擾效益進行計算,如式(10)所示,對終端dk的屬性能量Edk、網(wǎng)絡帶寬Bdk、執(zhí)行時間Tdk進行歸一化處理。

    其中,能量最小值 min(E'),物理帶寬最大值max(B'),服務時間最大值 max(T')是終端的各項能力極限值。只有當終端的各項能力滿足子業(yè)務的容忍值,并且終端干擾效益小于容忍干擾效益時,終端才可選。

    結(jié)合終端屬性,采用預測的方法計算鏈路不穩(wěn)定性。

    3) 預估鏈路穩(wěn)定性LS。鏈路持續(xù)時間TP越長,說明路徑失敗頻率越小,網(wǎng)絡路徑越穩(wěn)定。將鏈路持續(xù)時間與其下限的比值作為鏈路穩(wěn)定性LS測度為

    通過獲取網(wǎng)絡中任意時刻的終端接收信號強度,估計鏈路持續(xù)時間TPdi→di+1來表征鏈路可靠性。TPlimit表示鏈路持續(xù)時間下限。其中r表示網(wǎng)絡中終端的通信半徑,在初始化時設置,v表示終端間的相對移動速度,可由計算得出[7]。

    4) 鏈路失敗頻率。終端間鏈路穩(wěn)定性的倒數(shù)。

    求解過程實際上就是計算所有狀態(tài)值的過程。根據(jù)式(4),第一部分的計算要枚舉網(wǎng)絡中的所有能組成協(xié)同路徑的可用終端,為了在網(wǎng)絡規(guī)模較大的情況下較少計算量,優(yōu)先選擇具有較高可靠性的終端。在計算終端干擾效益之前,根據(jù)子業(yè)務對終端各項屬性的要求來確定子業(yè)務的容忍干擾效益,作為選擇終端的限定條件。針對網(wǎng)絡GN中,未來時刻的變化無法獲悉的情況,按式(11)和式(12),采用預測的方法預估鏈路不穩(wěn)定性,選取與最優(yōu)子結(jié)構最接近的方案。

    3.3 MDCMM流程及說明

    以一個泛在業(yè)務為例介紹維護機制的工作流程,如圖2所示。

    1) 初始化部署

    用戶發(fā)起泛在業(yè)務U請求時,初始化業(yè)務模型GS=(S,E,IS)和網(wǎng)絡模型GN=(D,L,I,TP),構造4個數(shù)據(jù)集合SS、DS、ADS和ODS。SS是泛在業(yè)務集合,包括U的終端協(xié)同信息,Si的容忍干擾DSi、BSi、TSi。DS是終端集合,包括各個終端dk所能提供的業(yè)務Sk及其干擾能力。ADS是可用協(xié)同方案,包括執(zhí)行每個子業(yè)務的終端及其信息,初始時刻為NULL。ODS是最終協(xié)同執(zhí)行方案,包括執(zhí)行每個子業(yè)務的終端及其信息,初始時刻為NULL,如圖3所示。

    此外,還要確定質(zhì)量需求和網(wǎng)絡中終端各項能力的極限值。不同的泛在業(yè)務,對業(yè)務質(zhì)量有不同的需求,由此需要確定α、β和γ。用戶對終端自身的質(zhì)量和路徑的質(zhì)量有不同需求,由此確定δ和ρ。

    圖2 維護機制工作流程

    圖3 初始部署

    2) 協(xié)同構造

    包括協(xié)同發(fā)現(xiàn)、協(xié)同選擇、協(xié)同執(zhí)行3個階段。協(xié)同發(fā)現(xiàn)是對復雜的泛在業(yè)務請求做出響應,構造子業(yè)務協(xié)同方案,此階段得到一個可用協(xié)同方案集合ADS;協(xié)同選擇是從協(xié)同發(fā)現(xiàn)階段的協(xié)同方案集合 ADS中,進行終端選擇和網(wǎng)絡路徑選擇,即為每個子業(yè)務選擇執(zhí)行終端以及2個子業(yè)務相鄰的執(zhí)行終端間的鏈路,構造滿足需求的協(xié)同執(zhí)行方案;協(xié)同執(zhí)行即子業(yè)務的協(xié)同執(zhí)行過程。具體分為以下幾個步驟。

    ①根起點d1產(chǎn)生源數(shù)據(jù)流,將初始化協(xié)同關系信息封入數(shù)據(jù)分組內(nèi),在網(wǎng)絡中進行廣播,尋找能提供子業(yè)務的終端。

    ②終端d1接收到請求分組以后,如果該終端能提供終端協(xié)同關系中相應的子業(yè)務,且滿足Ek>ESi,Bk<BSi,Tk<TSi,則發(fā)送應答信息給d1;如果不能提供則轉(zhuǎn)發(fā)該廣播信息。

    ③每個終端dk估計其與各鄰居終端的鏈路穩(wěn)定性LSdi→di+1,也將這個信息發(fā)送給d1,形成ADS信息集合。最終根起點d1計算f(R(t1)),從而確定使其最小的各個子業(yè)務的執(zhí)行終端,存入 ODS中。同時,根起點d1產(chǎn)生監(jiān)控分組。

    ④選擇網(wǎng)絡路徑:根據(jù)集合 ODS中的協(xié)同信息,依據(jù)IP層建立起通信路徑。借用按需路由協(xié)議(AODV, ad hoc on-demand distance vector routing)里的Hello分組進行消息廣播,綜合考慮鏈路穩(wěn)定性,選擇穩(wěn)定鏈路建立端到端路徑。

    3) 協(xié)同重構

    ①根據(jù)根起點d1產(chǎn)生的監(jiān)控分組,獲得執(zhí)行終端的質(zhì)量和泛在業(yè)務完成情況。

    ②若發(fā)現(xiàn)發(fā)生業(yè)務失敗時,進入到協(xié)同重構階段。從上次決策過程得到的集合 ADS中,選擇最優(yōu)協(xié)同方案,存入ODS中。

    ③如果不存在協(xié)同方案則重新發(fā)起業(yè)務請求,進行一次新的協(xié)同構造,計算恢復代價,選擇使式(8)最小的協(xié)同方案R(tj+1)。確定各個子業(yè)務的執(zhí)行終端,更新ADS和ODS信息,為下一時刻的維護過程做準備。

    4 仿真實驗

    本文提出的多終端協(xié)同維護機制,提高協(xié)同方案可靠性的角度保持泛在業(yè)務執(zhí)行的持續(xù)性,降低干擾對用戶的影響。為驗證本文提出機制的有效性,設計并搭建了實驗環(huán)境,并對結(jié)果進行了比較和分析。

    4.1 仿真設置

    1) 網(wǎng)絡設置?;诂F(xiàn)有的面向業(yè)務的多終端協(xié)同選擇框架[12],以 OPNET 為仿真平臺模擬MANET 組成的泛在末梢環(huán)境。在大小為1 000 m×1 000 m的網(wǎng)絡中,隨機分布30個移動終端,以支持泛在業(yè)務的提供。

    3.績效考核體系具有客觀公正性,因此可以很好的區(qū)分職工工作狀態(tài)是高效還是低效,根據(jù)不同職工工作水平?jīng)Q定他們不同的工資和福利待遇,合理的分配獎金和晉升機會,這樣才能可以對員工起到激勵作用。

    為了使網(wǎng)絡中的終端更好地提供 MDCMM 中的泛在業(yè)務,設置了3種屬性。①終端移動性:每個終端均使用manet_station的移動模型,均具有接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組的功能,終端遵循隨機移動模型,以向量路徑(VECTOR)方式移動,最大速度默認為10 m/s。②終端能力:每個終端均能提供電池能量(E)、帶寬(B)、服務時間(T)3種屬性。③鏈路狀況:考慮2個終端之間存在通信時,鏈路的穩(wěn)定性,參數(shù)在表1中給出。

    2) 業(yè)務設置。在網(wǎng)絡中設置具有由5個子業(yè)務按照串行順序組合而成的協(xié)同關系的泛在業(yè)務請求。每個子業(yè)務對應的可用終端數(shù)目默認為 3。終端1a提供業(yè)務S1,源業(yè)務流的到達時間間隔服從指數(shù)分布(CBR),使用恒定比特率CBR流來模擬數(shù)據(jù)流量,數(shù)據(jù)分組長度為512 bit,數(shù)據(jù)分組間隔為1 packet/s。參數(shù)的具體說明如表1所示。

    表1 泛在環(huán)境參數(shù)設置

    4.2 實驗指標

    在仿真過程中,首先從可用終端數(shù)和移動速度對目標函數(shù)進行影響因子分析;其次為了評價MDCMM機制的性能,在多終端協(xié)同執(zhí)行過程中,從切換代價和用戶體驗方面進行了評價,設置實驗指標如下。

    1) 目標函數(shù)。是子過程切換代價之和C(R),表示在發(fā)生中斷的情況下整體業(yè)務質(zhì)量的優(yōu)劣。目標函數(shù)的值越低,業(yè)務可靠性和持續(xù)性越好。用于對MDCMM機制的分析和比較。

    2) 業(yè)務平滑性。用 2個指數(shù)來表示業(yè)務平滑性,評價用戶體驗。

    一是各個子過程中干擾指數(shù)CI,根據(jù)持續(xù)性指標計算(見式(13)),CI浮動越小,說明相鄰子過程的切換具有越平滑的波動,用戶體驗越好。用于對MDCMM機制的分析。

    二是各個子過程中目標函數(shù)的方差CS(見式(14))。該值越小,說明維護越穩(wěn)定,用戶體驗越好。用于對不同機制進行比較。

    分別對 MDCMM、MDSCR[10]和 MPCMM 3種不同的機制在相同參數(shù)設置的場景中進行實驗,說明MDCMM的優(yōu)越性。其中MDSCR是基于預測的維護機制,選擇具有最長預估鏈路持續(xù)時間的終端協(xié)同方案;MPCMM是基于ad hoc最短路徑路由算法的維護機制,以跳數(shù)作為選擇標準。實驗是比較不同機制對用戶的干擾。

    4.3 結(jié)果分析

    通過以上環(huán)境設置,在OPNET中進行仿真。將得到的評價指標數(shù)據(jù)輸出到 MATLABR2013a中,進行比較分析。

    1) 目標函數(shù)影響因子

    如圖4所示,設置橫坐標為中斷次數(shù)n,縱坐標為評價函數(shù)。移動終端的最大速度設置為5 m/s、10 m/s、15 m/s;網(wǎng)絡中的最大可用終端數(shù)分別設置為1~5。

    由圖可知,評價函數(shù)是隨中斷次數(shù)n而增加的。橫行對比圖,在最大可用終端數(shù)固定的情況下,終端移動速度會對評價函數(shù)造成影響。在具有較高動態(tài)性的MANET中,失敗率增加,評價函數(shù)數(shù)值較大,說明維護花費更高。

    圖4 目標函數(shù)影響因素分析

    縱向?qū)Ρ龋诰W(wǎng)絡動態(tài)性固定的情況下,分析可用終端數(shù)的影響。以圖4(b)為例,終端最大速度為10 m/s,可用終端數(shù)不同,目標函數(shù)的曲線發(fā)生變化。如果每個子業(yè)務具有較多的可用終端,在協(xié)同構造過程中,對可用終端的搜索和計算將會更復雜,并且由于不可靠終端增加,因此評價函數(shù)更高??捎媒K端數(shù)目為4和5時,曲線差別不大。另外,可用終端數(shù)的影響在中斷次數(shù)較多時表現(xiàn)得尤其明顯。

    2) 不同機制目標函數(shù)的比較

    為了對MDCMM、MDSCR和MPCMM機制進行比較,在相同的環(huán)境和終端參數(shù)設置下進行仿真,每次仿真時間為2 000 s。

    圖 5給出了在終端移動速度最大值為 5 m/s、10 m/s、15 m/s時,3種機制產(chǎn)生目標函數(shù)的比較,可以看出MDCMM具有較低數(shù)值的目標函數(shù),并且,隨著移動速度最大值增加,不同機制之間目標函數(shù)的差值也拉大了。因為MDCMM優(yōu)先選擇具有較小干擾能力,并且可以穩(wěn)定執(zhí)行業(yè)務的終端和路徑,保證業(yè)務執(zhí)行。而MDSCR和MPCMM均沒有考慮終端干擾給QoS帶來的不可靠性,前者選擇的協(xié)同方案具有最長持續(xù)時間,后者選擇的協(xié)同方案具有最少跳數(shù)。在這些協(xié)同方案中,執(zhí)行終端可能會因為電量不足,帶寬超出等受限的自身能力等,對業(yè)務維護產(chǎn)生干擾,不能給用戶很好的QoS體驗。

    圖5 不同機制目標函數(shù)比較

    3) MDCMM平滑性

    延長仿真時間,移動終端的最大速度設置為5 m/s、10 m/s、15 m/s,其他參數(shù)取默認值,在OPNET中設置隨機種子進行多次實驗。取前5次多終端協(xié)同維護過程,比較泛在業(yè)務干擾指數(shù)CI變化幅度。

    依據(jù)各子過程的維護代價來計算泛在業(yè)務干擾指數(shù)CI,由圖6可知,業(yè)務的CI指數(shù)抖動較小且變化平緩。整體看,移動終端的最大速度越小,干擾指數(shù)CI越大,變化幅度在取值范圍內(nèi)較小,平滑性較好。

    圖6 MDCMM平滑性

    4) 不同機制平滑性比較

    設置默認可用終端數(shù)目數(shù),改變終端移動速度最大值為5 m/s、10 m/s、15 m/s,分別計算3種機制的平滑測度。

    如圖7所示,可以看出MDCMM和MDSCR的目標函數(shù)方差明顯低于MPCMM,因為MDCMM和MDSCR均采用具有最優(yōu)子結(jié)構的算法,選取維護代價最小的協(xié)同方案。而相比MDSCR,MDCMM使協(xié)同方案的維護更穩(wěn)定。

    圖7 不同機制平滑性比較

    5) 不同機制預測效益比較

    從圖8中可看出,與MDSCR和MPCMM相比,MDCMM的預測效益更接近1。MDCMM是0.9~1.0,MDSCR是0.80~0.95,MPCMM 是0.70~0.97。

    圖8 不同機制預測效益比較

    5 結(jié)束語

    協(xié)同維護是泛在網(wǎng)絡中的一個重要問題。是泛在網(wǎng)絡中,終端的類型得到了擴展,能更好地為用戶提供服務。但是由于終端本身的能力受限,以及網(wǎng)絡的動態(tài)特性,泛在業(yè)務會發(fā)生中斷,從而影響用戶體驗。

    本文提出了維護機制 MDCMM,用維護評價指標將協(xié)同構造和協(xié)同中斷恢復2個過程綜合起來,采用了動態(tài)規(guī)劃優(yōu)化策略。實驗表明MDCMM能減少泛在業(yè)務執(zhí)行時間內(nèi)中斷對用戶的干擾,保障用戶體驗。接下來的工作將在構建協(xié)同方案的時候,考慮終端協(xié)同需求,如相鄰子業(yè)務之間的協(xié)同意愿、協(xié)同時間、協(xié)同資源分配等,進一步提升用戶體驗。

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