基于改進(jìn)MORE協(xié)議的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)簇內(nèi)路由研究

尹鳳杰，關(guān)博文

(遼寧大學(xué) 信息學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110036)

0 引言

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)(WMN)作為一種關(guān)鍵技術(shù)越來(lái)越受到研究人員的關(guān)注，已經(jīng)成為寬帶家庭網(wǎng)絡(luò)、社區(qū)網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)等許多應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù).無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)是自組織和自配置網(wǎng)絡(luò)，其中參與節(jié)點(diǎn)能夠自動(dòng)建立和維護(hù)連接，還能快速部署，具有易于維護(hù)、成本低并且可伸縮性高的特點(diǎn).路由協(xié)議作為推動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究人員較為注重的研究熱點(diǎn).現(xiàn)有的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議大多是沿用了已有的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議.移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)因其高移動(dòng)性，所用路由協(xié)議多為被動(dòng)路由協(xié)議.而無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)與典型的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)如移動(dòng)自組網(wǎng)(MANET)[1]、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)[2]、車載自組網(wǎng)(VANETs)[3]等不同，無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)骨干的中繼Mesh路由器是靜態(tài)網(wǎng)格路由器，因此，混合路由協(xié)議更加適合無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò).

已有的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)混合路由協(xié)議中，人們更多地關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的QoS(Quality of Service)指標(biāo)，如文獻(xiàn)[4]提出一種針對(duì)無(wú)線Mesh局域網(wǎng)的解決方案，無(wú)線Mesh路由(WMR)在最小帶寬和最大端到端延遲方面提供了QoS保證.文獻(xiàn)[5]提出一種基于QoS的混合路由協(xié)議，該協(xié)議是在由基于IEEE802.16j的基礎(chǔ)設(shè)施和不同的基于IEEE802.11s的客戶端組成的混合的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出的，文中所提出的HQMR(High Quality Mesh Router)路由協(xié)議在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中提供了QoS保證，并且為了降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提出了一種面向IEEE802.16j全局無(wú)線網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的聚類算法.HQMR協(xié)議有效地保證了無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)QoS指標(biāo)，在平均吞吐量、平均端到端延遲和平均抖動(dòng)方面有很好的表現(xiàn).但是QoS更多體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)層面的性能，當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)更多地應(yīng)該體現(xiàn)在用戶體驗(yàn)方面，即QoE(Quality of Experience)指標(biāo).與QoS相比，QoE更能體現(xiàn)用戶主觀體驗(yàn)，并且所涵蓋的物理指標(biāo)也更為廣泛.所以，以QoE這一能夠體現(xiàn)用戶主觀感受的指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)的性能是更令人信服的.文獻(xiàn)[6]提出一種OLSR(Optimized Link State Routing)路由協(xié)議，它基于度量的動(dòng)態(tài)選擇，并在模糊鏈路成本中確定多媒體數(shù)據(jù)包的最佳路由，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了多媒體應(yīng)用的QoS和QoE要求，但是因?yàn)槟：?guī)則的收斂性較差，所以最終的效果有限.文獻(xiàn)[7]針對(duì)視頻流、音頻流、普通文件數(shù)據(jù)流3種網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景設(shè)計(jì)了完整的路由協(xié)議，在3種網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中QoE指標(biāo)有明顯的優(yōu)化效果，同時(shí)具有較低的控制報(bào)文開(kāi)銷.研究使用基于雙向強(qiáng)化學(xué)習(xí)的路由算法，對(duì)不同服務(wù)的QoE進(jìn)行預(yù)測(cè)，這可能會(huì)導(dǎo)致預(yù)估結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相差較大，降低QoE的指標(biāo).

上述文獻(xiàn)主要是面向3種數(shù)據(jù)流通用的優(yōu)化路由協(xié)議，而現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)更受用戶青睞的是視頻數(shù)據(jù)，也就是視頻流傳輸，本文以視頻流媒體為背景，從簇內(nèi)路由方面入手，加入網(wǎng)絡(luò)編碼，將傳統(tǒng)的MORE(MAC-independent Opportunistic Routing & Encoding)協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，使其能夠降低網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难舆t，提高視頻的用戶體驗(yàn)質(zhì)量.

1 基于QoE的分簇路由協(xié)議

為了使用本文的路由協(xié)議，實(shí)驗(yàn)先將路由器分簇.為了實(shí)現(xiàn)分簇，網(wǎng)絡(luò)中所有的Mesh路由器會(huì)將自身的信息以Hello數(shù)據(jù)包的形式周期性地廣播給鄰居，以此讓網(wǎng)絡(luò)中的路由器完成鄰居Mesh路由器列表的建立，Hello數(shù)據(jù)包的格式如圖1所示.鄰居路由器在收到Hello數(shù)據(jù)包后會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)包的內(nèi)容更新鄰居表的內(nèi)容，這一列表在簇頭以及簇成員選擇的過(guò)程中有著很大的作用.鄰居表的格式如圖2所示.

圖1 Hello數(shù)據(jù)包的格式

圖2 鄰居表的格式

對(duì)于滿足QoE約束的路由器，鄰居路由器將會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，關(guān)于Hello數(shù)據(jù)包的發(fā)送過(guò)程將一直持續(xù)，直到它滿足距離約束以及期望傳輸約束，式(1)和式(2)給出關(guān)于距離約束以及期望傳輸約束的條件.

(1)

(2)

其中，d(MRi，MRi+1)表示2個(gè)Mesh路由之間的距離，d(GW，MRi)表示網(wǎng)關(guān)到路由器的距離，dmax表示最大距離，EXT(MRi，MRi+1)表示2個(gè)Mesh路由之間的所需的期望傳輸數(shù)，EXT(GW，MRi)表示網(wǎng)關(guān)到路由器的所需的期望傳輸數(shù)，EXTmax表示最大的期望傳輸數(shù)，滿足式(1)以及式(2)中給出的約束的會(huì)被劃分為簇內(nèi)成員，分簇之后，同一簇內(nèi)的路由器需要選擇權(quán)重最大的簇成員作為簇頭，Mesh路由器的權(quán)重計(jì)算由式(3)表示，其中，W(v)表示路由器的權(quán)重，D(v)表示Mesh路由器的鄰居數(shù)量，B(v)表示Mesh路由器的可用帶寬，α、β是縮放因子.

W(v)=α×D(v)+β×B(v)

(3)

簇間路由協(xié)議為Mesh網(wǎng)絡(luò)簇間路由協(xié)議(ICMR)，該協(xié)議主要是在簇間建立通信，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求，如果目標(biāo)路由器不在同一簇內(nèi)，則使用反應(yīng)式路由協(xié)議建立通信，簇頭將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到Mesh網(wǎng)關(guān)，Mesh網(wǎng)關(guān)將會(huì)把包含Mesh路由器以及目的路由器所在的簇的簇頭地址回復(fù)給發(fā)出請(qǐng)求的簇頭，隨后簇頭會(huì)啟動(dòng)請(qǐng)求程序，在源Mesh路由器以及目的Mesh路由器之間，尋找滿足丟包率以及視頻編碼比特率等QoE約束的最佳路徑.

2 基于改進(jìn)的MORE協(xié)議的簇內(nèi)路由協(xié)議

本文的路由協(xié)議是針對(duì)簇內(nèi)通信提出的，當(dāng)簇頭接收到簇成員發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求時(shí)，簇頭會(huì)首先檢查自己的路由表，如果在路由表中找到目的地址，目的地址處于簇內(nèi)，那么就可以使用簇內(nèi)路由協(xié)議直接將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至目的地址，避免了向網(wǎng)關(guān)發(fā)送路由請(qǐng)求.在以視頻傳輸為主要傳輸目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)中，傳統(tǒng)的“儲(chǔ)存—轉(zhuǎn)發(fā)”的數(shù)據(jù)處理方式會(huì)在一定程度上影響網(wǎng)絡(luò)的延遲，從而影響用戶的服務(wù)體驗(yàn)，因此，本文采取在節(jié)點(diǎn)處加入網(wǎng)絡(luò)編碼的方式來(lái)降低網(wǎng)絡(luò)延遲，即在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)采用“儲(chǔ)存—編碼—轉(zhuǎn)發(fā)”機(jī)制.

網(wǎng)絡(luò)編碼的原理[8]如圖3所示.圖中有3個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)S需要將分組信息包p1傳輸至節(jié)點(diǎn)D，與此同時(shí)，節(jié)點(diǎn)D也要將分組信息包p2傳輸至節(jié)點(diǎn)S，因?yàn)?個(gè)節(jié)點(diǎn)受傳輸距離的限制，無(wú)法直接將信息包傳輸至目的節(jié)點(diǎn)，因此需要通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)R進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，以此來(lái)完成本次傳輸.按照?qǐng)D3(a)中傳統(tǒng)的儲(chǔ)存轉(zhuǎn)發(fā)式結(jié)構(gòu)進(jìn)行本次的數(shù)據(jù)傳輸，在沒(méi)有數(shù)據(jù)包丟失的情況下，實(shí)驗(yàn)共需要4次傳輸才能夠完成本次的信息交換.而使用加入了網(wǎng)絡(luò)編碼的結(jié)構(gòu)之后，如圖3(b)所示，當(dāng)節(jié)點(diǎn)S和節(jié)點(diǎn)D分別將信息包p1和p2傳輸至節(jié)點(diǎn)R之后，節(jié)點(diǎn)R偵察到有編碼的機(jī)會(huì)，便會(huì)將2個(gè)信息包進(jìn)行編碼操作，將編碼后的數(shù)據(jù)包以廣播的形式傳輸給節(jié)點(diǎn)S和節(jié)點(diǎn)D，2個(gè)節(jié)點(diǎn)分別解碼后就可以得到期望的信息包.這種方式可以有效地節(jié)省一次傳輸.在網(wǎng)絡(luò)中，編碼的機(jī)會(huì)越多，那么通過(guò)網(wǎng)絡(luò)編碼獲得的收益也就越大，因此在視頻傳輸中，選擇網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸方式就可以在很大程度上降低網(wǎng)絡(luò)的延遲.

圖3 儲(chǔ)存轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)編碼結(jié)構(gòu)

MORE協(xié)議是一種改進(jìn)的機(jī)會(huì)路由協(xié)議[9]，它使用了隨機(jī)線性編碼，在數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)之前會(huì)隨機(jī)選擇系數(shù)將數(shù)據(jù)包線性組合，生成的數(shù)據(jù)包會(huì)將各自使用的系數(shù)封裝在一個(gè)特殊的報(bào)頭之中，一般將其稱為MORE報(bào)頭，目的節(jié)點(diǎn)收到適當(dāng)數(shù)量的數(shù)據(jù)包后，就會(huì)通過(guò)逆函數(shù)執(zhí)行解碼過(guò)程，以得到需要接收的數(shù)據(jù)包.MORE協(xié)議的傳輸調(diào)度依賴于CSMA/CA，就吞吐量性能而言優(yōu)于ExOR等機(jī)會(huì)路由協(xié)議，具有一定的研究意義.此外，為了保證傳輸?shù)馁|(zhì)量，MORE協(xié)議有自己的確認(rèn)機(jī)制，在源和中繼節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)包的發(fā)送及轉(zhuǎn)發(fā)之后，源和中繼節(jié)點(diǎn)會(huì)持續(xù)地發(fā)送和重傳數(shù)據(jù)包，這一過(guò)程會(huì)一直持續(xù)到目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送回確認(rèn)信息為止.這會(huì)很大程度上保證數(shù)據(jù)包的傳輸成功率，但是對(duì)時(shí)延也會(huì)有不小的影響，而在視頻傳輸過(guò)程中按時(shí)傳輸往往比可靠更為重要.因此本文對(duì)MORE協(xié)議作了如下改進(jìn)：1)將隨機(jī)線性編碼改變?yōu)檠舆t最小化網(wǎng)絡(luò)編碼；2)增加拒絕確認(rèn)機(jī)制.

圖4 延遲最小化網(wǎng)絡(luò)編碼算法流程

2.1 延遲最小化網(wǎng)絡(luò)編碼

延遲最小化網(wǎng)絡(luò)編碼是最小化系統(tǒng)的總體接入時(shí)間，也就是從網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶出發(fā)考慮最小的時(shí)延.對(duì)于單個(gè)用戶而言，假設(shè)該用戶所需的數(shù)據(jù)包數(shù)量為m，那么如果服務(wù)器在前m次廣播中，每一次都能夠得到自己所需要的新數(shù)據(jù)包，那么該用戶就可以得到理論上的最小接入時(shí)間，即m個(gè)單位數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)間m.也就可以理解為，單個(gè)用戶所需的接入時(shí)間取決于該用戶所需數(shù)據(jù)包在整個(gè)服務(wù)器的廣播序列中所占的位置，當(dāng)所需數(shù)據(jù)包發(fā)送出得越早，用戶的時(shí)延也就可相應(yīng)降低，用戶的服務(wù)體驗(yàn)質(zhì)量就會(huì)越好.但是在日常中，整個(gè)系統(tǒng)往往不止1個(gè)用戶，如果系統(tǒng)每次的廣播都只針對(duì)某一用戶的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，該用戶就可以以最短的時(shí)間獲得數(shù)據(jù)包，但是系統(tǒng)中的其他用戶就將遲遲無(wú)法得到自己所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)的傳輸效率就會(huì)降低，整體時(shí)延將會(huì)上升，整體用戶的服務(wù)體驗(yàn)質(zhì)量極有可能變得不可接受.因此，在數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)需要考慮整體系統(tǒng)，以全局的時(shí)延優(yōu)化作為目標(biāo).那么，問(wèn)題就變成了在每次傳輸中，如何將數(shù)據(jù)包編碼能夠滿足所有的用戶請(qǐng)求數(shù)據(jù).

延遲最小化網(wǎng)絡(luò)編碼的算法流程如圖4所示.M表示編碼組合能夠定位到的用戶數(shù)量，N表示用戶總數(shù).該算法流程將接收到的第1個(gè)請(qǐng)求數(shù)據(jù)包作為搜索條件，計(jì)算該數(shù)據(jù)包能夠定位到的用戶數(shù)量，如果所定位的用戶數(shù)量等于用戶的總數(shù)，那么該數(shù)據(jù)包就是本次傳輸?shù)淖顑?yōu)選擇，算法隨即將該數(shù)據(jù)包廣播，并且更新用戶的數(shù)據(jù)包接收以及請(qǐng)求信息，如果所定位的用戶數(shù)量不等于用戶總數(shù)，那么將編碼組合的大小增加至2，重新計(jì)算這2個(gè)數(shù)據(jù)包所能定位的用戶數(shù)量，如果等于用戶總數(shù)，就將這一編碼組合廣播給用戶，并更新接收和請(qǐng)求數(shù)據(jù)，如果不等于用戶總數(shù)，就將編碼組合大小增加至3，并繼續(xù)重復(fù)上述過(guò)程.算法的搜索會(huì)一直持續(xù)，直至找到能夠定位到所有的用戶的編碼組合，并將其廣播給用戶，發(fā)送完成后隨即更新用戶接收到的數(shù)據(jù)包以及請(qǐng)求數(shù)據(jù)包的信息.上述整個(gè)算法過(guò)程會(huì)不斷重復(fù)，直到所有用戶接收到所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包.

下面以一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明時(shí)延最小化網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方式.假設(shè)系統(tǒng)中共有4個(gè)用戶u1、u2、u3、u4，他們已經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)包和正在請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包如表1所示：

表1 系統(tǒng)中用戶已接收到的數(shù)據(jù)包與請(qǐng)求數(shù)據(jù)包

首先生成編碼數(shù)據(jù)集S={a1、a2、a3、a5、a6、a7、b2、b3、b4、b6、c2、c4、c7}，然后定位數(shù)據(jù)包a1所請(qǐng)求的用戶，只有用戶u2請(qǐng)求，顯然不滿足條件中定位所有的用戶，然后加入數(shù)據(jù)包a2，同樣還是只有用戶u2請(qǐng)求此數(shù)據(jù)包，加入數(shù)據(jù)包a3，此時(shí)有用戶u1、u3請(qǐng)求此數(shù)據(jù)包，這時(shí)定位用戶數(shù)為3，但是還未滿足條件，可以發(fā)現(xiàn)直到搜索至數(shù)據(jù)包a7時(shí)，編碼包{a1、a2、a3、a5、a6、a7}滿足定位到全部用戶這一條件，因此將這一編碼包作為本輪的最優(yōu)編碼包廣播給用戶，第1輪廣播后，用戶已收到的數(shù)據(jù)包與請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包如表2所示.以此類推經(jīng)過(guò)4輪廣播后能夠滿足所有用戶的請(qǐng)求.

表2 第1輪廣播后用戶已收到數(shù)據(jù)包與請(qǐng)求數(shù)據(jù)包

2.2 增加拒絕確認(rèn)機(jī)制

在原本的MORE協(xié)議中，源會(huì)持續(xù)發(fā)送同一批數(shù)據(jù)包直到接收到目的節(jié)點(diǎn)發(fā)回的確認(rèn)通知，再開(kāi)始下一批數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā).很顯然，這種機(jī)制很難滿足時(shí)間的要求，因此，在改進(jìn)的MORE協(xié)議中，通過(guò)強(qiáng)制源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)廣播有限的時(shí)間來(lái)克服這一問(wèn)題，在這一協(xié)議中，源節(jié)點(diǎn)不會(huì)等待目的節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)信息，在源節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包廣播之后，它會(huì)啟動(dòng)1個(gè)倒計(jì)時(shí)器，所啟動(dòng)的倒計(jì)時(shí)器為1個(gè)特定的時(shí)間間隔定義為τ，它以視頻流施加的時(shí)間約束來(lái)估計(jì)τ，假定傳輸1組幀速率為f，大小為g的圖片的視頻流，該視頻流必須在小于或等于g/f的時(shí)間段內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā).如果該組圖片在平均l個(gè)大小為b的包中使用封裝，那么每一批數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)需要等待τ，如式(4)所示.在倒計(jì)時(shí)時(shí)間歸零之后，立即啟動(dòng)下一批數(shù)據(jù)包的廣播，而不管上一批是否交付成功.

τ=(g/f)/(l/k)=gk/fl

(4)

拒絕確認(rèn)機(jī)制可以很好地控制轉(zhuǎn)發(fā)所需時(shí)間，這是一個(gè)極好的特性，因?yàn)閷?duì)于源和中繼節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，持續(xù)發(fā)送已經(jīng)過(guò)時(shí)的數(shù)據(jù)包是十分浪費(fèi)能量和時(shí)間的.因此在不需要考慮數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)是否可靠的情況下，增加拒絕確認(rèn)機(jī)制能夠最大程度上降低時(shí)延.

3 仿真與分析

本實(shí)驗(yàn)采用MATLAB仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)量及分析.通過(guò)文獻(xiàn)[10]可以得知，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的影響主要有3個(gè)方面，用戶平均儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度、用戶平均請(qǐng)求的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度以及用戶數(shù)，因此，本實(shí)驗(yàn)以這3點(diǎn)為變量進(jìn)行比較.實(shí)驗(yàn)將加入了基于改進(jìn)MORE協(xié)議的簇內(nèi)路由的分簇協(xié)議(IMIC)與加入基于原始MORE協(xié)議的簇內(nèi)路由的分簇協(xié)議(MIC)以及基于排序蟻群算法的分簇路由協(xié)議(SACR)在時(shí)延方面進(jìn)行比較.

1)首先對(duì)比當(dāng)用戶平均儲(chǔ)存數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不同時(shí)，基于改進(jìn)的MORE協(xié)議的簇內(nèi)路由協(xié)議的性能.本次實(shí)驗(yàn)?zāi)M1個(gè)用戶數(shù)為4的場(chǎng)景，仿真時(shí)給每個(gè)用戶隨機(jī)生成大小為10的請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，同時(shí)生成1個(gè)大小在4到14之間變化的已儲(chǔ)存數(shù)據(jù)包.進(jìn)行1 000次隨機(jī)實(shí)驗(yàn)并求出實(shí)驗(yàn)的平均值.

圖5 用戶平均儲(chǔ)存長(zhǎng)度不同時(shí)的時(shí)延

仿真結(jié)果如圖5所示，可以看出基于改進(jìn)的MORE協(xié)議的簇內(nèi)路由協(xié)議當(dāng)用戶平均儲(chǔ)存數(shù)據(jù)長(zhǎng)度較低時(shí)，原始的MORE協(xié)議有著更好的表現(xiàn)，但是當(dāng)用戶平均儲(chǔ)存數(shù)據(jù)長(zhǎng)度增加時(shí)，改進(jìn)的MORE協(xié)議性能逐漸改進(jìn)，并且優(yōu)于其余2個(gè)路由協(xié)議.這是因?yàn)闀r(shí)延最小化網(wǎng)絡(luò)編碼，對(duì)于時(shí)延的優(yōu)化很大程度上取決于用戶所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包與用戶已儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)包之間的重合度，當(dāng)用戶本身儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)包較少時(shí)，時(shí)延最小化網(wǎng)絡(luò)編碼能夠搜尋到的最優(yōu)編碼機(jī)會(huì)也相應(yīng)減少，因此相對(duì)應(yīng)的時(shí)延就會(huì)較長(zhǎng)，而隨著用戶儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)包逐漸增多，延遲最小化網(wǎng)絡(luò)編碼能夠搜索到最優(yōu)編碼包的概率也將增加，時(shí)延相應(yīng)也會(huì)降低.而在實(shí)際應(yīng)用中，用戶所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)包與請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包重合度會(huì)遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)所示.由此來(lái)看，基于改進(jìn)MORE協(xié)議的簇內(nèi)路由協(xié)議在時(shí)延方面有著一定的提升.

圖6 用戶平均請(qǐng)求長(zhǎng)度不同時(shí)的時(shí)延

2)本次實(shí)驗(yàn)分析用戶平均請(qǐng)求數(shù)據(jù)長(zhǎng)度對(duì)時(shí)延的影響，同樣模擬1個(gè)用戶數(shù)為4的仿真場(chǎng)景，仿真時(shí)隨機(jī)分配給每個(gè)用戶大小為10的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存包，大小在1到10之間的數(shù)據(jù)請(qǐng)求包.進(jìn)行1 000次隨機(jī)實(shí)驗(yàn)并取平均值.

圖6顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出基于改進(jìn)MORE協(xié)議的簇內(nèi)路由協(xié)議在所有不同的數(shù)據(jù)請(qǐng)求長(zhǎng)度下，時(shí)延均低于基于原始MORE協(xié)議的簇內(nèi)路由協(xié)議和基于排序蟻群算法的分簇路由協(xié)議.正如在上一個(gè)實(shí)驗(yàn)中所討論的，用戶的平均儲(chǔ)存數(shù)據(jù)足夠大，每個(gè)用戶的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)與請(qǐng)求數(shù)據(jù)的重合度大概率也會(huì)增大，時(shí)延最小化網(wǎng)絡(luò)編碼能夠?qū)ふ业阶顑?yōu)編碼包的機(jī)會(huì)同時(shí)增加.從圖6的趨勢(shì)可以看出，當(dāng)用戶平均儲(chǔ)存數(shù)據(jù)長(zhǎng)度一定時(shí)，請(qǐng)求數(shù)據(jù)長(zhǎng)度越大，系統(tǒng)時(shí)延相應(yīng)也會(huì)增加.

圖7 用戶數(shù)不同時(shí)的時(shí)延

3)本次實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證用戶數(shù)對(duì)系統(tǒng)時(shí)延的影響，因此分別選擇了用戶數(shù)為4、6、8、10的情況，仿真時(shí)，隨機(jī)向每個(gè)用戶分配大小相同的用戶儲(chǔ)存數(shù)據(jù)包以及請(qǐng)求數(shù)據(jù)包.實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示，可以發(fā)現(xiàn)，在不同用戶數(shù)情況下，基于改進(jìn)的MORE協(xié)議的簇內(nèi)路由優(yōu)化效果并無(wú)明顯變化，說(shuō)明所提出的路由協(xié)議的優(yōu)化能力并不受用戶數(shù)量的影響.

4 結(jié)論

本文提出了一種基于改進(jìn)的MORE協(xié)議的簇內(nèi)路由協(xié)議，該協(xié)議以MORE協(xié)議為基礎(chǔ)，將MORE協(xié)議中所使用的隨機(jī)線性編碼改進(jìn)為時(shí)延最小化網(wǎng)絡(luò)編碼，并且加入了拒絕確認(rèn)機(jī)制，有效地降低了簇內(nèi)路由在數(shù)據(jù)包傳輸過(guò)程中的時(shí)延.實(shí)驗(yàn)表明，基于改進(jìn)MORE協(xié)議的簇內(nèi)路由能夠有效地提升用戶體驗(yàn)質(zhì)量在時(shí)間方面的要求，使得無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)在QoE方面的性能進(jìn)一步提高.