Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)研究

* 路由發(fā)現(xiàn)時(shí)間(也稱(chēng)為路由重建時(shí)間)：直接說(shuō)明了路由算法的效率，即從無(wú)法根據(jù)路由表得到路由到得到可用路由的時(shí)間。需要注意的是，這個(gè)測(cè)試參數(shù)適用于需求驅(qū)動(dòng)路由算法(反應(yīng)式)[1][5]和具有事件觸發(fā)更新功能的路由表驅(qū)動(dòng)型路由算法(先應(yīng)式)[1][6]。

* 路由表收斂時(shí)間：對(duì)于路由表驅(qū)動(dòng)型路由算法而言，路由協(xié)議在運(yùn)行期間，路由表從初始狀態(tài)到路由表穩(wěn)定狀態(tài)通常會(huì)有一個(gè)自動(dòng)更新的過(guò)程，這個(gè)時(shí)間通常稱(chēng)為路由表收斂時(shí)間。

* 路由協(xié)議的效率：任何路由協(xié)議在運(yùn)行過(guò)程中，都要有一定的路由協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)，用于在結(jié)點(diǎn)之間維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔ⅰ?duì)于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)帶寬非常有限，協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)直接影響網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率，進(jìn)而影響網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性。所以路由協(xié)議的效率也是我們重點(diǎn)考慮的測(cè)試參數(shù)之一。

性能測(cè)試的基本方法

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的性能測(cè)試的主要內(nèi)容已經(jīng)在第二節(jié)中進(jìn)行了闡述，由于物理層的測(cè)試內(nèi)容只涉及到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間的通信。而且，無(wú)線(xiàn)終端設(shè)備廠(chǎng)商一般會(huì)事先提供相應(yīng)的物理層參數(shù)，所以下面討論的性能測(cè)試方法只與網(wǎng)絡(luò)接入層和路由協(xié)議有關(guān)。

1. 接入層協(xié)議性能測(cè)試方法

(a) 接入時(shí)延測(cè)試

12 ALT=表1：給網(wǎng)絡(luò)不同的性能測(cè)試內(nèi)容賦予不同的加權(quán)值可以更加客觀(guān)地反映網(wǎng)絡(luò)的性能。>

結(jié)點(diǎn)對(duì)所有到達(dá)發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)包用時(shí)間戳進(jìn)行標(biāo)記，在該數(shù)據(jù)可以發(fā)送后，即滿(mǎn)足下列條件，收到CTS數(shù)據(jù)幀并且是緩沖區(qū)最先要發(fā)送的報(bào)文，再記錄下數(shù)據(jù)可以成功發(fā)送的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間與時(shí)間戳記錄的時(shí)間相減即接入時(shí)延，在系統(tǒng)測(cè)試時(shí)，通常計(jì)算結(jié)點(diǎn)所有數(shù)據(jù)包的平均時(shí)延。接入時(shí)延測(cè)試如圖1所示：

(b) 優(yōu)先級(jí)測(cè)試

網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)先級(jí)可以分為結(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)和報(bào)文優(yōu)先級(jí)。在統(tǒng)計(jì)意義下，優(yōu)先級(jí)的測(cè)試要依賴(lài)于平均接入時(shí)延的計(jì)算。如果是對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行區(qū)分，性能測(cè)試就計(jì)算不同結(jié)點(diǎn)的平均接入時(shí)延。如果網(wǎng)絡(luò)只支持報(bào)文優(yōu)先級(jí)，就要對(duì)不同類(lèi)型的報(bào)文進(jìn)行區(qū)分，分別計(jì)算平均接入時(shí)延。對(duì)于同時(shí)支持結(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)和報(bào)文優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，測(cè)試要更加復(fù)雜。

(c) 公平性測(cè)試

公平性測(cè)試的依據(jù)主要是平均網(wǎng)絡(luò)接入時(shí)延，優(yōu)先級(jí)高的結(jié)點(diǎn)比優(yōu)先級(jí)低的結(jié)點(diǎn)具有更小的平均接入時(shí)延。同時(shí)，不同優(yōu)先級(jí)結(jié)點(diǎn)之間的時(shí)延差距要相對(duì)明顯。例如，最高優(yōu)先級(jí)結(jié)點(diǎn)與最低優(yōu)先級(jí)結(jié)點(diǎn)之間的時(shí)延差距不到5%，就說(shuō)明MAC層的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級(jí)機(jī)制是失敗的。

2. 路由協(xié)議性能測(cè)試方法

路由協(xié)議所有的性能測(cè)試參數(shù)都需要在多跳網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際測(cè)量得到，要根據(jù)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)合理運(yùn)用路由協(xié)議的性能測(cè)試方法。需要特別指出的是，網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性等對(duì)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的參數(shù)會(huì)產(chǎn)生較為明顯的影響 [4]，上述問(wèn)題將在第4節(jié)進(jìn)行討論。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議主要有如下幾方面的特征[8]：

*分布式特征：該特征是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)最突出的特征。

*無(wú)環(huán)路：路由協(xié)議的重要約束條件之一，可以簡(jiǎn)單地采用TTL(生存時(shí)間)來(lái)對(duì)“兜圈子”的報(bào)文進(jìn)行控制，但是考慮協(xié)議的效率通常采用更好的辦法。

*需求驅(qū)動(dòng)(反應(yīng)式)：路由協(xié)議并不主動(dòng)維護(hù)路由表，當(dāng)發(fā)現(xiàn)無(wú)法得到目的結(jié)點(diǎn)路由后，需求驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議發(fā)送路由請(qǐng)求信息。

*路由表驅(qū)動(dòng)(先應(yīng)式)：路由協(xié)議主動(dòng)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)洌〞r(shí)更新路由表，有的協(xié)議還有更新觸發(fā)功能，可以更快地發(fā)現(xiàn)新的可用路由。

*安全問(wèn)題：安全性是Ad hoc網(wǎng)絡(luò)面臨的另一個(gè)大難題。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)使用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，容易被監(jiān)聽(tīng)和干擾。加上Ad hoc網(wǎng)絡(luò)一般被使用在特殊場(chǎng)合(軍事、救災(zāi)等)，安全問(wèn)題更加突出。在無(wú)線(xiàn)鏈路安全性非常脆弱的情況下，路由協(xié)議的安全性對(duì)于網(wǎng)絡(luò)尤為重要。

*休眠期：電源能量對(duì)于基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的終端非常重要，路由協(xié)議需要支持設(shè)備的休眠功能，不要在休眠期仍然進(jìn)行路由信息的交互。

*非對(duì)稱(chēng)鏈路支持：無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的非對(duì)稱(chēng)性必然會(huì)導(dǎo)致非對(duì)稱(chēng)性路由，路由協(xié)議必須能夠在源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)之間建立非對(duì)稱(chēng)路由，這樣就增加了協(xié)議的復(fù)雜性。

根據(jù)路由協(xié)議的特點(diǎn)，提出路由協(xié)議性能測(cè)試方法。

(a) 路由協(xié)議端到端時(shí)延

測(cè)量主機(jī)之間時(shí)鐘同步是端到端測(cè)量重要的技術(shù)基礎(chǔ)。利用GPS、PSTN、CDMA等網(wǎng)絡(luò)的外部時(shí)鐘源來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量主機(jī)間同步。雖然精度高，但費(fèi)用昂貴且在測(cè)量主機(jī)數(shù)量很大時(shí)難于實(shí)現(xiàn)。一般端到端時(shí)延測(cè)量可以通過(guò)RTT(Round Trip Time)獲得，但是由于無(wú)線(xiàn)鏈路廣泛存在著鏈路非對(duì)稱(chēng)的情況，所以需要測(cè)量端到端的單向時(shí)延。[10][11][12]對(duì)單向時(shí)延的測(cè)量提出了基于某種最優(yōu)化目標(biāo)來(lái)確定測(cè)量參數(shù)的方法。根據(jù)不同的要求，提出相應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)，利用線(xiàn)性規(guī)劃模型進(jìn)行求解，最終到達(dá)提高單向時(shí)延參數(shù)精度的目的。

(b) 路由發(fā)現(xiàn)時(shí)間

12 ALT=圖3：“直線(xiàn)型”結(jié)點(diǎn)分布。>

當(dāng)路由協(xié)議發(fā)現(xiàn)當(dāng)前維護(hù)的路由條目失效或無(wú)法為目的結(jié)點(diǎn)提供可用路由時(shí)，會(huì)主動(dòng)發(fā)出路由請(qǐng)求，網(wǎng)絡(luò)中的鄰居結(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)路由請(qǐng)求的內(nèi)容或者轉(zhuǎn)發(fā)路由請(qǐng)求，或者向源結(jié)點(diǎn)報(bào)告可用路由，或者什么都不做[1][7]。從發(fā)送路由請(qǐng)求到得到可用路由的時(shí)間就是路由重建時(shí)間，如圖2所示。

(c) 路由協(xié)議的效率

網(wǎng)絡(luò)中路由信息占信息傳輸總量的百分比。對(duì)于路由協(xié)議的效率參數(shù)，可以利用外部測(cè)量的方法，即在網(wǎng)絡(luò)中加入監(jiān)聽(tīng)結(jié)點(diǎn)并分析數(shù)據(jù)內(nèi)容的方法來(lái)計(jì)算路由協(xié)議效率。但是這種方法的開(kāi)銷(xiāo)較大，如果對(duì)協(xié)議本身進(jìn)行修改，本地計(jì)算可以大大減少網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)。在路由協(xié)議中，在路由維護(hù)信息送到發(fā)送緩沖區(qū)之前進(jìn)行修改：

#IFDEF CACULATE_EFFECIECY

int num_of_routing_message++

#ENDIF

這樣利用下面的公式：