簡述無線Mesh網(wǎng)絡(luò)流量自相似性研究

1、簡述無線Mesh網(wǎng)絡(luò)流量自相似性研究        關(guān)鍵詞：無線Mesh 流量特性 自相似論文摘要：近年來，無線Mcsh網(wǎng)絡(luò)已成為一個(gè)倍受關(guān)淚的研究領(lǐng)域，對(duì)無線Mcsh網(wǎng)絡(luò)流錄特性的研究將有助于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研究、評(píng)估，以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的規(guī)劃和建設(shè)本文通過對(duì)無線Mcsh測試網(wǎng)上采集的數(shù)抓包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，揭示了網(wǎng)絡(luò)流量具有自相似的特性)同時(shí)，解釋了無線Mcsh網(wǎng)絡(luò)流量自相似性是山網(wǎng)絡(luò)中具有重尾分布特性的多個(gè)流A加形成的,并通過仿真進(jìn)一步分析了竹點(diǎn)移動(dòng)性對(duì)流量自相似性的影響、1前言    近年來，

2、隨著移動(dòng)通信和移動(dòng)技術(shù)的，用戶對(duì)無線寬帶數(shù)據(jù)接入提出了新的要求，作為下一代無線寬帶接入的重要技術(shù)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)受到Jf究者的廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)相比，無線Mesh網(wǎng)具有覆蓋范圍大、網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性好、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展成木低等優(yōu)點(diǎn)。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)通常形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，各個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)通過相鄰的其它用戶節(jié)點(diǎn)，以多跳方式實(shí)現(xiàn)到骨千網(wǎng)絡(luò)的接入。新用戶可以通過其相鄰用戶很方便地加入到網(wǎng)絡(luò)中來，而無需其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及布線等，這使得無線Mesh網(wǎng)絡(luò)具有良好的可擴(kuò)展性和較低的網(wǎng)絡(luò)成木2無線Mesh測試網(wǎng)及流量數(shù)據(jù)采集2.1無線Mesh測試網(wǎng)    為研究無線Mesh網(wǎng)絡(luò)

3、的流量特性并為相關(guān)MAC防議、路由協(xié)議等的研究究提供真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，我們?cè)O(shè)計(jì)并建設(shè)了一個(gè)由20個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的無線Mesh測試網(wǎng)。測試網(wǎng)山20臺(tái)電腦組成，其中15臺(tái)臺(tái)式電腦作為固定節(jié)點(diǎn)，編號(hào)為1一15;其它5臺(tái)筆記木電腦充當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，編號(hào)為1620 0所有這些電腦被放置在同一樓層的二個(gè)小相鄰的房間里，在每個(gè)房間中都有一臺(tái)臺(tái)式電腦被放置在窗戶附近。山于傳輸衰落以及墻壁的阻擋，除了靠近窗戶的那臺(tái)電腦以外，小同房間里的任意兩臺(tái)電腦是無法直接通信的因此，小同房間的兩臺(tái)電腦必須通過建立一條多跳的路徑來進(jìn)行通信。每臺(tái)電腦都裝備了一塊二星或英特爾802.11b無線網(wǎng)卡。所有的節(jié)點(diǎn)被配置成為一個(gè)子網(wǎng)，其中1號(hào)節(jié)點(diǎn)

4、作為網(wǎng)關(guān)，連接了測試網(wǎng)和樓內(nèi)的局域網(wǎng)。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以在二個(gè)房間之間進(jìn)行活動(dòng)。    每臺(tái)電腦都運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)多跳路由，在Linux內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)了AODV路山協(xié)議，這樣網(wǎng)絡(luò)中的任何兩點(diǎn)都可以建立多跳的路山。為了在所有節(jié)點(diǎn)記錄每個(gè)數(shù)據(jù)包的信息，在Linux內(nèi)核中創(chuàng)建了一個(gè)“record”線程。每個(gè)被接收到的數(shù)據(jù)包，都山“record”線程記錄卜來，記錄內(nèi)容包括:到達(dá)時(shí)間、民度、源地址、目的地址等。"record”線程定時(shí)將記錄信息保存在每臺(tái)電腦中的log文件里，這樣通過全部電腦中的log文件就可以得到整個(gè)無線Mesh測試網(wǎng)中的流量數(shù)據(jù)。2.2流

5、量數(shù)據(jù)    無線Mesh測試網(wǎng)中的流量主要來自于日常應(yīng)用，例如郵件、telnet , FTP文件傳輸、訪問WWW網(wǎng)臾以及在線視頻和音頻播放等。我們完整地記錄了從2003年10月11日11月25日網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的全部流量數(shù)據(jù)。山于篇幅所限，在此，只以節(jié)點(diǎn)2在10月24日到10月27日的數(shù)據(jù)和節(jié)點(diǎn)9在11月9日到11月11日的數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析。表1中列出了木文所采用數(shù)據(jù)的簡單情況。3無線Mesh網(wǎng)絡(luò)流量的統(tǒng)計(jì)分析3.1無線Mesh網(wǎng)絡(luò)流量的自相似性自相似模型只需要唯一一個(gè)參數(shù)H(Hurst參數(shù))，它描述了時(shí)間序列的自相關(guān)程度。本文中，我們使用了二種方法(方差時(shí)間法、

6、R/S分析法、Whittle估計(jì)法)來檢驗(yàn)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)流量的自相似性并估計(jì)其H值。    首先分別采用方差時(shí)間法和R/S分析法對(duì)表1中的第1行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如下:采用時(shí)間方差法進(jìn)行分析，得到H值為0.83;采用R/S法進(jìn)行分析，得到H值為0.87。兩種方法都證明無線Mesh網(wǎng)絡(luò)流量是自相似的。    為了得到H值的準(zhǔn)確估計(jì)，我們采用Whittle方法計(jì)算，得到H=0.91, 95%致信區(qū)間為0.82, 0.99。山此可知，方差時(shí)間法和R/S分析法估計(jì)得到的H參數(shù)值都落在Whittle方法得到的致信區(qū)間之內(nèi)。對(duì)表2中的第2行數(shù)據(jù)

7、進(jìn)行同樣的分析，可以得到H值為0.82，這一結(jié)果同樣說明了網(wǎng)絡(luò)流量的自相似性。通過對(duì)表1中數(shù)據(jù)的分析，我們發(fā)現(xiàn)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)流量具有自相似特性。采用上述統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)其它數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同樣可以得到網(wǎng)絡(luò)流量自相似性的結(jié)果。這些分析結(jié)果充分說明了無線Mesh網(wǎng)絡(luò)流量具有自相似的特性。1         3.2無線Mesh數(shù)據(jù)流的重尾分布特性無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的到達(dá)數(shù)據(jù)可以按源和目的節(jié)點(diǎn)劃分成小同的數(shù)據(jù)流，到達(dá)節(jié)點(diǎn)即為目的節(jié)點(diǎn)的流稱為“到達(dá)流”，需要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的流稱為“轉(zhuǎn)發(fā)流”。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)

8、小僅是通信和終端，而且也是擔(dān)負(fù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)任務(wù)的路山器。每個(gè)到達(dá)流到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)都要經(jīng)過一些中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，這些轉(zhuǎn)發(fā)的流量對(duì)于中間節(jié)點(diǎn)來說就是它們的“轉(zhuǎn)發(fā)流”。因此，對(duì)于每個(gè)“轉(zhuǎn)發(fā)流”來說，都會(huì)對(duì)應(yīng)著一個(gè)“到達(dá)流”，它們具有相同的源和目的地址。反過來，每個(gè)“到達(dá)流”都會(huì)經(jīng)過一個(gè)或幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的那一部分?jǐn)?shù)據(jù)就成為其“轉(zhuǎn)發(fā)流”，因此，每個(gè)“到達(dá)流”都會(huì)對(duì)應(yīng)著一個(gè)或者幾個(gè)“轉(zhuǎn)發(fā)流”。我們經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了“到達(dá)流”和“轉(zhuǎn)發(fā)流”具有重尾分布的特性。 3中已經(jīng)證明多個(gè)具有重尾分布特性的流的異加產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包到達(dá)過程將具有自相似特性。在無線Mesh網(wǎng)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)到達(dá)的“到達(dá)流”和“轉(zhuǎn)發(fā)流”都具有重尾分

9、布特性，因此每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包到達(dá)過程也是多個(gè)具有重尾分布的流的異加，這就是無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中流量自相似性的成因3.3移動(dòng)性對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量特性的影響無線Mesh網(wǎng)中，用戶節(jié)點(diǎn)可以具有一定移動(dòng)性。為了 研究節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量特性的影響，我們采用NS2仿真工具4，針對(duì)小同的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)模型，對(duì)一個(gè)由20個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了仿真。研究者提出了多種節(jié)點(diǎn)移動(dòng)模型，在仿真中，我們采用了Random Waypoint模型,Random Direction模型,Manhattan Grid模型以及Obstacle移動(dòng)模型。仿真中，將無線Mesh測試網(wǎng)中采集到的端到端真實(shí)流量輸入仿真網(wǎng)絡(luò)中表2給出了節(jié)點(diǎn)1

10、-10的H值。從表中可以看出，在小同的移動(dòng)模型下，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的H值參數(shù)幾乎相同。這些仿真結(jié)果顯示無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性并不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的自相似性造成影響4結(jié)論    隨著無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，對(duì)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)流量的研究就成為一個(gè)十分重要的課題。本文通過對(duì)實(shí)際無線Mesh網(wǎng)絡(luò)流量的測量，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，得出了無線Mesh網(wǎng)絡(luò)流量具有自相似性的結(jié)論。最后，通過仿真研究了不同的節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)模型對(duì)流量自相似性的影響參考文獻(xiàn)1 Leland W E,   Taqqn M S.  On the self-similar nature of ethernet traffic(extended version). IEEE/ACM Transactions on Networking, 1994,2(2)2 Garett M.Contrihntion toward real-time service on packet switched networks.PhD Disscrtation,Columbia Univcrsitv, 19933  Taqqu