一種多通道移動(dòng)組播的報(bào)報(bào)制度

一種多通道移動(dòng)組播的報(bào)報(bào)制度

在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，由于資源和環(huán)境的限制，組播對單一廣播和廣播沒有影響，已成為研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。有兩種基本的支持移動(dòng)主機(jī)的組播路由協(xié)議1基于優(yōu)先順序的消息管理系統(tǒng)pdmm1.1存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)報(bào)文在一般組播路由節(jié)點(diǎn)中,對各種報(bào)文的處理是按照先來先服務(wù)(FIFO)處理的,其缺點(diǎn)是:不能區(qū)別對待不同類型的報(bào)文;網(wǎng)絡(luò)負(fù)載重時(shí)會(huì)導(dǎo)致傳輸延遲非常大。PDMM提出了一種新的處理路由節(jié)點(diǎn)報(bào)文的機(jī)制,實(shí)現(xiàn)方法如下:(1)控制報(bào)文和數(shù)據(jù)報(bào)文位于不同的FIFO隊(duì)列,且控制報(bào)文隊(duì)列被賦予高優(yōu)先級;(2)根據(jù)其計(jì)算得出的優(yōu)先級的不同將數(shù)據(jù)報(bào)文分成高、中、低3個(gè)等級的FIFO對列。經(jīng)仿真檢驗(yàn),PDMM對于整體上縮短報(bào)文的傳輸延遲有著明顯的作用。1.2不同數(shù)據(jù)報(bào)文不同等級的依據(jù)賦予控制報(bào)文高優(yōu)先級主要基于如下2個(gè)原因:(1)組播樹的建立和重構(gòu)過程中,路由發(fā)現(xiàn)報(bào)文的優(yōu)先傳送有利于縮短服務(wù)中斷時(shí)間;(2)應(yīng)答報(bào)文的優(yōu)先傳送也有利于縮短數(shù)據(jù)報(bào)文的傳輸延遲?，F(xiàn)有的一些數(shù)據(jù)報(bào)文調(diào)度算法文章引入終止時(shí)間ET(expirytime)(以表征剩余跳數(shù)的TTL值為參量)和QL作為確定數(shù)據(jù)報(bào)文不同優(yōu)先級的依據(jù)如下:(1)對于ET值越小的數(shù)據(jù)報(bào)文賦予越高的優(yōu)先等級,反之賦予越低的優(yōu)先等級。因?yàn)閷τ谝粋€(gè)具體的數(shù)據(jù)報(bào)文,優(yōu)先傳送ET值越小的數(shù)據(jù)報(bào)文,有利于縮短此報(bào)文的傳輸延遲,并且報(bào)文傳送完畢后有利于減輕網(wǎng)絡(luò)整體的負(fù)載;在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí),優(yōu)先傳送ET值大的數(shù)據(jù)報(bào)文將會(huì)進(jìn)一步加重網(wǎng)絡(luò)負(fù)載,甚至造成網(wǎng)絡(luò)崩潰。(2)對于QL值越小的賦予較低的優(yōu)先等級,反之賦予較高的優(yōu)先等級。這是因?yàn)?若僅由ET值來確定報(bào)文優(yōu)先級,則ET值較大的數(shù)據(jù)報(bào)文可能具有非常大的傳輸延遲,達(dá)不到具體組播組的的QoS要求;賦予QL值較大的數(shù)據(jù)報(bào)文以較高的優(yōu)先級有利于在網(wǎng)絡(luò)的整體負(fù)載和具體數(shù)據(jù)報(bào)文的傳輸延遲間取得較好的平衡。1.3不同數(shù)據(jù)報(bào)文材料中et和ql的等級計(jì)算根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)的分析,ET和QL各取0.7和0.3影響因子時(shí),在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和報(bào)文的傳輸延遲間能取得較好的平衡。ET和QL分為H、M和L3個(gè)等級,數(shù)據(jù)報(bào)文也同樣分為H、M和L3個(gè)由高到低的優(yōu)先等級。優(yōu)先級確定的函數(shù)輸入輸出如表1所示。表中L的取值范圍為0～1,M為1～2,H為2～3;在計(jì)算數(shù)據(jù)報(bào)文的時(shí)候,ET和QL其等級L、M和H分別取給定的值:0.5、1.5和2.5。ET值的優(yōu)先等級L、M、H的確定方法:路由節(jié)點(diǎn)記錄下當(dāng)前現(xiàn)有各個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文隊(duì)列中TTL的最大值(假設(shè)為X),并賦予此數(shù)據(jù)報(bào)文ET的優(yōu)先等級為L,對于后續(xù)到來的數(shù)據(jù)報(bào)文,若其TTL值在1～1/3*X,則優(yōu)先等級為H,若其TTL值在1/3*X～2/3*X之間,則優(yōu)先等級為M,若其TTL值大于2/3*X,則優(yōu)先等級為L。QL值的優(yōu)先等級L、M、H的確定方法:與ET的類似,路由節(jié)點(diǎn)記錄下當(dāng)前現(xiàn)有的各個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文隊(duì)列中總的報(bào)文數(shù)(假設(shè)為Y),對于后續(xù)到來的數(shù)據(jù)報(bào)文,若其QL值在1～1/3*Y,則優(yōu)先等級為L,若其TTL值在1/3*Y～2/3*Y之間,則優(yōu)先等級為M,若其TTL值大于2/3*Y,則優(yōu)先等級為H。2基于層次結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)移動(dòng)設(shè)備連接請求的層次結(jié)構(gòu)2.1多域組播服務(wù)代理AMMPH所基于的網(wǎng)絡(luò)如圖1所示,為3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一個(gè)組播網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)子網(wǎng)構(gòu)成,每個(gè)子網(wǎng)有一個(gè)子網(wǎng)組播服務(wù)代理(subnetmulticastagent,SA);每個(gè)子網(wǎng)又由多個(gè)域構(gòu)成,每個(gè)域有一個(gè)域組播服務(wù)代理(regionmulticastagent,RA);每個(gè)域內(nèi)可能有0個(gè)或多個(gè)MH。由SA、RA、MH就構(gòu)成了AMMPH所采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖中黑色圓節(jié)點(diǎn)表示SA,白色圓節(jié)點(diǎn)表示RA,黑色方節(jié)點(diǎn)表示MH。單箭頭線條表示MH移動(dòng)切換,雙箭頭表示雙向隧道。2.2未發(fā)展性sa地址,采用隧道機(jī)制接收組預(yù)報(bào)文MH定時(shí)向當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的RA發(fā)送組播確認(rèn)消息MLD(multicastlistenerdiscovery);RA根據(jù)接收到的MLD信息,分別作如下的處理:(1)若MH是首次在該域中發(fā)送MLD,則查詢MLD中SA段的SA地址,判斷是否屬于同一個(gè)子網(wǎng)。若是則RA不再向SA發(fā)送MLD,直接采用隧道機(jī)制來接收組播報(bào)文;否則,在采用遠(yuǎn)程簽署加入當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)之前采用隧道機(jī)制傳送組播報(bào)文。(2)若MH不是首次在該域中發(fā)送MLD,則直接對MLD消息不做任何處理;若一段時(shí)間(如3個(gè)MLD消息的發(fā)送周期)后沒有收到某一MH的MLD,則RA停止給MH發(fā)送組播報(bào)文。按照上面的處理機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了子網(wǎng)內(nèi)和子網(wǎng)間路由協(xié)議的自適應(yīng)匹配,具有如下特點(diǎn):(1)在子網(wǎng)內(nèi)采用隧道傳輸機(jī)制,避免了遠(yuǎn)程簽署重構(gòu)組播樹所產(chǎn)生的巨大開銷。(2)在子網(wǎng)間采用隧道機(jī)制和遠(yuǎn)程簽署相結(jié)合的機(jī)制,既可以避免遠(yuǎn)程簽署中斷服務(wù)時(shí)間長的缺點(diǎn),又避免了在子網(wǎng)間繼續(xù)采用隧道機(jī)制而出現(xiàn)的過長隧道鏈的問題。2.3主動(dòng)重發(fā)/主動(dòng)接收及位置獲取性自適應(yīng)應(yīng)答機(jī)制:在域內(nèi),采用以確認(rèn)消息ACK(ACKnowledgement)為主和以MLD為輔的應(yīng)答方式;在子網(wǎng)內(nèi),RA只針對沒有接收到的報(bào)文向SA發(fā)送報(bào)文丟失消息NACK(NoneACK)。由于無線鏈路和移動(dòng)環(huán)境抗干擾能力差,為確保組播數(shù)據(jù)的可靠傳輸,MH對于收到的每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文都向RA發(fā)送ACK,ACK包括組播數(shù)據(jù)報(bào)文序列號和MH的標(biāo)志符(IP)。由于同一域內(nèi)的各種條件相似,若RA在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有收到某MH對應(yīng)某一數(shù)據(jù)報(bào)文的ACK,則采取主動(dòng)全域組播重發(fā)機(jī)制,即對于此域內(nèi)屬于此組播組的所有MH都重發(fā)此數(shù)據(jù)報(bào)文和以后的數(shù)據(jù)報(bào)文;同時(shí),對于MH來說,若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒有收到下一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文,則向當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)發(fā)送MLD。子網(wǎng)內(nèi),因?yàn)镽A和SA之間采用的有線鏈路可以確保報(bào)文的可靠高速傳送,所以RA只針對在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有接收到的報(bào)文發(fā)送NACK;SA也只對發(fā)送NACK的RA重發(fā)響應(yīng)報(bào)文;這樣可以有效地減少網(wǎng)絡(luò)開銷?；謴?fù)機(jī)制:采用遠(yuǎn)程恢復(fù)和本地恢復(fù)相結(jié)合的恢復(fù)機(jī)制;即,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),若MH沒有接收到組播數(shù)據(jù)報(bào)文,則會(huì)發(fā)送MLD以求重新加入組播組,此時(shí)RA根據(jù)收到的組播確認(rèn)消息MLD的SA和RA地址來判斷此MH是否已經(jīng)發(fā)送移動(dòng)切換:(1)若MH還是在原來的子域內(nèi),則RA收到MLD之后將MH重新加入組播組,并傳送MH所請求的及后續(xù)報(bào)文;(2)若MH已移動(dòng)切換到同一子網(wǎng)的另外一個(gè)域內(nèi),此時(shí)MH通過和初始處的RA建立隧道,通過隧道來請求RA發(fā)送其所需要的組播報(bào)文;(3)MH已經(jīng)移動(dòng)切換到另一個(gè)子網(wǎng)的某一域中,則RA采用遠(yuǎn)程簽署機(jī)制將MH加入組播組,并且在組播樹沒有重新構(gòu)建之前繼續(xù)采用隧道機(jī)制進(jìn)行未接收到的組播報(bào)文的傳送。3持續(xù)型中小型節(jié)點(diǎn)對網(wǎng)內(nèi)ra的管理(1)用于基于優(yōu)先級報(bào)文管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖2。其中,組播報(bào)文頭指針和隊(duì)列頭的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。類型0和1分別表示此隊(duì)列的報(bào)文是控制報(bào)文和數(shù)據(jù)報(bào)文,優(yōu)先級0、1、2、3表示相應(yīng)隊(duì)列的優(yōu)先等級。(2)子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)SA對網(wǎng)內(nèi)RA管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見圖5。RA表項(xiàng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖6。(3)域節(jié)點(diǎn)RA對域內(nèi)MH管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見圖7。組播組N和MH表項(xiàng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖8、圖9所示。(4)組播確認(rèn)報(bào)文MLD的報(bào)文格式見圖10。SA地址項(xiàng)就為子網(wǎng)地址,RA地址項(xiàng)為子網(wǎng)內(nèi)域地址。4實(shí)驗(yàn)?zāi)M和結(jié)果分析4.1關(guān)于pdmm的實(shí)驗(yàn)仿真本機(jī)制基于NS2進(jìn)行仿真。各項(xiàng)仿真參數(shù)如下:場景區(qū)域?yàn)?000m×1000m的矩形區(qū)域,每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸范圍為50m,移動(dòng)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度為0m/s～50m/s,節(jié)點(diǎn)規(guī)模為隨機(jī)順序產(chǎn)生的100個(gè)節(jié)點(diǎn),數(shù)據(jù)傳輸帶寬為512Kb/s,仿真場景持續(xù)時(shí)間為500ms。圖11所示是對數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸延遲的比較。在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不斷加重的情況下,同樣基于分層結(jié)構(gòu)的移動(dòng)組播路由協(xié)議MobiCast在采用PDMM和不采用PDMM兩種情況下的平均傳輸延遲的對比情況。顯然,在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí),采用PDMM具有更好的性能。4.2模型模擬:mobictor仿真文章將AMMPH和移動(dòng)組播路由協(xié)議中的兩種主要協(xié)議雙向隧道MIPBT、遠(yuǎn)程簽署MIPRS以及Mobicast,就組播分組丟失率、網(wǎng)絡(luò)開銷和報(bào)文傳輸平均延遲進(jìn)行比較。仿真場景同4.1節(jié)所述。圖12是對組播分組丟失率的比較。由于采用了與自適應(yīng)組播路由協(xié)議相匹配的應(yīng)答和恢復(fù)機(jī)制,因此從仿真結(jié)果可以看出,AMMPH具有最低的組播分組丟失率。MobiCast沒有和組播路由協(xié)議相應(yīng)的應(yīng)答和恢復(fù)機(jī)制,丟失率高于AMMPH。MIPBT中MH在移動(dòng)切換時(shí)因?yàn)樾枰蚣亦l(xiāng)代理綁定更新,所以隨著移動(dòng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度的增大而組播分組丟失率急劇上升。MIPRS要優(yōu)于MIPBT。圖13是對網(wǎng)絡(luò)開銷大小的比較。從仿真結(jié)果可以看出,AMMPH具有幾乎和MIPBT一樣的低的組播網(wǎng)絡(luò)開銷,因?yàn)槠洳捎昧擞騼?nèi)隧道機(jī)制的組播協(xié)議,隨節(jié)點(diǎn)規(guī)模和速度而增加的網(wǎng)絡(luò)開銷不是很大。而MIPRS相對于AMMPH來說性能稍差。MobiCast在每次切換之后將發(fā)布和更新大量的組播信息,所以組播網(wǎng)絡(luò)開銷最大。圖14是對組播報(bào)文傳輸延遲的比較。從仿真結(jié)果可以看出,AMMPH具有最小的平均傳輸延遲,PDMM的采用,使AMMPH整體上的報(bào)文傳輸延遲要減少,而自適用的傳輸協(xié)議使組播報(bào)文丟失率減少,并且相應(yīng)的恢復(fù)機(jī)制可以有效地減少報(bào)文重傳時(shí)間。MobiCast比AMMPH稍遜一籌。對于MIPBT,隨著負(fù)載的加重,其重傳的概率增大,隨負(fù)載的加重其平均延遲時(shí)間增加最快。負(fù)載加重時(shí),MIPRS其性能要比MIPBT好。5移動(dòng)組播路由協(xié)議本文提出了一種基于優(yōu)先級的報(bào)文管理方法PDMM,有區(qū)別地對