一種多通道移動組播的報報制度

一種多通道移動組播的報報制度

在移動網(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，已成為研究的重點和熱點。有兩種基本的支持移動主機的組播路由協(xié)議1基于優(yōu)先順序的消息管理系統(tǒng)pdmm1.1存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)報文在一般組播路由節(jié)點中,對各種報文的處理是按照先來先服務(wù)(FIFO)處理的,其缺點是:不能區(qū)別對待不同類型的報文;網(wǎng)絡(luò)負載重時會導致傳輸延遲非常大。PDMM提出了一種新的處理路由節(jié)點報文的機制,實現(xiàn)方法如下:(1)控制報文和數(shù)據(jù)報文位于不同的FIFO隊列,且控制報文隊列被賦予高優(yōu)先級;(2)根據(jù)其計算得出的優(yōu)先級的不同將數(shù)據(jù)報文分成高、中、低3個等級的FIFO對列。經(jīng)仿真檢驗,PDMM對于整體上縮短報文的傳輸延遲有著明顯的作用。1.2不同數(shù)據(jù)報文不同等級的依據(jù)賦予控制報文高優(yōu)先級主要基于如下2個原因:(1)組播樹的建立和重構(gòu)過程中,路由發(fā)現(xiàn)報文的優(yōu)先傳送有利于縮短服務(wù)中斷時間;(2)應答報文的優(yōu)先傳送也有利于縮短數(shù)據(jù)報文的傳輸延遲?，F(xiàn)有的一些數(shù)據(jù)報文調(diào)度算法文章引入終止時間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)報文賦予越高的優(yōu)先等級,反之賦予越低的優(yōu)先等級。因為對于一個具體的數(shù)據(jù)報文,優(yōu)先傳送ET值越小的數(shù)據(jù)報文,有利于縮短此報文的傳輸延遲,并且報文傳送完畢后有利于減輕網(wǎng)絡(luò)整體的負載;在網(wǎng)絡(luò)負載較重時,優(yōu)先傳送ET值大的數(shù)據(jù)報文將會進一步加重網(wǎng)絡(luò)負載,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。這是因為:若僅由ET值來確定報文優(yōu)先級,則ET值較大的數(shù)據(jù)報文可能具有非常大的傳輸延遲,達不到具體組播組的的QoS要求;賦予QL值較大的數(shù)據(jù)報文以較高的優(yōu)先級有利于在網(wǎng)絡(luò)的整體負載和具體數(shù)據(jù)報文的傳輸延遲間取得較好的平衡。1.3不同數(shù)據(jù)報文材料中et和ql的等級計算根據(jù)仿真實驗的分析,ET和QL各取0.7和0.3影響因子時,在網(wǎng)絡(luò)負載和報文的傳輸延遲間能取得較好的平衡。ET和QL分為H、M和L3個等級,數(shù)據(jù)報文也同樣分為H、M和L3個由高到低的優(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;在計算數(shù)據(jù)報文的時候,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)點記錄下當前現(xiàn)有各個數(shù)據(jù)報文隊列中TTL的最大值(假設(shè)為X),并賦予此數(shù)據(jù)報文ET的優(yōu)先等級為L,對于后續(xù)到來的數(shù)據(jù)報文,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)點記錄下當前現(xiàn)有的各個數(shù)據(jù)報文隊列中總的報文數(shù)(假設(shè)為Y),對于后續(xù)到來的數(shù)據(jù)報文,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)的自適應移動設(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)。一個組播網(wǎng)絡(luò)由多個子網(wǎng)構(gòu)成,每個子網(wǎng)有一個子網(wǎng)組播服務(wù)代理(subnetmulticastagent,SA);每個子網(wǎng)又由多個域構(gòu)成,每個域有一個域組播服務(wù)代理(regionmulticastagent,RA);每個域內(nèi)可能有0個或多個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)點表示SA,白色圓節(jié)點表示RA,黑色方節(jié)點表示MH。單箭頭線條表示MH移動切換,雙箭頭表示雙向隧道。2.2未發(fā)展性sa地址,采用隧道機制接收組預報文MH定時向當前網(wǎng)絡(luò)的RA發(fā)送組播確認消息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子網(wǎng)。若是則RA不再向SA發(fā)送MLD,直接采用隧道機制來接收組播報文;否則,在采用遠程簽署加入當前網(wǎng)絡(luò)之前采用隧道機制傳送組播報文。(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;若一段時間(如3個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)送組播報文。按照上面的處理機制,實現(xiàn)了子網(wǎng)內(nèi)和子網(wǎng)間路由協(xié)議的自適應匹配,具有如下特點:(1)在子網(wǎng)內(nèi)采用隧道傳輸機制,避免了遠程簽署重構(gòu)組播樹所產(chǎn)生的巨大開銷。(2)在子網(wǎng)間采用隧道機制和遠程簽署相結(jié)合的機制,既可以避免遠程簽署中斷服務(wù)時間長的缺點,又避免了在子網(wǎng)間繼續(xù)采用隧道機制而出現(xiàn)的過長隧道鏈的問題。2.3主動重發(fā)/主動接收及位置獲取性自適應應答機制:在域內(nèi),采用以確認消息ACK(ACKnowledgement)為主和以MLD為輔的應答方式;在子網(wǎng)內(nèi),RA只針對沒有接收到的報文向SA發(fā)送報文丟失消息NACK(NoneACK)。由于無線鏈路和移動環(huán)境抗干擾能力差,為確保組播數(shù)據(jù)的可靠傳輸,MH對于收到的每個數(shù)據(jù)報文都向RA發(fā)送ACK,ACK包括組播數(shù)據(jù)報文序列號和MH的標志符(IP)。由于同一域內(nèi)的各種條件相似,若RA在規(guī)定時間內(nèi)沒有收到某MH對應某一數(shù)據(jù)報文的ACK,則采取主動全域組播重發(fā)機制,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)報文和以后的數(shù)據(jù)報文;同時,對于MH來說,若在規(guī)定的時間內(nèi)沒有收到下一個數(shù)據(jù)報文,則向當前網(wǎng)絡(luò)發(fā)送MLD。子網(wǎng)內(nèi),因為RA和SA之間采用的有線鏈路可以確保報文的可靠高速傳送,所以RA只針對在規(guī)定時間內(nèi)沒有接收到的報文發(fā)送NACK;SA也只對發(fā)送NACK的RA重發(fā)響應報文;這樣可以有效地減少網(wǎng)絡(luò)開銷?；謴蜋C制:采用遠程恢復和本地恢復相結(jié)合的恢復機制;即,在規(guī)定的時間內(nèi),若MH沒有接收到組播數(shù)據(jù)報文,則會發(fā)送MLD以求重新加入組播組,此時RA根據(jù)收到的組播確認消息MLD的SA和RA地址來判斷此MH是否已經(jīng)發(fā)送移動切換:(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)報文;(2)若MH已移動切換到同一子網(wǎng)的另外一個域內(nèi),此時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文;(3)MH已經(jīng)移動切換到另一個子網(wǎng)的某一域中,則RA采用遠程簽署機制將MH加入組播組,并且在組播樹沒有重新構(gòu)建之前繼續(xù)采用隧道機制進行未接收到的組播報文的傳送。3持續(xù)型中小型節(jié)點對網(wǎng)內(nèi)ra的管理(1)用于基于優(yōu)先級報文管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖2。其中,組播報文頭指針和隊列頭的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。類型0和1分別表示此隊列的報文是控制報文和數(shù)據(jù)報文,優(yōu)先級0、1、2、3表示相應隊列的優(yōu)先等級。(2)子網(wǎng)節(jié)點SA對網(wǎng)內(nèi)RA管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見圖5。RA表項的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖6。(3)域節(jié)點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表項的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖8、圖9所示。(4)組播確認報文MLD的報文格式見圖10。SA地址項就為子網(wǎng)地址,RA地址項為子網(wǎng)內(nèi)域地址。4實驗模擬和結(jié)果分析4.1關(guān)于pdmm的實驗仿真本機制基于NS2進行仿真。各項仿真參數(shù)如下:場景區(qū)域為1000m×1000m的矩形區(qū)域,每個節(jié)點傳輸范圍為50m,移動節(jié)點運動速度為0m/s～50m/s,節(jié)點規(guī)模為隨機順序產(chǎn)生的100個節(jié)點,數(shù)據(jù)傳輸帶寬為512Kb/s,仿真場景持續(xù)時間為500ms。圖11所示是對數(shù)據(jù)報文傳輸延遲的比較。在網(wǎng)絡(luò)負載不斷加重的情況下,同樣基于分層結(jié)構(gòu)的移動組播路由協(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)負載較重時,采用PDMM具有更好的性能。4.2模型模擬:mobictor仿真文章將AMMPH和移動組播路由協(xié)議中的兩種主要協(xié)議雙向隧道MIPBT、遠程簽署MIPRS以及Mobicast,就組播分組丟失率、網(wǎng)絡(luò)開銷和報文傳輸平均延遲進行比較。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組播路由協(xié)議相匹配的應答和恢復機制,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)議相應的應答和恢復機制,丟失率高于AMMPH。MIPBT中MH在移動切換時因為需要向家鄉(xiāng)代理綁定更新,所以隨著移動節(jié)點移動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,因為其采用了域內(nèi)隧道機制的組播協(xié)議,隨節(jié)點規(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整體上的報文傳輸延遲要減少,而自適用的傳輸協(xié)議使組播報文丟失率減少,并且相應的恢復機制可以有效地減少報文重傳時間。MobiCast比AMMPH稍遜一籌。對于MIPBT,隨著負載的加重,其重傳的概率增大,隨負載的加重其平均延遲時間增加最快。負載加重時,MIPRS其性能要比MIPBT好。5移動組播路由協(xié)議本文提出了一種基于優(yōu)先級的報文管理方法PDMM,有區(qū)別地對