【摘要】針對Ad Hoc網(wǎng)絡特點，提出基于發(fā)布訂閱機制實現(xiàn)信息高效分發(fā)的方案和架構(gòu)，并結(jié)合網(wǎng)絡資源受限等因素，提出了高效利用網(wǎng)絡資源的QoS控制和多點遞送等關(guān)鍵技術(shù)解決方案。通過仿真分析，該方案可以大幅提升Ad Hoc網(wǎng)絡資源利用率。

【關(guān)鍵詞】發(fā)布訂閱信息分發(fā)網(wǎng)絡資源QoS多點遞送

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1006-1010(2014)-08-0057-04

Research on Information Distribution Technology of Ad Hoc Network

LI Yong

(China Electronics Technology Group Corporation No.7 Research Institute, Guangzhou 510310, China)

[Abstract] According to characteristics of Ad Hoc network, an efficient information distribution solution based on publish-subscribe mechanism is proposed in this paper. In the light of limited networks resources, the key technologies, QoS control to efficiently utilize network resources and multi-point delivery schemes are presented. Simulation results show that, the proposed schemes can highly increase utilization of network resources.

[Key words]publish-subscribe mechanisminformation distributionnetwork resourcesQoS multi-point delivery

1 引言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，信息共享[1]的需求越來越多，這也使得業(yè)務系統(tǒng)對通信網(wǎng)絡帶寬需要急劇增加。如果不能針對不同用戶、不用業(yè)務進行識別并控制，以及進行信息的區(qū)別處理和遞送，網(wǎng)絡將陷入癱瘓。

本文針對Ad Hoc網(wǎng)絡中網(wǎng)絡資源少、帶寬受限等特點，提出一種基于發(fā)布訂閱機制實現(xiàn)信息實時分發(fā)的方案，給出了具體實施的信息分發(fā)網(wǎng)絡架構(gòu)[2]，并從信息分發(fā)時的業(yè)務更高效利用網(wǎng)絡資源的角度提出了關(guān)鍵技術(shù)解決方法，保障了Ad Hoc網(wǎng)絡業(yè)務的服務質(zhì)量。

2 基于發(fā)布訂閱的信息分發(fā)架構(gòu)

與傳統(tǒng)的通信方式不同，采用基于發(fā)布訂閱的信息分發(fā)通信方式，發(fā)送方和訂閱方會從時間上、控制上、空間上進行隔離，節(jié)點只需發(fā)布其需要發(fā)布的信息、訂閱其需要的信息即可，不需要了解對方的身份信息，也不需要維護發(fā)送方和訂閱方端到端的通信鏈路，信息分發(fā)服務設備可依據(jù)訂閱用戶當前在線情況和網(wǎng)絡資源情況等，根據(jù)策略對業(yè)務進行存儲、壓縮和格式變換等，調(diào)整推送的業(yè)務屬性。

在Ad Hoc網(wǎng)中，服務器的布設需采用分布式的，服務器間通過分布式同步方式進行信息的同步。對于信息發(fā)布者和信息訂閱者，由于節(jié)點間完全不耦合，不需要直接交互，信息分發(fā)服務設備可以集中進行編解碼轉(zhuǎn)換、格式調(diào)整處理等，減少在每個節(jié)點都布設媒體轉(zhuǎn)換設備，從而減少布設網(wǎng)絡所需設備的費用；另外，還可以分別對節(jié)點進行加密和控制，提高了網(wǎng)絡的安全性。典型的分布式基于發(fā)布訂閱的信息分發(fā)架構(gòu)[3]如圖1所示：

圖1基于發(fā)布訂閱的信息分發(fā)架構(gòu)

3 信息分發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1信息分發(fā)QoS控制

為了保障信息分發(fā)通信的高效可靠進行，信息分發(fā)服務設備可依據(jù)訂閱用戶的屬性、訂閱的主題和當前網(wǎng)絡資源情況，根據(jù)策略提供盡力而為地與之相符的QoS服務質(zhì)量[4]。

根據(jù)信息分發(fā)內(nèi)容、等級，可為信息提供宏觀（全網(wǎng)）和微觀（單節(jié)點）這兩種不同的QoS控制保障。首先需要進行QoS策略匹配，如圖2所示：

圖2信息分發(fā)QoS匹配過程

匹配過程如下：

（1）訂閱內(nèi)容和訂閱者身份匹配：根據(jù)訂閱者QoS優(yōu)先等級和訂閱內(nèi)容優(yōu)先等級進行匹配，判斷是否運行訂閱此屬性的業(yè)務；

（2）訂閱內(nèi)容和時間保鮮匹配：訂閱內(nèi)容是否已過期、訂閱者從離線到發(fā)現(xiàn)入網(wǎng)、歷史信息是否推送等；

（3）業(yè)務屬性和用戶屬性、網(wǎng)絡資源匹配：根據(jù)業(yè)務屬性和用戶屬性判斷當前業(yè)務推送時是否需要進行媒體格式轉(zhuǎn)換（圖片、視頻、音頻等），網(wǎng)絡資源和業(yè)務屬性匹配主要是看當前網(wǎng)絡帶寬、媒體轉(zhuǎn)換資源是否滿足要求，包括根據(jù)網(wǎng)絡資源池多徑計算、路徑選擇等；

（4）節(jié)點QoS匹配：主要完成應用QoS到網(wǎng)絡QoS映射，網(wǎng)絡中具體微觀節(jié)點的區(qū)分轉(zhuǎn)發(fā)。

在業(yè)務和網(wǎng)絡資源匹配時，為了最大限度利用網(wǎng)絡資源[5]，需通過多徑算法計算出源到目的訂閱者可達路徑，然后根據(jù)媒體變換后的業(yè)務屬性要求選擇合適路徑[6]，算法過程如下：

（1）遍歷網(wǎng)絡資源池中節(jié)點，列出各節(jié)點的邊，互為鄰居即為邊；

（2）進行約束條件限定，去除所有不滿足約束條件的邊；

（3）從起始點進行所連接邊的下一跳擴展，在分叉的節(jié)點進行地址記錄表擴展，直到結(jié)束；

（4）進行環(huán)路消除和剪枝，去除出現(xiàn)過的邊和不存在鄰居的邊；

（5）把所有路徑記錄在地址記錄表中；

（6）進行策略匹配，從路徑表中選擇合適路徑，路徑輸出。

3.2基于單播的多點信息遞送

基于發(fā)布訂閱的信息分發(fā)系統(tǒng)具有異步、多點通信的特點，向信息分發(fā)服務設備訂閱同一個事件的也許有多個用戶，由于Ad Hoc網(wǎng)絡資源受限，如果對每個節(jié)點分別進行信息遞送，則同一事件將分為多條業(yè)務流，會占用較多帶寬，而Ad Hoc網(wǎng)絡中不適合運行較復雜且需時時維護的組播路由協(xié)議，本文針對無線網(wǎng)絡信息分發(fā)的特殊應用提出基于單播的多點信息遞送。

基于單播的多點信息遞送基本思路是利用單播報文完成組播的功能。由信息分發(fā)服務設備根據(jù)訂閱用戶指定用戶列表，當推送業(yè)務報文時，由信息分發(fā)服務設備在報頭后列出各訂閱用戶的地址列表。網(wǎng)絡上的每個節(jié)點收到此報文后，將逐個分析用戶列表中的地址，對每個地址按單播路由的原理選擇相應的路由出口下一跳，完成對地址選路后，將根據(jù)出口及下一跳節(jié)點的情況重新構(gòu)建新報文，把新報文發(fā)給下一跳節(jié)點，直到報文到達最終接收用戶。

基于單播的多點信息遞送方式是把傳統(tǒng)的多目的地尋址與有源組播樹的方式結(jié)合起來，由信源確定目的組播組成員的信息，源節(jié)點設備根據(jù)組成員的位置以及單播路由表來構(gòu)造組播樹，但該樹不需要專門的組播路由協(xié)議的支持，因而避免了信息分發(fā)系統(tǒng)節(jié)點運行組播路由協(xié)議對無線網(wǎng)絡帶寬的消耗，既簡單又高效。

4 仿真及分析

在Ad Hoc網(wǎng)絡中，由于用戶關(guān)系的限定，大多數(shù)業(yè)務是從信息服務設備流出的，這可能會造成信息服務設備附近的部分網(wǎng)絡節(jié)點會因為網(wǎng)絡資源不足而擁塞，但其它節(jié)點可能會非常空閑，導致業(yè)務能力要求和網(wǎng)絡資源能力嚴重不匹配。

endprint

以圖3仿真場景的網(wǎng)絡拓撲為例，所有鏈路帶寬為64kbps，通過仿真試驗情況對比通用情況下與經(jīng)過QoS控制和多點遞送優(yōu)化后的R1的輸入路徑的鏈路吞吐量情況（其中R為圖3中Router的簡稱，即路由器節(jié)點）。仿真1：A和C節(jié)點間的多種業(yè)務的信息分發(fā)；仿真2：由A向B、C、D三個節(jié)點進行同一種業(yè)務的信息分發(fā)。

圖3仿真場景圖

仿真1：如圖3所示，通過A向B發(fā)送業(yè)務，A節(jié)點逐漸增加業(yè)務，每條業(yè)務都為32kbps。圖4表示正常情況下進行信息分發(fā)時R1輸入鏈路的流量，圖5表示優(yōu)化后的R1輸入鏈路的流量。

圖4仿真1正常情況R1流量

圖5仿真1優(yōu)化后R1流量

仿真2：如圖3所示，通過A向B、C和D進行同種業(yè)務的信息分發(fā)，業(yè)務帶寬為32kbps。圖6表示正常情況下進行信息分發(fā)時R1輸入鏈路的流量，圖7表示優(yōu)化后的R1輸入鏈路的流量。

圖6仿真2正常情況R1流量

從仿真1的情況可以看出，網(wǎng)絡未優(yōu)化時，網(wǎng)絡從A到B采用最佳路由，此時使用一條鏈路，鏈路最大帶寬為64kbps，從R1輸入的流量受到鏈路帶寬限制，此時從A點來講，網(wǎng)絡最大容量為64kbps；而采用優(yōu)化后的網(wǎng)絡，節(jié)點會通過多徑算法給每條業(yè)務計算合適路徑，可最大限度地使用網(wǎng)絡資源。從仿真2的情況可以看出，節(jié)點進行同種業(yè)務的信息分發(fā)，優(yōu)化后的網(wǎng)絡占用較少的網(wǎng)絡資源，這是由于優(yōu)化后的節(jié)點A對B、C、D進行數(shù)據(jù)分發(fā)時，節(jié)點A首先把報文組裝成多目組播報文，然后再進行發(fā)送，極大地節(jié)省了網(wǎng)絡帶寬。

由上述仿真試驗結(jié)果情況可以看出，采用優(yōu)化后的網(wǎng)絡節(jié)點，信息傳送不再僅依賴于最佳路由，網(wǎng)絡會根據(jù)策略算法選擇其它合適路徑進行業(yè)務傳送，同一種業(yè)務進行多點信息分發(fā)時，經(jīng)多目組播優(yōu)化后，信息分發(fā)時消耗的網(wǎng)絡資源大大減少，既提高了信息分發(fā)成功率，又降低了業(yè)務對帶寬資源的消耗。這些優(yōu)化在Ad Hoc網(wǎng)絡中顯得尤為重要。

5 結(jié)束語

隨著信息柵格技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡中基于信息分發(fā)的業(yè)務越來越廣泛，Ad Hoc無線網(wǎng)絡以較少的網(wǎng)絡資源承載各種不同的業(yè)務，需要從應用、傳輸、網(wǎng)絡、鏈路和物理等各層進行保證。本文從網(wǎng)絡的角度提出了解決方法，該方法可顯著降低業(yè)務分發(fā)開銷，提高網(wǎng)絡資源利用率和信息分發(fā)成功率。

參考文獻：

[1] Network Centric Warfare．Department of Defense Report to Congres[R]. 2001.

[2] 李英. 美軍國防部體系結(jié)構(gòu)框架的發(fā)展及其與GIG體系結(jié)構(gòu)關(guān)系研究[J].指揮自動化, 2006(3).

[3] Foster I, Kesselman C, Tuecke S. The Anatomy of the Grid: Enabling Scalable Virtual Organizations[J]. Supercomputer Applications, 2001,15(3): 1-24.

[4] 夏瑋瑋,沈連豐. 異構(gòu)網(wǎng)絡融合中的QoS與通信容量研究[J]. 中興通訊技術(shù), 2008(3): 5-8.

[5] 趙新勝,尤肖虎. 未來移動通信系統(tǒng)中的無線資源管理[J]. 寬帶世界, 2003(1): 63-65.

[6]翁蘇湘,金永生,王彥麗. 網(wǎng)絡資源分配中的接納控制技術(shù)[J]. 吉林大學學報: 信息科學版, 2008(6): 609-614.★

作者簡介

李勇：工程師，學士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于中國電子科技集團公司第七研究所，主要研究方向為通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡設計。

endprint

以圖3仿真場景的網(wǎng)絡拓撲為例，所有鏈路帶寬為64kbps，通過仿真試驗情況對比通用情況下與經(jīng)過QoS控制和多點遞送優(yōu)化后的R1的輸入路徑的鏈路吞吐量情況（其中R為圖3中Router的簡稱，即路由器節(jié)點）。仿真1：A和C節(jié)點間的多種業(yè)務的信息分發(fā)；仿真2：由A向B、C、D三個節(jié)點進行同一種業(yè)務的信息分發(fā)。

圖3仿真場景圖

仿真1：如圖3所示，通過A向B發(fā)送業(yè)務，A節(jié)點逐漸增加業(yè)務，每條業(yè)務都為32kbps。圖4表示正常情況下進行信息分發(fā)時R1輸入鏈路的流量，圖5表示優(yōu)化后的R1輸入鏈路的流量。

圖4仿真1正常情況R1流量

圖5仿真1優(yōu)化后R1流量

仿真2：如圖3所示，通過A向B、C和D進行同種業(yè)務的信息分發(fā)，業(yè)務帶寬為32kbps。圖6表示正常情況下進行信息分發(fā)時R1輸入鏈路的流量，圖7表示優(yōu)化后的R1輸入鏈路的流量。

圖6仿真2正常情況R1流量

從仿真1的情況可以看出，網(wǎng)絡未優(yōu)化時，網(wǎng)絡從A到B采用最佳路由，此時使用一條鏈路，鏈路最大帶寬為64kbps，從R1輸入的流量受到鏈路帶寬限制，此時從A點來講，網(wǎng)絡最大容量為64kbps；而采用優(yōu)化后的網(wǎng)絡，節(jié)點會通過多徑算法給每條業(yè)務計算合適路徑，可最大限度地使用網(wǎng)絡資源。從仿真2的情況可以看出，節(jié)點進行同種業(yè)務的信息分發(fā)，優(yōu)化后的網(wǎng)絡占用較少的網(wǎng)絡資源，這是由于優(yōu)化后的節(jié)點A對B、C、D進行數(shù)據(jù)分發(fā)時，節(jié)點A首先把報文組裝成多目組播報文，然后再進行發(fā)送，極大地節(jié)省了網(wǎng)絡帶寬。

由上述仿真試驗結(jié)果情況可以看出，采用優(yōu)化后的網(wǎng)絡節(jié)點，信息傳送不再僅依賴于最佳路由，網(wǎng)絡會根據(jù)策略算法選擇其它合適路徑進行業(yè)務傳送，同一種業(yè)務進行多點信息分發(fā)時，經(jīng)多目組播優(yōu)化后，信息分發(fā)時消耗的網(wǎng)絡資源大大減少，既提高了信息分發(fā)成功率，又降低了業(yè)務對帶寬資源的消耗。這些優(yōu)化在Ad Hoc網(wǎng)絡中顯得尤為重要。

5 結(jié)束語

隨著信息柵格技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡中基于信息分發(fā)的業(yè)務越來越廣泛，Ad Hoc無線網(wǎng)絡以較少的網(wǎng)絡資源承載各種不同的業(yè)務，需要從應用、傳輸、網(wǎng)絡、鏈路和物理等各層進行保證。本文從網(wǎng)絡的角度提出了解決方法，該方法可顯著降低業(yè)務分發(fā)開銷，提高網(wǎng)絡資源利用率和信息分發(fā)成功率。

參考文獻：

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[3] Foster I, Kesselman C, Tuecke S. The Anatomy of the Grid: Enabling Scalable Virtual Organizations[J]. Supercomputer Applications, 2001,15(3): 1-24.

[4] 夏瑋瑋,沈連豐. 異構(gòu)網(wǎng)絡融合中的QoS與通信容量研究[J]. 中興通訊技術(shù), 2008(3): 5-8.

[5] 趙新勝,尤肖虎. 未來移動通信系統(tǒng)中的無線資源管理[J]. 寬帶世界, 2003(1): 63-65.

[6]翁蘇湘,金永生,王彥麗. 網(wǎng)絡資源分配中的接納控制技術(shù)[J]. 吉林大學學報: 信息科學版, 2008(6): 609-614.★

作者簡介

李勇：工程師，學士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于中國電子科技集團公司第七研究所，主要研究方向為通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡設計。

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以圖3仿真場景的網(wǎng)絡拓撲為例，所有鏈路帶寬為64kbps，通過仿真試驗情況對比通用情況下與經(jīng)過QoS控制和多點遞送優(yōu)化后的R1的輸入路徑的鏈路吞吐量情況（其中R為圖3中Router的簡稱，即路由器節(jié)點）。仿真1：A和C節(jié)點間的多種業(yè)務的信息分發(fā)；仿真2：由A向B、C、D三個節(jié)點進行同一種業(yè)務的信息分發(fā)。

圖3仿真場景圖

仿真1：如圖3所示，通過A向B發(fā)送業(yè)務，A節(jié)點逐漸增加業(yè)務，每條業(yè)務都為32kbps。圖4表示正常情況下進行信息分發(fā)時R1輸入鏈路的流量，圖5表示優(yōu)化后的R1輸入鏈路的流量。

圖4仿真1正常情況R1流量

圖5仿真1優(yōu)化后R1流量

仿真2：如圖3所示，通過A向B、C和D進行同種業(yè)務的信息分發(fā)，業(yè)務帶寬為32kbps。圖6表示正常情況下進行信息分發(fā)時R1輸入鏈路的流量，圖7表示優(yōu)化后的R1輸入鏈路的流量。

圖6仿真2正常情況R1流量

從仿真1的情況可以看出，網(wǎng)絡未優(yōu)化時，網(wǎng)絡從A到B采用最佳路由，此時使用一條鏈路，鏈路最大帶寬為64kbps，從R1輸入的流量受到鏈路帶寬限制，此時從A點來講，網(wǎng)絡最大容量為64kbps；而采用優(yōu)化后的網(wǎng)絡，節(jié)點會通過多徑算法給每條業(yè)務計算合適路徑，可最大限度地使用網(wǎng)絡資源。從仿真2的情況可以看出，節(jié)點進行同種業(yè)務的信息分發(fā)，優(yōu)化后的網(wǎng)絡占用較少的網(wǎng)絡資源，這是由于優(yōu)化后的節(jié)點A對B、C、D進行數(shù)據(jù)分發(fā)時，節(jié)點A首先把報文組裝成多目組播報文，然后再進行發(fā)送，極大地節(jié)省了網(wǎng)絡帶寬。

由上述仿真試驗結(jié)果情況可以看出，采用優(yōu)化后的網(wǎng)絡節(jié)點，信息傳送不再僅依賴于最佳路由，網(wǎng)絡會根據(jù)策略算法選擇其它合適路徑進行業(yè)務傳送，同一種業(yè)務進行多點信息分發(fā)時，經(jīng)多目組播優(yōu)化后，信息分發(fā)時消耗的網(wǎng)絡資源大大減少，既提高了信息分發(fā)成功率，又降低了業(yè)務對帶寬資源的消耗。這些優(yōu)化在Ad Hoc網(wǎng)絡中顯得尤為重要。

5 結(jié)束語

隨著信息柵格技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡中基于信息分發(fā)的業(yè)務越來越廣泛，Ad Hoc無線網(wǎng)絡以較少的網(wǎng)絡資源承載各種不同的業(yè)務，需要從應用、傳輸、網(wǎng)絡、鏈路和物理等各層進行保證。本文從網(wǎng)絡的角度提出了解決方法，該方法可顯著降低業(yè)務分發(fā)開銷，提高網(wǎng)絡資源利用率和信息分發(fā)成功率。

參考文獻：

[1] Network Centric Warfare．Department of Defense Report to Congres[R]. 2001.

[2] 李英. 美軍國防部體系結(jié)構(gòu)框架的發(fā)展及其與GIG體系結(jié)構(gòu)關(guān)系研究[J].指揮自動化, 2006(3).

[3] Foster I, Kesselman C, Tuecke S. The Anatomy of the Grid: Enabling Scalable Virtual Organizations[J]. Supercomputer Applications, 2001,15(3): 1-24.

[4] 夏瑋瑋,沈連豐. 異構(gòu)網(wǎng)絡融合中的QoS與通信容量研究[J]. 中興通訊技術(shù), 2008(3): 5-8.

[5] 趙新勝,尤肖虎. 未來移動通信系統(tǒng)中的無線資源管理[J]. 寬帶世界, 2003(1): 63-65.

[6]翁蘇湘,金永生,王彥麗. 網(wǎng)絡資源分配中的接納控制技術(shù)[J]. 吉林大學學報: 信息科學版, 2008(6): 609-614.★

作者簡介

李勇：工程師，學士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于中國電子科技集團公司第七研究所，主要研究方向為通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡設計。

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