◆王偉亮 黃嘉庚 劉瑰瑰 藍(lán) 波 張志海 李富華

淺談無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)QoS路由協(xié)議

◆王偉亮1黃嘉庚1劉瑰瑰1藍(lán) 波1張志海2李富華1

（1.廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司柳州供電局 廣西 545000；2.廣西電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心 廣西 530023）

隨著電子設(shè)備發(fā)展，無(wú)線通信需求增多，為滿足用戶需求，無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量不斷增多，移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實(shí)，成為移動(dòng)通信技術(shù)研究和實(shí)踐的主流方向，QoS問(wèn)題因此受到廣泛關(guān)注，成為該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。因此，本文將針對(duì)無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)QOS路由協(xié)議常見(jiàn)類(lèi)型、基本要求展開(kāi)探討和分析，望促進(jìn)無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)研究的進(jìn)一步發(fā)展。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；QoS；路由協(xié)議；自組織網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)是多跳臨時(shí)性網(wǎng)絡(luò)，動(dòng)態(tài)組網(wǎng)，由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以自發(fā)方式形成，各節(jié)點(diǎn)均可靈活移動(dòng)，沒(méi)有固定基站設(shè)施和中央控制設(shè)備，通過(guò)分布式協(xié)議組成，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過(guò)QoS路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信各項(xiàng)基本功能，可在一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信存在的問(wèn)題，并降低組網(wǎng)成本。由于無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)對(duì)QoS路由協(xié)議有一定依賴(lài)性，QoS路由協(xié)議不僅影響通信速度，路由穩(wěn)定性、兼容性，更關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)功能與業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)。因此，研究QoS路由協(xié)議，對(duì)于尋求適合的QoS約束條件和算法具有重要意義。

1 自組織網(wǎng)絡(luò)特征

從網(wǎng)絡(luò)發(fā)展研究趨勢(shì)來(lái)看，自組網(wǎng)是主流研究方面，自組織網(wǎng)絡(luò)是一種由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的多跳臨時(shí)性的組織系統(tǒng)，具有臨時(shí)性、多跳性、靈活性特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)信息采用分組交換機(jī)制，任何終端都可成為主機(jī)或路由器，發(fā)揮中繼和分組轉(zhuǎn)發(fā)功能，可接收和發(fā)送信息，且終端可在網(wǎng)內(nèi)隨意移動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活[1]。從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)看，具有動(dòng)態(tài)性、自愈性，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可終端都可變，拓?fù)渥兓?，無(wú)中心網(wǎng)絡(luò)，任意節(jié)點(diǎn)的加入或離開(kāi)，不會(huì)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)造成影響，單一節(jié)點(diǎn)故障不影響網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，無(wú)須人工干預(yù)。但由于采用分布式控制和無(wú)線傳輸技術(shù)使得網(wǎng)絡(luò)安全性相對(duì)較差，易造成網(wǎng)絡(luò)攻擊，且?guī)捰邢蓿壮霈F(xiàn)信號(hào)衰減、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)現(xiàn)象。另外，移動(dòng)終端電能有限，所以應(yīng)用存在一定局限性。

2 QoS的系統(tǒng)模型

通過(guò)前文對(duì)自組織網(wǎng)絡(luò)的了解可知道，自組網(wǎng)沒(méi)有中心網(wǎng)絡(luò)，無(wú)須基礎(chǔ)設(shè)施，也能大部分降低組網(wǎng)成本。但存在信號(hào)衰減、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、阻塞等技術(shù)問(wèn)題。而QoS就是解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)，是無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)通信提供服務(wù)能力的基礎(chǔ)，非常值得研究。

（1）QoS概念

QoS是服務(wù)質(zhì)量的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制，用來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)延遲和阻塞等問(wèn)題的一種技術(shù)，為業(yè)務(wù)流提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)快速尋址，其功能如圖1。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)而言，服務(wù)質(zhì)量涉及：帶寬、時(shí)延、丟包率。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生阻塞時(shí)，易出現(xiàn)數(shù)據(jù)流丟失問(wèn)題，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失問(wèn)題，則代表數(shù)據(jù)發(fā)送失敗，接收端應(yīng)用就需要重新請(qǐng)求發(fā)送，就會(huì)造成傳輸延遲問(wèn)題，甚至是數(shù)據(jù)抱錯(cuò)誤，發(fā)生跑錯(cuò)路徑，毀壞、丟失的情況。為解決時(shí)延、丟包問(wèn)題，QoS應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)判斷網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀態(tài)，基于QoS能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求分配和調(diào)度資源，提高通信傳輸質(zhì)量，通過(guò)優(yōu)先級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)策略來(lái)解決阻塞，分配帶寬，提升網(wǎng)絡(luò)利用率，確保數(shù)據(jù)流送達(dá)目的端，解決網(wǎng)絡(luò)容量有限問(wèn)題，避免通信錯(cuò)誤，是實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。

圖1 QoS功能示意圖

（2）QoS系統(tǒng)模型

從QoS系統(tǒng)模型來(lái)看，主要模型類(lèi)型分為：動(dòng)態(tài)QoS模型、區(qū)分服務(wù)QoS模型、集成服務(wù)型QoS模型等。不同系統(tǒng)模型有著不同應(yīng)用范圍，集成服務(wù)型QOS模型較為常用，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。這種結(jié)構(gòu)為解決阻塞問(wèn)題，采用路徑預(yù)定策略，基于流向資源預(yù)留協(xié)議，為后通信提前做準(zhǔn)備，預(yù)留網(wǎng)絡(luò)資源，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)路徑確認(rèn)后，按QoS要求提供轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流服務(wù)，數(shù)據(jù)流便通過(guò)預(yù)留路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這種QoS模型適用于通信量相對(duì)較小的應(yīng)用環(huán)境，一旦數(shù)據(jù)流過(guò)大，無(wú)法滿足QoS需求預(yù)訂，便會(huì)造成時(shí)延問(wèn)題，應(yīng)用存在局限性。

圖2 QoS系統(tǒng)模型

區(qū)分服務(wù)QoS模型應(yīng)用較為廣泛，大數(shù)據(jù)流的自組織網(wǎng)絡(luò)通常會(huì)采用該模型。該模型為解決時(shí)延、丟包問(wèn)題，對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行區(qū)分處理，對(duì)服務(wù)代碼進(jìn)行優(yōu)先級(jí)標(biāo)識(shí)，優(yōu)先滿足高級(jí)別數(shù)據(jù)流的通信需求，由中間節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)QoS信息的傳送，利用DS字段轉(zhuǎn)換QoS信息為PHB，由源端對(duì)報(bào)文做提前分類(lèi)，并將分類(lèi)結(jié)構(gòu)發(fā)送到計(jì)量器，由標(biāo)識(shí)器負(fù)責(zé)分配DSCP值，由DSCP區(qū)分值數(shù)據(jù)流優(yōu)先通過(guò)預(yù)留網(wǎng)絡(luò)資源完成通信。

3 無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)QoS路由協(xié)議

通過(guò)前文探討可知，無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)QoS，基于QoS才能實(shí)現(xiàn)更加流暢、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，解決時(shí)延、丟包等問(wèn)題。因此，下面本文通過(guò)幾點(diǎn)來(lái)探討無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)QoS路由協(xié)議。

（1）QoS路由協(xié)議的本質(zhì)

通過(guò)對(duì)自組網(wǎng)絡(luò)的了解可知道，自組網(wǎng)具有多跳性，能有效降低組網(wǎng)成本。但要想實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)就要解決網(wǎng)絡(luò)資源動(dòng)態(tài)配置問(wèn)，實(shí)現(xiàn)多組轉(zhuǎn)發(fā)。自組網(wǎng)絡(luò)具有一定不確定性，任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)隨時(shí)都可能加入或離開(kāi)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)處于動(dòng)態(tài)，數(shù)據(jù)流也會(huì)隨就節(jié)點(diǎn)變化產(chǎn)生一定的變化，要想快速確定網(wǎng)絡(luò)資源負(fù)載狀態(tài)，選擇適當(dāng)?shù)穆窂剑托枰猀oS支持。QoS路由協(xié)議的本質(zhì)就是監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化、選擇和產(chǎn)生路由、交換路由信息，并根據(jù)選擇的路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，提供預(yù)留網(wǎng)絡(luò)資源，確保網(wǎng)絡(luò)連通性，實(shí)現(xiàn)路由選擇功能的算法過(guò)程。

（2）QOS路由協(xié)議的要求

QoS路由協(xié)議要滿足正確性、穩(wěn)定性、自適應(yīng)性、計(jì)算簡(jiǎn)單等要求。由于數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性影響時(shí)延和丟包率，為保障服務(wù)質(zhì)量，QoS就要滿足正確性要求，確保數(shù)據(jù)流能根據(jù)預(yù)留路徑，準(zhǔn)確達(dá)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，不出現(xiàn)錯(cuò)發(fā)、轉(zhuǎn)發(fā)問(wèn)題。自適應(yīng)性則是指，根據(jù)QoS自組織網(wǎng)絡(luò)要適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)變化。自組網(wǎng)絡(luò)具有動(dòng)態(tài)性，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載都會(huì)發(fā)生變化，就要根據(jù)QoS要求自適應(yīng)改變路由，準(zhǔn)確判斷可用路徑。從穩(wěn)定性來(lái)講，協(xié)議計(jì)算出的路由應(yīng)能保障通信穩(wěn)定性，滿足數(shù)據(jù)流傳輸需求。從計(jì)算簡(jiǎn)單方面來(lái)講，QoS就是為了解決時(shí)延，提升網(wǎng)絡(luò)利用率，所以路由協(xié)議要盡量少占用運(yùn)行資源，減少鏈路使用。

（3）QoS路由協(xié)議的類(lèi)型

目前比較常用的QoS路由協(xié)議有：QRUA、MALS、MRQW、MQRA、MAODV等等?，F(xiàn)如今隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)速度越來(lái)越快，多媒體業(yè)務(wù)越來(lái)越多，數(shù)據(jù)形式呈現(xiàn)多元化。因此，為滿足用戶需要，MAODV的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，基于MAODV的多約束QoS多播路由，在鏈路和路徑選擇方面，采用寬帶估算計(jì)算多播目標(biāo)解節(jié)點(diǎn)集，分析多播樹(shù)分?jǐn)?shù)關(guān)系，獲取路徑可用帶寬，網(wǎng)絡(luò)利用效率更高。具體通信過(guò)程中，可用節(jié)點(diǎn)則計(jì)入節(jié)點(diǎn)集，節(jié)點(diǎn)不可用則自動(dòng)刪除節(jié)點(diǎn)集中鏈路信息，刪除標(biāo)識(shí)，具有非常強(qiáng)的自適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)如今移動(dòng)通信需求越來(lái)越大，傳統(tǒng)移動(dòng)通信模式逐漸難以滿足通信需求，移動(dòng)自主網(wǎng)絡(luò)成為主流研究方向。而移動(dòng)無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)需要解決時(shí)延、丟包，就需求QoS路由協(xié)議的支持，基于QoS選擇正確協(xié)議算法，選擇正確通信路徑，從而確保數(shù)據(jù)的傳輸。

[1]王小惠.自組網(wǎng)基于拓?fù)錈o(wú)關(guān)的時(shí)分多址接入?yún)f(xié)議設(shè)計(jì)及仿真實(shí)現(xiàn)[J].科技風(fēng)，2019（21）：78.

[2]劉堃. 基于鏈路穩(wěn)定性的移動(dòng)自組網(wǎng)QoS路由協(xié)議的研究與仿真[J].黑龍江科學(xué)，2019（14）：142-143.

[3]曹慧玲.移動(dòng)自組網(wǎng)中基于網(wǎng)格的分段式QoS路由協(xié)議研究[J].集成電路應(yīng)用，2019（08）：75-76.