Ad Hoc網(wǎng)絡(luò )性能測試關(guān)鍵技術(shù)研究

* 路由發(fā)現時(shí)間(也稱(chēng)為路由重建時(shí)間)：直接說(shuō)明了路由算法的效率，即從無(wú)法根據路由表得到路由到得到可用路由的時(shí)間。需要注意的是，這個(gè)測試參數適用于需求驅動(dòng)路由算法(反應式)[1][5]和具有事件觸發(fā)更新功能的路由表驅動(dòng)型路由算法(先應式)[1][6]。

* 路由表收斂時(shí)間：對于路由表驅動(dòng)型路由算法而言，路由協(xié)議在運行期間，路由表從初始狀態(tài)到路由表穩定狀態(tài)通常會(huì )有一個(gè)自動(dòng)更新的過(guò)程，這個(gè)時(shí)間通常稱(chēng)為路由表收斂時(shí)間。

* 路由協(xié)議的效率：任何路由協(xié)議在運行過(guò)程中，都要有一定的路由協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)，用于在結點(diǎn)之間維護網(wǎng)絡(luò )的拓撲信息。對于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )而言，網(wǎng)絡(luò )帶寬非常有限，協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)直接影響網(wǎng)絡(luò )帶寬的利用率，進(jìn)而影響網(wǎng)絡(luò )的擴展性。所以路由協(xié)議的效率也是我們重點(diǎn)考慮的測試參數之一。

性能測試的基本方法

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò )的性能測試的主要內容已經(jīng)在第二節中進(jìn)行了闡述，由于物理層的測試內容只涉及到點(diǎn)對點(diǎn)之間的通信。而且，無(wú)線(xiàn)終端設備廠(chǎng)商一般會(huì )事先提供相應的物理層參數，所以下面討論的性能測試方法只與網(wǎng)絡(luò )接入層和路由協(xié)議有關(guān)。

1. 接入層協(xié)議性能測試方法

(a) 接入時(shí)延測試

12 ALT=表1：給網(wǎng)絡(luò )不同的性能測試內容賦予不同的加權值可以更加客觀(guān)地反映網(wǎng)絡(luò )的性能。>

結點(diǎn)對所有到達發(fā)送緩沖區的數據包用時(shí)間戳進(jìn)行標記，在該數據可以發(fā)送后，即滿(mǎn)足下列條件，收到CTS數據幀并且是緩沖區最先要發(fā)送的報文，再記錄下數據可以成功發(fā)送的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間與時(shí)間戳記錄的時(shí)間相減即接入時(shí)延，在系統測試時(shí)，通常計算結點(diǎn)所有數據包的平均時(shí)延。接入時(shí)延測試如圖1所示：

(b) 優(yōu)先級測試

網(wǎng)絡(luò )中的優(yōu)先級可以分為結點(diǎn)優(yōu)先級和報文優(yōu)先級。在統計意義下，優(yōu)先級的測試要依賴(lài)于平均接入時(shí)延的計算。如果是對網(wǎng)絡(luò )結點(diǎn)按照優(yōu)先級進(jìn)行區分，性能測試就計算不同結點(diǎn)的平均接入時(shí)延。如果網(wǎng)絡(luò )只支持報文優(yōu)先級，就要對不同類(lèi)型的報文進(jìn)行區分，分別計算平均接入時(shí)延。對于同時(shí)支持結點(diǎn)優(yōu)先級和報文優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò )，測試要更加復雜。

(c) 公平性測試

公平性測試的依據主要是平均網(wǎng)絡(luò )接入時(shí)延，優(yōu)先級高的結點(diǎn)比優(yōu)先級低的結點(diǎn)具有更小的平均接入時(shí)延。同時(shí)，不同優(yōu)先級結點(diǎn)之間的時(shí)延差距要相對明顯。例如，最高優(yōu)先級結點(diǎn)與最低優(yōu)先級結點(diǎn)之間的時(shí)延差距不到5%，就說(shuō)明MAC層的網(wǎng)絡(luò )優(yōu)先級機制是失敗的。

2. 路由協(xié)議性能測試方法

路由協(xié)議所有的性能測試參數都需要在多跳網(wǎng)絡(luò )中實(shí)際測量得到，要根據Ad Hoc網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)合理運用路由協(xié)議的性能測試方法。需要特別指出的是，網(wǎng)絡(luò )的覆蓋范圍，網(wǎng)絡(luò )結點(diǎn)的移動(dòng)性等對網(wǎng)絡(luò )路由協(xié)議的參數會(huì )產(chǎn)生較為明顯的影響 [4]，上述問(wèn)題將在第4節進(jìn)行討論。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò )的路由協(xié)議主要有如下幾方面的特征[8]：

*分布式特征：該特征是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò )最突出的特征。

*無(wú)環(huán)路：路由協(xié)議的重要約束條件之一，可以簡(jiǎn)單地采用TTL(生存時(shí)間)來(lái)對“兜圈子”的報文進(jìn)行控制，但是考慮協(xié)議的效率通常采用更好的辦法。

*需求驅動(dòng)(反應式)：路由協(xié)議并不主動(dòng)維護路由表，當發(fā)現無(wú)法得到目的結點(diǎn)路由后，需求驅動(dòng)路由協(xié)議發(fā)送路由請求信息。

*路由表驅動(dòng)(先應式)：路由協(xié)議主動(dòng)維護網(wǎng)絡(luò )中的拓撲，定時(shí)更新路由表，有的協(xié)議還有更新觸發(fā)功能，可以更快地發(fā)現新的可用路由。

*安全問(wèn)題：安全性是Ad hoc網(wǎng)絡(luò )面臨的另一個(gè)大難題。Ad hoc網(wǎng)絡(luò )使用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，容易被監聽(tīng)和干擾。加上Ad hoc網(wǎng)絡(luò )一般被使用在特殊場(chǎng)合(軍事、救災等)，安全問(wèn)題更加突出。在無(wú)線(xiàn)鏈路安全性非常脆弱的情況下，路由協(xié)議的安全性對于網(wǎng)絡(luò )尤為重要。

*休眠期：電源能量對于基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的終端非常重要，路由協(xié)議需要支持設備的休眠功能，不要在休眠期仍然進(jìn)行路由信息的交互。

*非對稱(chēng)鏈路支持：無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的非對稱(chēng)性必然會(huì )導致非對稱(chēng)性路由，路由協(xié)議必須能夠在源結點(diǎn)和目的結點(diǎn)之間建立非對稱(chēng)路由，這樣就增加了協(xié)議的復雜性。

根據路由協(xié)議的特點(diǎn)，提出路由協(xié)議性能測試方法。

(a) 路由協(xié)議端到端時(shí)延

測量主機之間時(shí)鐘同步是端到端測量重要的技術(shù)基礎。利用GPS、PSTN、CDMA等網(wǎng)絡(luò )的外部時(shí)鐘源來(lái)實(shí)現測量主機間同步。雖然精度高，但費用昂貴且在測量主機數量很大時(shí)難于實(shí)現。一般端到端時(shí)延測量可以通過(guò)RTT(Round Trip Time)獲得，但是由于無(wú)線(xiàn)鏈路廣泛存在著(zhù)鏈路非對稱(chēng)的情況，所以需要測量端到端的單向時(shí)延。[10][11][12]對單向時(shí)延的測量提出了基于某種最優(yōu)化目標來(lái)確定測量參數的方法。根據不同的要求，提出相應的優(yōu)化目標，利用線(xiàn)性規劃模型進(jìn)行求解，最終到達提高單向時(shí)延參數精度的目的。

(b) 路由發(fā)現時(shí)間

12 ALT=圖3：“直線(xiàn)型”結點(diǎn)分布。>

當路由協(xié)議發(fā)現當前維護的路由條目失效或無(wú)法為目的結點(diǎn)提供可用路由時(shí)，會(huì )主動(dòng)發(fā)出路由請求，網(wǎng)絡(luò )中的鄰居結點(diǎn)會(huì )根據路由請求的內容或者轉發(fā)路由請求，或者向源結點(diǎn)報告可用路由，或者什么都不做[1][7]。從發(fā)送路由請求到得到可用路由的時(shí)間就是路由重建時(shí)間，如圖2所示。

(c) 路由協(xié)議的效率

網(wǎng)絡(luò )中路由信息占信息傳輸總量的百分比。對于路由協(xié)議的效率參數，可以利用外部測量的方法，即在網(wǎng)絡(luò )中加入監聽(tīng)結點(diǎn)并分析數據內容的方法來(lái)計算路由協(xié)議效率。但是這種方法的開(kāi)銷(xiāo)較大，如果對協(xié)議本身進(jìn)行修改，本地計算可以大大減少網(wǎng)絡(luò )開(kāi)銷(xiāo)。在路由協(xié)議中，在路由維護信息送到發(fā)送緩沖區之前進(jìn)行修改：

#IFDEF CACULATE_EFFECIECY

int num_of_routing_message++

#ENDIF

這樣利用下面的公式：