探究網(wǎng)絡新技術的研發(fā)策略

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1.準入規(guī)則性能分析

通過仿真比較基于概率的路由準入和基于門限的路由準入。仿真中設置32個節(jié)點分布在2000*2000的區(qū)域內(nèi)，應用層配置16對CBR流，CBR流數(shù)據(jù)包的長度隨機選擇，通過改變發(fā)送數(shù)據(jù)的間隔來調(diào)整CBR流添加到網(wǎng)絡中的負載。路由協(xié)議采用H&P_DSR協(xié)議，其中分別采用基于門限和基于概率的算法。目前，門限算法中門限值一般根據(jù)經(jīng)驗或采取試驗的方法手工設定。公平起見，首先通過實驗獲得負載表征量的參考數(shù)據(jù)來設置門限算法中的門限值。在當前仿真設置下，設置重載和輕載兩種網(wǎng)絡負載情況，采用沒有均衡的DSR協(xié)議，在網(wǎng)絡穩(wěn)定時，分別測得重載和輕載狀態(tài)下某個時刻各節(jié)點的負載表征值分別。橫坐標對應節(jié)點，縱坐標是各節(jié)點對應的負載表征值，圖中直線為所有節(jié)點的平均負載表征值。由圖可見，無論在重載還是輕載時，節(jié)點間的負載差異均較大。即使在網(wǎng)絡重載時，也有負載很輕的節(jié)點。計算得到重載情況下平均負載表征值為10.096，在輕載情況下平均負載表征值為5.115，故門限算法中分別設置兩個門限值A=10和B=5，以使門限能夠區(qū)別開不同負載的節(jié)點，起到負載均衡的作用。對基于門限的算法和基于概率的算法進行仿真，仿真30次取平均值。是網(wǎng)絡吞吐量曲線圖，是平均端到端時延曲線圖，其中橫坐標都是歸一化的網(wǎng)絡負荷，縱坐標分別是網(wǎng)絡吞吐量和平均端到端時延。圖中基于門限A的曲線其判決門限為10，基于門限B的曲線其判決門限為5。當網(wǎng)絡輕載時，節(jié)點的平均負載表征值為5，這時大部分節(jié)點的負載描述值都在門限5上下波動，判決門限5的對網(wǎng)絡狀態(tài)的變化較為敏感，能夠反應網(wǎng)絡不同部分之間負載的差異，所以能夠?qū)W(wǎng)絡的負載起到均衡的作用；當門限為10時，因為網(wǎng)絡負載較輕，絕大部分節(jié)點的負載描述值都低于10，所以判決門限10無法通過路由的準入對網(wǎng)絡的負載進行有效的均衡，影響了均衡的效果。當網(wǎng)絡負載逐漸加重后，各節(jié)點的負載描述值在10的上下波動，這時判決門限10能夠準確的區(qū)別開不同節(jié)點之間的負載差異；相反判決門限5將普遍低于絕大部分節(jié)點的負載描述值，其無法有效的對網(wǎng)絡的負載進行均衡，此時網(wǎng)絡的吞吐量和時延性能都不同程度的下降。從仿真曲線可以看到，在網(wǎng)絡輕載時，門限值為5的算法性能更好，在網(wǎng)絡負載重載時，門限值為10的算法性能更好。對比門限算法曲線和概率算法曲線，可以看到概率算法無論在網(wǎng)絡吞吐量還是網(wǎng)絡時延方面都好于門限算法。尤其在網(wǎng)絡重載時，優(yōu)勢更加明顯。概率算法以連續(xù)曲線的方式對待不同的負載，能夠有效區(qū)別負載之間的差異，并根據(jù)這種差異采取不同的準入控制；而門限算法只能對門限值附近的負載狀態(tài)進行有效的區(qū)分，當節(jié)點感知到的負載都低于或高于判決門限時，都采取同樣的判斷結果，影響了負載均衡的準確性。

2.協(xié)議性能分析

通過仿真比較H&P_DSR和DSR協(xié)議的性能仿真30次取平均值，結果如圖7和圖8.圖7和圖8分別為吞吐量和時延圖。圖中橫坐標是歸一化的網(wǎng)絡負荷，縱坐標分別是網(wǎng)絡吞吐量和平均端到端時延。從仿真結果能夠看到，隨著網(wǎng)絡負載增大，兩個協(xié)議的網(wǎng)絡吞吐量和時延都增大，在網(wǎng)絡負載達到0.6時，網(wǎng)絡趨近飽和，兩個協(xié)議性能都惡化。但H&P_DSR協(xié)議無論在吞吐量還是時延性能都顯著優(yōu)于DSR協(xié)議，尤其在網(wǎng)絡負載較重時效果明顯，性能最高提升近10%。DSR協(xié)議沒有負載均衡機制，當網(wǎng)絡負載較重時，網(wǎng)絡擁塞使路由失效，數(shù)據(jù)丟失嚴重，吞吐量下降；數(shù)據(jù)排隊使時延增大；H&P_DSR協(xié)議中的負載均衡機制，能夠有效的把負荷均勻的分布在網(wǎng)絡中，避免和減輕網(wǎng)絡的擁塞，降低了數(shù)據(jù)丟失，提高了網(wǎng)絡的吞吐量，減少了分組排隊等待時間使時延降低。同時其路由準入機制也控制了路由申請的廣播，節(jié)省了信道資源，更有利于數(shù)據(jù)的傳輸。仿真結果和理論分析一致，H&P_DSR協(xié)議中的負載均衡算法能夠準確有效工作，這使H&P_DSR協(xié)議無論在網(wǎng)絡吞吐量還是在端到端時延都較DSR協(xié)議具有明顯優(yōu)勢。

3.結束語

本文下一步工作，一方面建立理論模型對算法進行驗證，并討論參數(shù)的的設置，使參數(shù)更加合理；另一方面進一步研究算法在具體協(xié)議中的實現(xiàn)，使算法在路由協(xié)議中具有更強的可操作性。提出一種基于路由準入的負載均衡算法H&P算法，算法利用基于歷史信息的負載映射感知網(wǎng)絡的負載狀態(tài)，用基于概率的路由準入對網(wǎng)絡負載進行調(diào)度。理論分析與仿真結果顯示，基于此方法開發(fā)的負載均衡路由協(xié)議H&P_DSR能夠準確有效的進行負載均衡，顯著提高網(wǎng)絡吞吐量，降低平均端到端時延。相比基于路由應答優(yōu)化的負載均衡算法，H&P算法能夠有效控制路由廣播包的洪泛，節(jié)省信道資源；沒有對路由協(xié)議數(shù)據(jù)格式進行任何修改，易于與按需路由協(xié)議結合；沒有增加任何的網(wǎng)絡開銷；負載均衡性能優(yōu)異，具有廣泛的適用性。

作者：張岱臣 牛大偉 王海 單位：解放軍理工大學