Adaptacyjna jakość usług routingu wieloprzeskokowego
W sieciach wieloprzeskokowych protokoły Adaptive Quality of Service Routing (AQoS lub AQR) [ kiedy są zdefiniowane jako? ] stają się coraz bardziej popularne i mają liczne zastosowania. Jedną z aplikacji, w której może być przydatna, jest mobilna sieć ad hoc (MANET).
Adaptacyjny routing QoS to międzywarstwowy mechanizm optymalizacji adaptacyjnego routingu . Mechanizm międzywarstwowy zapewnia aktualne lokalne informacje QoS dla adaptacyjnego algorytmu routingu, biorąc pod uwagę wpływ mobilności węzłów i wydajność łącza niższej warstwy. Wielorakie wymagania QoS są spełnione dzięki adaptacyjnemu wykorzystaniu mechanizmów korekcji błędów w przód i routingu wielościeżkowego, w oparciu o bieżący stan sieci. Kompletny mechanizm routingu obejmuje trzy części: (1) zmodyfikowany algorytm dynamicznego routingu źródłowego, który obsługuje wykrywanie tras i zbieranie parametrów związanych z QoS; (2) lokalne obliczenia statystyczne i funkcja monitorowania łącza zlokalizowane w każdym węźle; oraz (3) zintegrowany system podejmowania decyzji do obliczania liczby tras tras, długości parzystości kodowania i współczynników dystrybucji ruchu.
Wstęp
Bezprzewodowa sieć ad hoc składa się ze zbioru węzłów mobilnych połączonych ze sobą wieloprzeskokowymi ścieżkami bezprzewodowymi z bezprzewodowymi nadajnikami i odbiornikami. Takie sieci mogą być tworzone spontanicznie i obsługiwane w sposób samoorganizujący się, ponieważ nie opierają się na żadnej wcześniej istniejącej infrastrukturze sieciowej.
Pojawienie się aplikacji multimedialnych w komunikacji spowodowało potrzebę zapewnienia mobilnej obsługi jakości usług (QoS) w sieciach ad hoc, a takie aplikacje wymagają stabilnej ścieżki, aby zagwarantować wymagania QoS. Jednak topologia sieci ad hoc jest bardzo dynamiczna ze względu na nieprzewidywalną mobilność węzłów. Ponadto przepustowość kanału bezprzewodowego jest ograniczona. Tak więc zapewnianie QoS w takich sieciach jest złożone i stanowi wyzwanie.
Routing QoS zwykle obejmuje dwa zadania: zbieranie i utrzymywanie aktualnych informacji o stanie sieci oraz znajdowanie możliwych ścieżek połączenia w oparciu o wymagania QoS. Obecnie istnieje wiele podejść do wykonywania routingu QoS, z których większość polega na routingu tylko w warstwie sieci modelu OSI . Niektóre podejścia wykorzystują zarówno warstwę sieci, jak i łącza danych , ale nie uwzględniają zachowań między warstwami. Utrudnia to ilościowe określenie parametrów QoS i prowadzi do rozważań nad QoS, ale nie gwarantuje QoS.
Aby rozwiązać ten problem, wymagana jest odpowiednia współpraca między warstwami. Adaptacyjne schematy QoS dostarczają informacji QoS poprzez uwzględnienie wpływu mobilności węzłów i parametrów łącza niższej warstwy na wydajność QoS.
Tradycyjne podejście do QoS
Większość podejść do QoS koncentruje się tylko na jednym parametrze QoS (np. utracie pakietów, opóźnieniu między punktami końcowymi i przepustowości). Na przykład, podczas gdy wiele schematów związanych z QoS skutecznie zmniejsza utratę pakietów poprzez dodanie redundancji w pakiecie, dzieje się to kosztem opóźnienia między punktami końcowymi. Ponieważ utrata pakietów i opóźnienie typu koniec-koniec są odwrotnie proporcjonalne, znalezienie ścieżki, która jednocześnie spełnia ograniczenia opóźnienia, utraty pakietów i przepustowości, może nie być możliwe. Niektóre proponowane algorytmy routingu QoS uwzględniają wiele metryk, ale bez uwzględnienia współpracy między warstwami. Routing wielościeżkowy to inny typ routingu QoS, któremu poświęcono wiele uwagi, ponieważ może on zapewnić równoważenie obciążenia, odporność na błędy i wyższą zagregowaną przepustowość. Chociaż to podejście zmniejsza utratę pakietów i opóźnienia między punktami końcowymi, jest wydajne i niezawodne tylko wtedy, gdy można znaleźć związek między liczbą ścieżek a ograniczeniami QoS.
Omówienie schematu adaptacyjnego QoS
Aby wdrożyć adaptacyjny schemat trasowania wielościeżkowego, potrzebne są trzy funkcje rozmieszczone w różnych częściach sieci. Po pierwsze, potrzebna jest zmodyfikowana funkcja dynamicznego routingu źródłowego. Obsługuje wykrywanie tras i zbieranie lokalnych informacji związanych z QoS wzdłuż wybranych tras. Po drugie, w każdym węźle znajduje się lokalna funkcja obliczeń statystycznych i monitorowania łącza. Ta funkcja służy do obsługi powyższej funkcji routingu. Będzie zarządzać i tworzyć lokalne informacje o routingu w każdym węźle, które obejmują tabelę związaną z QoS. Trzecia funkcja będzie odpowiedzialna za ostateczny proces decyzyjny. Parametry trasowania adaptacyjnego pochodzą z algorytmu decyzyjnego opartego na ograniczeniach QoS. Są to liczba N wybranych ścieżek, długość parzystości k FEC, kod oraz zbiór {R} szybkości dystrybucji ruchu na każdej ścieżce. Dzięki tym funkcjom zaimplementowany jest adaptacyjny wielościeżkowy routing QoS.
Wymagania QoS mogą być oparte na opóźnieniu lub opóźnieniu i wymaganiu przepustowości lub wymaganiu dotyczącym utraty pakietów. Długość parzystości FEC pochodzi z różnicy między wymaganym opóźnieniem QoS a średnim opóźnieniem na wybranych ścieżkach przy ograniczeniu utraty pakietów. Średnia utrata pakietów w ramach tego schematu FEC jest osiągana przy użyciu wielu ścieżek routingu. Jednocześnie szybkość dystrybucji pakietów na każdej ścieżce jest określana zgodnie z uczciwymi zasadami utraty pakietów i równoważenia obciążenia. Utrzymanie routingu w ramach tych samych gwarancji QoS jest osiągane bez zwiększania jego złożoności obliczeniowej. To wymagało zrozumienia.
Adaptacyjna wydajność QoS
W różnych częściach sieci komórkowej zaimplementowane są trzy funkcje (funkcja trasowania, funkcja obliczania i monitorowania lokalnych statystyk oraz zintegrowana funkcja podejmowania decyzji). Ze względu na rozproszoną strukturę zmniejsza się złożoność obliczeniowa i implementacyjna schematu trasowania. Ponadto, ponieważ trasy są wykrywane na podstawie aktualnych informacji lokalnych i wybierane przez obliczenia optymalizacyjne, parametry tras (np. liczba ścieżek, długość parzystości FEC i szybkość dystrybucji ruchu) są dynamiczne i zoptymalizowane. Oprócz obsługi wielu wymagań QoS, w procesie podejmowania decyzji uwzględniamy równoważenie ruchu i zasoby przepustowości. Rozproszona struktura lokalnych statystyk QoS wykorzystywana w routingu umożliwia skalowalność tego mechanizmu obsługi QoS w sieciach komórkowych. Wyniki symulacji wskazują, że wydajność (tj. utrata pakietów i opóźnienie między punktami końcowymi) jest znacznie lepsza i mniej podatna na zmiany stanu (tj. mobilność węzłów, moc transmisji, charakterystyka kanału i wzorzec ruchu) sieci, w porównaniu z nieadaptacyjną strategią routingu.
Zobacz też
- „Adaptive QoS Routing by Cross-Layer Cooperation in Ad Hoc Networks”, Hongxia Sun & Herman Hughes, EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, maj 2005, Adaptive QoS Routing