探究网络新技术的研发策略

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1.准入规则性能分析

通过仿真比较基于概率的路由准入和基于门限的路由准入。仿真中设置32个节点分布在2000*2000的区域内，应用层配置16对CBR流，CBR流数据包的长度随机选择，通过改变发送数据的间隔来调整CBR流添加到网络中的负载。路由协议采用H&P_DSR协议，其中分别采用基于门限和基于概率的算法。目前，门限算法中门限值一般根据经验或采取试验的方法手工设定。公平起见，首先通过实验获得负载表征量的参考数据来设置门限算法中的门限值。在当前仿真设置下，设置重载和轻载两种网络负载情况，采用没有均衡的DSR协议，在网络稳定时，分别测得重载和轻载状态下某个时刻各节点的负载表征值分别。横坐标对应节点，纵坐标是各节点对应的负载表征值，图中直线为所有节点的平均负载表征值。由图可见，无论在重载还是轻载时，节点间的负载差异均较大。即使在网络重载时，也有负载很轻的节点。计算得到重载情况下平均负载表征值为10.096，在轻载情况下平均负载表征值为5.115，故门限算法中分别设置两个门限值A=10和B=5，以使门限能够区别开不同负载的节点，起到负载均衡的作用。对基于门限的算法和基于概率的算法进行仿真，仿真30次取平均值。是网络吞吐量曲线图，是平均端到端时延曲线图，其中横坐标都是归一化的网络负荷，纵坐标分别是网络吞吐量和平均端到端时延。图中基于门限A的曲线其判决门限为10，基于门限B的曲线其判决门限为5。当网络轻载时，节点的平均负载表征值为5，这时大部分节点的负载描述值都在门限5上下波动，判决门限5的对网络状态的变化较为敏感，能够反应网络不同部分之间负载的差异，所以能够对网络的负载起到均衡的作用；当门限为10时，因为网络负载较轻，绝大部分节点的负载描述值都低于10，所以判决门限10无法通过路由的准入对网络的负载进行有效的均衡，影响了均衡的效果。当网络负载逐渐加重后，各节点的负载描述值在10的上下波动，这时判决门限10能够准确的区别开不同节点之间的负载差异；相反判决门限5将普遍低于绝大部分节点的负载描述值，其无法有效的对网络的负载进行均衡，此时网络的吞吐量和时延性能都不同程度的下降。从仿真曲线可以看到，在网络轻载时，门限值为5的算法性能更好，在网络负载重载时，门限值为10的算法性能更好。对比门限算法曲线和概率算法曲线，可以看到概率算法无论在网络吞吐量还是网络时延方面都好于门限算法。尤其在网络重载时，优势更加明显。概率算法以连续曲线的方式对待不同的负载，能够有效区别负载之间的差异，并根据这种差异采取不同的准入控制；而门限算法只能对门限值附近的负载状态进行有效的区分，当节点感知到的负载都低于或高于判决门限时，都采取同样的判断结果，影响了负载均衡的准确性。

2.协议性能分析

通过仿真比较H&P_DSR和DSR协议的性能仿真30次取平均值，结果如图7和图8.图7和图8分别为吞吐量和时延图。图中横坐标是归一化的网络负荷，纵坐标分别是网络吞吐量和平均端到端时延。从仿真结果能够看到，随着网络负载增大，两个协议的网络吞吐量和时延都增大，在网络负载达到0.6时，网络趋近饱和，两个协议性能都恶化。但H&P_DSR协议无论在吞吐量还是时延性能都显著优于DSR协议，尤其在网络负载较重时效果明显，性能最高提升近10%。DSR协议没有负载均衡机制，当网络负载较重时，网络拥塞使路由失效，数据丢失严重，吞吐量下降；数据排队使时延增大；H&P_DSR协议中的负载均衡机制，能够有效的把负荷均匀的分布在网络中，避免和减轻网络的拥塞，降低了数据丢失，提高了网络的吞吐量，减少了分组排队等待时间使时延降低。同时其路由准入机制也控制了路由申请的广播，节省了信道资源，更有利于数据的传输。仿真结果和理论分析一致，H&P_DSR协议中的负载均衡算法能够准确有效工作，这使H&P_DSR协议无论在网络吞吐量还是在端到端时延都较DSR协议具有明显优势。

3.结束语

本文下一步工作，一方面建立理论模型对算法进行验证，并讨论参数的的设置，使参数更加合理；另一方面进一步研究算法在具体协议中的实现，使算法在路由协议中具有更强的可操作性。提出一种基于路由准入的负载均衡算法H&P算法，算法利用基于历史信息的负载映射感知网络的负载状态，用基于概率的路由准入对网络负载进行调度。理论分析与仿真结果显示，基于此方法开发的负载均衡路由协议H&P_DSR能够准确有效的进行负载均衡，显著提高网络吞吐量，降低平均端到端时延。相比基于路由应答优化的负载均衡算法，H&P算法能够有效控制路由广播包的洪泛，节省信道资源；没有对路由协议数据格式进行任何修改，易于与按需路由协议结合；没有增加任何的网络开销；负载均衡性能优异，具有广泛的适用性。

作者：张岱臣 牛大伟 王海 单位：解放军理工大学