Ad Hoc網絡性能測試關鍵技術研究

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

* 路由表收斂時間：對于路由表驅動型路由算法而言，路由協議在運行期間，路由表從初始狀態到路由表穩定狀態通常會有一個自動更新的過程，這個時間通常稱為路由表收斂時間。

* 路由協議的效率：任何路由協議在運行過程中，都要有一定的路由協議開銷，用于在結點之間維護網絡的拓撲信息。對于無線網絡而言，網絡帶寬非常有限，協議開銷直接影響網絡帶寬的利用率，進而影響網絡的擴展性。所以路由協議的效率也是我們重點考慮的測試參數之一。

性能測試的基本方法

Ad Hoc網絡的性能測試的主要內容已經在第二節中進行了闡述，由于物理層的測試內容只涉及到點對點之間的通信。而且，無線終端設備廠商一般會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絡接入層和路由協議有關。

1. 接入層協議性能測試方法

(a) 接入時延測試

12 ALT=表1：給網絡不同的性能測試內容賦予不同的加權值可以更加客觀地反映網絡的性能。>

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

(b) 優先級測試

網絡中的優先級可以分為結點優先級和報文優先級。在統計意義下，優先級的測試要依賴于平均接入時延的計算。如果是對網絡結點按照優先級進行區分，性能測試就計算不同結點的平均接入時延。如果網絡只支持報文優先級，就要對不同類型的報文進行區分，分別計算平均接入時延。對于同時支持結點優先級和報文優先級的網絡，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絡接入時延，優先級高的結點比優先級低的結點具有更小的平均接入時延。同時，不同優先級結點之間的時延差距要相對明顯。例如，最高優先級結點與最低優先級結點之間的時延差距不到5%，就說明MAC層的網絡優先級機制是失敗的。

2. 路由協議性能測試方法

路由協議所有的性能測試參數都需要在多跳網絡中實際測量得到，要根據Ad Hoc網絡的特點合理運用路由協議的性能測試方法。需要特別指出的是，網絡的覆蓋范圍，網絡結點的移動性等對網絡路由協議的參數會產生較為明顯的影響 [4]，上述問題將在第4節進行討論。Ad Hoc網絡的路由協議主要有如下幾方面的特征[8]：

*分布式特征：該特征是Ad Hoc網絡最突出的特征。

*無環路：路由協議的重要約束條件之一，可以簡單地采用TTL(生存時間)來對“兜圈子”的報文進行控制，但是考慮協議的效率通常采用更好的辦法。

*需求驅動(反應式)：路由協議并不主動維護路由表，當發現無法得到目的結點路由后，需求驅動路由協議發送路由請求信息。

*路由表驅動(先應式)：路由協議主動維護網絡中的拓撲，定時更新路由表，有的協議還有更新觸發功能，可以更快地發現新的可用路由。

*安全問題：安全性是Ad hoc網絡面臨的另一個大難題。Ad hoc網絡使用無線通信技術，容易被監聽和干擾。加上Ad hoc網絡一般被使用在特殊場合(軍事、救災等)，安全問題更加突出。在無線鏈路安全性非常脆弱的情況下，路由協議的安全性對于網絡尤為重要。

*休眠期：電源能量對于基于移動網絡的終端非常重要，路由協議需要支持設備的休眠功能，不要在休眠期仍然進行路由信息的交互。

*非對稱鏈路支持：無線網絡的非對稱性必然會導致非對稱性路由，路由協議必須能夠在源結點和目的結點之間建立非對稱路由，這樣就增加了協議的復雜性。

根據路由協議的特點，提出路由協議性能測試方法。

(a) 路由協議端到端時延

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

(b) 路由發現時間

12 ALT=圖3：“直線型”結點分布。>

當路由協議發現當前維護的路由條目失效或無法為目的結點提供可用路由時，會主動發出路由請求，網絡中的鄰居結點會根據路由請求的內容或者轉發路由請求，或者向源結點報告可用路由，或者什么都不做[1][7]。從發送路由請求到得到可用路由的時間就是路由重建時間，如圖2所示。

(c) 路由協議的效率

網絡中路由信息占信息傳輸總量的百分比。對于路由協議的效率參數，可以利用外部測量的方法，即在網絡中加入監聽結點并分析數據內容的方法來計算路由協議效率。但是這種方法的開銷較大，如果對協議本身進行修改，本地計算可以大大減少網絡開銷。在路由協議中，在路由維護信息送到發送緩沖區之前進行修改：

#IFDEF CACULATE_EFFECIECY

int num_of_routing_message++

#ENDIF

這樣利用下面的公式：