【導(dǎo)讀】Repository(NSR)QoSControls.

　　

【正文】 研究 都是 基于傳統(tǒng)的分層協(xié)議架構(gòu)， 支持 QoS的信號和算法 是在不同層次分別地設(shè)計和實施的。 例如 ，在 數(shù)據(jù)鏈路層 [ 9 ]的 支持 QoS的 MAC協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)層 [ ] 支持 QoS 路由協(xié)議，等等。它可以 被 歸納為一個 移動 AD HOC網(wǎng)絡(luò) 多 層次的 QoS 模型， DQMM（見圖 1 ） 。 在 DQMM中 ， 協(xié)議棧里的 不同層設(shè)計 是獨立設(shè)計與工作的。在邏輯上相鄰的不同層之間只有靜態(tài)的接觸 。每個協(xié)議層有一定的 QoS 的，如在邏輯鏈路層誤差控制，網(wǎng)絡(luò) 中的 擁塞控制等 。 一方面， DQMM 可以極大簡化 MANETs 設(shè)計，并 增加了 高可靠性和擴展性 的協(xié)議 。 另一方面 ， DQMM也有一些不足之處： 1） 由于不同的協(xié)議層 間 獨立設(shè)計， 因此堆棧中不同協(xié)議層會存在功能上的冗余。 2 ） 由于邏輯上不相鄰的層與層 之間信息交換十分困難，從而引起了在統(tǒng)一的管理，QoS 控制，網(wǎng)絡(luò)性能的改善方面的許多問題。 Fig 2 因此， 當(dāng)試圖最優(yōu)化 ， 有必要 把 更多地注意 力 集中物理層 、 數(shù)據(jù)鏈路層 、網(wǎng)絡(luò)層和較高的 層之間的協(xié)作。 為此，我們結(jié)合分散在不同層次參數(shù) ， 設(shè)計了一種新型的跨層QoS 模型， CQMM，以改善 QoS 保證和網(wǎng)絡(luò)的整體性能。 CQMM的 結(jié)構(gòu) 如 圖 2 圖 2 從圖 2 ， 我們 可以看出 CQMM保持了堆棧中每個協(xié)議層的核心功能和相關(guān)獨立性，為保持模塊機應(yīng)用約束 → 層次狀態(tài)← QoS 控制 (QoS 應(yīng)用層要求 ) 傳送約束→ 層次狀態(tài)← 網(wǎng)絡(luò)約束→ 層次狀態(tài)← 數(shù)據(jù)傳輸約束→ 層次狀態(tài)← 物理約束→ 層次狀態(tài)← QoS 控制 (傳輸控制和比率控制 ) QoS 控制（隊列與緩沖器管理 , 擁塞控制） QoS 控制 (錯誤控制和信道管理 ) QoS 控制 (媒體調(diào)頻選擇 ) 構(gòu)的優(yōu)勢，它還允許邏輯上相鄰的兩個層之間的直接信息交換 。在這些基礎(chǔ)上， CQMM 還增加了一個核心組件， 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)儲存庫 (簡稱 NSR)。 NSR是核心，通過它，不同層之間可以充分地交換和共享信息。一方面，通過 NSR,每個協(xié)議層能夠知道其它協(xié)議層的狀態(tài)信息 ， 并決定自己的功能與執(zhí)行機制。另一方面，每個協(xié)議層在 NSR 上注明自己的狀態(tài)信息以供協(xié)議棧的其它層查詢。在 CQMM，邏輯上相鄰的協(xié)議層之間通過 NSR 可以直接或間接的交換信息，而那些邏輯上不相鄰的協(xié)議層之間通過 NSR 用跨層的方法也可以交換信息。因此，在 CQMM中，信息交換是非常靈活的。 CQMM 的各種 QoS 控制 都不是獨 立的進行的 ，如 網(wǎng)絡(luò)資源管理和調(diào)度 、網(wǎng)絡(luò)壽命、差錯控制、 擁塞控制和性能優(yōu)化等 。 與此相反， 通過堆棧中各協(xié)議層之間的協(xié)作， CQMM 負(fù)責(zé)統(tǒng)一管理和所有QoS 控制。 MANETs 中的每個 QoS 控制與協(xié)議棧的所有層都相關(guān)，同時也受到它們的限制。 QoS 操作和管理的所有結(jié)果都要反饋給所有的層，并寫進 NSR 成為 QoS控制的參數(shù)。 的協(xié)議設(shè)計 CQMM 協(xié)議 設(shè)計著眼于 各協(xié)議層之間信息的自由、 充分 交換和協(xié)作不會出現(xiàn)功能上的冗余，同時又能保持各協(xié)議層之間的相關(guān)獨立性和模結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。 物理層：物理層負(fù)責(zé) 數(shù)據(jù) 的調(diào)制，傳輸與接收， 同時 也決定 MANETs 各節(jié)點大小、成本和能源消耗 。在 CQMM ， 物理層的設(shè)計是根據(jù)執(zhí)行成本，能量的大小和限制，以及高層的 QoS 要求，選擇低成本，低耗能，低復(fù)雜度和大信道能力的傳輸介質(zhì)、頻率范圍、調(diào)制算法。 數(shù)據(jù)鏈路層：該層 處于 協(xié)議棧是低層，可分為兩個 子 層：邏輯連接子層和 MAC 子層。相對于高層，數(shù)據(jù)鏈路層可以 較早 感知 MANETs 中的 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，如頻道 質(zhì)量 更改，網(wǎng)絡(luò)擁塞等。因此，一方面是數(shù)據(jù)鏈路層能夠 執(zhí)行 基本 QoS 的控制，如誤差控制和 交流頻道 管理。 另一方面 ，可以 與 高層次相互結(jié)合，建立 、 選擇 和維護更快速度 的 路由， 較早預(yù)防網(wǎng)絡(luò)阻塞 ，并 為傳輸層 選擇適當(dāng)?shù)膫鬏敊C制和控制戰(zhàn)略。 網(wǎng)絡(luò)層： CQMM 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的設(shè)計和實施是為了建立，選擇，維持適當(dāng)?shù)穆酚?，同時考慮路由中每個節(jié)點的耗能，高速緩存和可靠性。 QoS 需要較高層的服務(wù)，如帶寬、延遲，較低層次的實施策略，如邏輯連接子層的錯誤控制機制，物理層子層的頻道管理的方法。 傳輸層： CQMM 傳輸層協(xié)議的設(shè)計需要同時考慮低層的功能與執(zhí)行機制，如數(shù)據(jù)鏈路層的錯誤控制方法，網(wǎng)絡(luò)層路由的建立、選擇、維持的方法，決定相應(yīng)傳輸策略的來至應(yīng)用層的 QoS要求。 。 應(yīng)用層：有兩種不同的應(yīng)用層設(shè)計策略： 1 ）區(qū)分服務(wù) ： 按照 各低層次所提供的職能劃分為不同的優(yōu)先等級。 2 ） 應(yīng)用智能 設(shè)計 ： 分析不同應(yīng)用 程序 的具體要求，如帶寬，時延和 twitter時延等，然后 根據(jù)協(xié)議棧各層的要求分配和執(zhí)行相應(yīng)的功能。 CQMM 的 QoS 合作與管理 QoS 合作和管理 的核心是作為協(xié)議棧里信息狀態(tài)交流和共享中心的 NSR， 通過不同協(xié)議層之間網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的充分交流與共享，網(wǎng)絡(luò)資源的管理和調(diào)度，以及網(wǎng)絡(luò)性能的整體優(yōu)化都能夠有效地實現(xiàn)。其中包括網(wǎng)絡(luò)資源的管理與調(diào)度，跨層 QoS 協(xié)作和網(wǎng)絡(luò)性能的整體優(yōu)化 。 網(wǎng)絡(luò)資源 的 管理和調(diào)度：網(wǎng)絡(luò)資源包括各種資源，例如高速緩存，每一個節(jié)點 能力 和隊列， 節(jié)點之間的通信頻道，等等。在 CQMM 中， 為了增加各種通信 QoS，網(wǎng)絡(luò)資源的管理和調(diào)度并不是統(tǒng)一的，有限的資源也不是完全利用的。 QoS 的合作和控制：在 CQMM 中 ，各種 QoS 的控制和合作，例如， 比率 調(diào)整，延遲保證和擁塞控制等， 都并不是由各層單獨實現(xiàn)的，而是協(xié)議棧各層相互協(xié)作完成的。 舉例來說， 通過個協(xié)議層的協(xié)作，如物理子層的 ACK，網(wǎng)絡(luò)層的路由信息、包的丟失率和延時，傳輸層的比率調(diào)整信息等等， MANETs的 擁塞 可以較早地被 預(yù)防和控制。 性能優(yōu)化： 在 CQMM中 ，網(wǎng)絡(luò)性能的 優(yōu)化主要目的是 建立一個 由協(xié)議結(jié)構(gòu)所有層制約的 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型 ， 并 根據(jù)這個模型找到一種能夠改進 MANETs整體新能的方法。 3 CQMM 分析 目前 MANETs 的 QoS模型 可被歸為兩類，一類是基于傳統(tǒng)層劃分結(jié)構(gòu)的 DQMM， 另一類是本文介紹的跨層 QoS 模型 CQMM。 [ 1,58 ] 所使用的 QoS 模型 本質(zhì)上只是在 DQMM 基礎(chǔ)上 一定程度 的拓寬。在這里 ， 我們只是比較 CQMM與 DQMM。 信息交流 CQMM 與 DQMM 協(xié)議體系和原則 的 不同 在信息交流 的方式，頻率，時間，需求也存在很大的區(qū)別。（見表 1 ） 從表 1 中可以看出， 與 DQMM 比較 ， CQMM 有許多 優(yōu)點： 1 ）更靈活的信息交流 。相鄰層可以通過 層或 NSR 之間的接觸交換信息，交叉層也可以通過 NSR交換信息。 2 ） 更 簡單 的 信息格式變換。 不同層之間通過 NSR 可以交換信息，因此這些層只需要處理層與 NSR 之間的格式轉(zhuǎn)換問題。 3 ） 更低的要求 。協(xié)議層可以 從臨時存在 NSR 中的不同協(xié)議層適時信息讀取它們，因此信息改變的層不必要及時保持同步 4 ）更精確地控制。 在 CQMM 中， NSR存儲了不同層某些時候的信 息，這樣更利于準(zhǔn)確地掌握網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和管理網(wǎng)絡(luò)。 Protocol Design . 協(xié)議設(shè)計 在 DQMM 中 ， 由于功能和協(xié)議設(shè)計上的相互獨立性，各層之間在執(zhí)行可靠的信息傳輸時不可避免的會出現(xiàn)一些功能上的榮譽。 不過， CQMM 可以 在 不同的層 之間 執(zhí)行統(tǒng)一的功能分配 ，并且能通過各層協(xié)作支持的 QoS 實現(xiàn)通信。 表 與 DQMM之間信息交換的對比 信息交換對比 DQMM CQMM 方式 臨域?qū)?:靜態(tài) 交叉層層次接口 :中間層 臨域?qū)?:靜態(tài) 交叉層 : NSR 頻率 臨域?qū)?: 高頻 交叉層 : 低頻 臨域?qū)?: 高頻 交叉層 : 高頻 轉(zhuǎn)換格式 臨域?qū)?: 一次 交叉層 : 多次 各層與 NSR 之間的轉(zhuǎn)換格式 共享層 所有的共享層和中間層 NSR 和共享層 時間需求 特殊 “ 有時 ” 同步需求 嚴(yán)格同步 異步性 時間交換 稍微 大量 信息量 臨域?qū)?: 大 交叉層 : 小 臨域?qū)哟? 交叉層 : 大 網(wǎng)絡(luò)資源和性能優(yōu)化 的 管理和調(diào)度 不同協(xié)議層之間 缺乏充分的信息交流 限制了 DQMM 網(wǎng)絡(luò)性能的整體改進。在 DQMM 中，通過 NSR,協(xié)議棧里不同層之間能夠自由、充分地交換信息， 有利于網(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)一的規(guī)劃和調(diào)度， 在整 個網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上 建立性能優(yōu)化模型，并做好網(wǎng)絡(luò)性能整 體 改善。 執(zhí)行議定成本和復(fù)雜性 由于 棧里每個協(xié)議層的相互 獨立 性 ， 不同協(xié)議層之間只有 較少的接 觸 與信息的交流， 因此 DQMM需要較低的層本于復(fù)雜度。在 CQMM中，棧中不同協(xié)議層之間自由、充分地交換信息需要：每個節(jié)點上上必須增加一個網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)存儲器，并提供替代策略以及時更新狀態(tài)信息；在每個協(xié)議層和NSR 交換信息的地方增加接口；建立更復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型和控制機制以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。這些都會導(dǎo)致 CQMM 中執(zhí)行成本和復(fù)雜度的增加。 相比 DQMM ， CQMM 能夠為協(xié)議棧里的不 同層 提供自由和充分的信息交流， 消除不同層之間的功能冗余，更好的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的管理域調(diào)度，使 。但這些優(yōu)勢都是高成本和高復(fù)雜度為代價的 4 .結(jié)論和未來工作 本文 為 QoS模型， CQMM。相比 DQMM ， CQMM 有以下優(yōu)點： 1 ） 通過 NSR，協(xié)議棧中 不同層 可以自由、充分地交換信息。 2 ） 間的功能冗余 層協(xié)議棧，并更好地 執(zhí)行 網(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)一管理和調(diào)度 和網(wǎng)絡(luò)性能的 整體改善 ?；贑QMM的框架 ，今后的工作將側(cè)重于跨層 協(xié)議 的設(shè)計 ，跨層控制與 QoS合作， 用跨層的方法對 MANETs性能的整體改善。 5. 參考文獻 【 1】 ， 等等，“內(nèi)涵： 支持區(qū)分在 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò) 中的多次反射移動”，移動計算，IEEE 事物處理， （ 4）： 380393. 【 2】 G..Ahn， . 坎貝爾等等，“本地多級無線網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)支持服務(wù)”， 美國電氣及電子工程師學(xué)會 全球電訊會議 2021，洛杉磯， CA,USA,。 【 3】 G． Mohsen,無線通訊系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)， 2021 【 4】 G..Andrea, 無線通訊，劍 橋大學(xué)出版社， 2021 【 5】 , , 等等， 一個跨層的品質(zhì)服務(wù)映射架構(gòu) 的 視頻在無線網(wǎng)絡(luò) 中的 傳輸 。 【 6】 Eric Setton,等等 , 跨層設(shè)計的 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)實時視頻流 ，無線通訊， 美國電氣及電子工程師學(xué)會 ， 2021,12(4):5965.