【正文】 TF專為移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)提供QoS支持而建議的信令系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括很多協(xié)議命令，可實(shí)現(xiàn)快速資源預(yù)留、快速釋放和端到端的自適應(yīng)機(jī)制。其命令采用帶內(nèi)傳輸方式，在需傳送報(bào)文的IP選擇域進(jìn)行編碼，數(shù)據(jù)分組經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)時，中間節(jié)點(diǎn)檢查分組的IP選擇域，獲得預(yù)留命令，并根據(jù)本地鏈路狀態(tài)修改預(yù)留狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)全路徑的軟狀態(tài)預(yù)留。由此可見，INSIGNIA是一種基于IP的QoS實(shí)現(xiàn)框架。資源的釋放采用軟狀態(tài)定時器管理方法，路由上的節(jié)點(diǎn)只有在周期性地收到特定流的分組時重置軟狀態(tài)定時器并保持預(yù)留狀態(tài)，當(dāng)路由變化或會話結(jié)束時，舊路由上的節(jié)點(diǎn)收不到該特定流的分組導(dǎo)致軟狀態(tài)定時器溢出時預(yù)留資源被自動釋放，這種定時器控制的自動資源釋放非常適合移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)榕f路由上的某些節(jié)點(diǎn)已經(jīng)遠(yuǎn)離了網(wǎng)絡(luò)范圍，所以不可能采用節(jié)點(diǎn)間信令對其進(jìn)行控制。INSIGNIA還支持端到端的流自適應(yīng)，并可動態(tài)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)條件，當(dāng)條件發(fā)生變化時，能夠根據(jù)用戶給定的自適應(yīng)策略對流質(zhì)量進(jìn)行自適應(yīng)控制。 INSIGNIA將路由和QoS信令分開使得建議的機(jī)制可操作于多種路由之上。（2）將QoS提供和路由協(xié)議捆綁的QoS提供技術(shù)——QoS路由QoS路由的思路是搜索擁有可滿足業(yè)務(wù)的QoS要求的足夠資源的路由，同時進(jìn)行資源預(yù)留。將路由選擇和資源預(yù)留相結(jié)合進(jìn)行，可避免找到的路由不能滿足業(yè)務(wù)的QoS時造成質(zhì)量下降或需重新搜索路由的問題。但QoS路由實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，即使在節(jié)點(diǎn)固定的Internet中也是個難題。不同類型的業(yè)務(wù)對延時、帶寬及包丟失性能的要求差異很大，加上網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的動態(tài)變化，很難判斷一條鏈路是否滿足QoS的要求，而且路由計(jì)算不能占用太多時間，所以必須降低路由協(xié)議的復(fù)雜度，通常采用次優(yōu)化算法。例如順序?yàn)V除法，首先根據(jù)一條限制，如帶寬搜索路徑，再在所得的路徑中根據(jù)第二條限制，如延時要求進(jìn)行搜索直到找到所有限制均滿足的路徑，如果這樣的路徑有多條，可隨機(jī)選擇一條，或全部記錄下來作為備用路徑，以在所選路徑條件不滿足時進(jìn)行快速切換。選擇了路徑后需進(jìn)行資源預(yù)留，預(yù)留的資源將保持到流結(jié)束，所以路由上的各鏈路都必須重新計(jì)算剩余鏈路容量，并作為拓?fù)涓滦畔⒌囊豁?xiàng)廣播給所有其他節(jié)點(diǎn)。與第一類QoS提供的方法相比，QoS路由的計(jì)算復(fù)雜度和網(wǎng)絡(luò)控制冗余大，且資源管理與特定路由協(xié)議相關(guān)，不具有可移植性。目前QoS路由的優(yōu)先級提供、多業(yè)務(wù)支持及多播等是實(shí)現(xiàn)的難中之難。 目前,為移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)提供QoS支持的有三種不同的QoS路由策略(1)使用MAC層的TDMA資源管理。(2)使用普通的QoS測量。(3)使用CDMA進(jìn)行不同傳輸之間的沖突避免. 依靠MAC層的TDMA資源管理實(shí)現(xiàn)移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的QoS路由此方法適用的應(yīng)用是面向會話,使用TDMA來達(dá)到Ad ,QoS路由協(xié)議既要找到路由路徑又要找到在此路徑上的每一段鏈路的時隙.1：網(wǎng)絡(luò)模型將Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)用圖形G=（N，L）表示，其中N代表含有限個節(jié)點(diǎn)的集合，L代表雙向鏈路的集合。節(jié)點(diǎn)有一個相鄰節(jié)點(diǎn)集，此集合中的所有節(jié)點(diǎn)都在N內(nèi)，節(jié)點(diǎn)的傳輸表定義成它傳輸所在的時隙的時隙集及節(jié)點(diǎn)集。節(jié)點(diǎn)集是時隙的目的節(jié)點(diǎn)的集合。代表它的發(fā)送時隙集，代表它的接收時隙集。是在時隙k傳輸?shù)乃泄?jié)點(diǎn)的集合。從節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的傳輸表示成，k強(qiáng)調(diào)了這一傳輸發(fā)生在時隙k。帶寬被分成一系列組成幀的時隙，一個完整的網(wǎng)絡(luò)表是網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的傳輸時隙的集合。傳輸時隙通過運(yùn)行在MAC層的TDMA時隙分配協(xié)議來指定。2：帶寬分配問題我們假設(shè)一個會話需要固定的帶寬，它必須告訴路由協(xié)議它需要多少個時隙。根據(jù)給出的建立會話的要求，QoS路由協(xié)議需要找到擁有足夠帶寬的路徑并確定路徑上的每條鏈路所使用的傳輸時隙集。當(dāng)系統(tǒng)為此會話的流建立了一條QoS路由時，路徑上的時隙需要保留，并且這些保留的時隙必須是非沖突的。為了在給定的路徑P上提供R個時隙的帶寬，必須要在路徑上的每一個節(jié)點(diǎn)找到至少R個時隙向它的下游鄰點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。路徑P上最大的端到端帶寬是路徑上的節(jié)點(diǎn)的最小發(fā)送時隙集。3：QoS路由實(shí)現(xiàn)QoS路由需要找到滿足要求帶寬的一條從源到目的的路徑。此方法需要和Ad Hoc按需路由距離矢量（AODV）路由協(xié)議相結(jié)合。AODV路由協(xié)議是一種純粹的按需路由協(xié)議。使用廣播路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制。選擇AODV路由協(xié)議的原因是它的路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制與帶寬計(jì)算機(jī)制相匹配，合適限制帶寬的路由。在TDMA網(wǎng)絡(luò)中，使用與路由發(fā)現(xiàn)相關(guān)聯(lián)的路由請求相位中的轉(zhuǎn)發(fā)算法FA，隨著路由請求分組的一跳一跳的前傳，它的路徑上的帶寬就計(jì)算出來了。為了找到路徑上的可用帶寬要進(jìn)行端到端的計(jì)算，這就排除了目的節(jié)點(diǎn)以外的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)出路由應(yīng)答。隨著路由請求分組的前傳，它給后面的路徑留下了轉(zhuǎn)發(fā)路徑FP，F(xiàn)P的可用帶寬通過FA計(jì)算。如果某一節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)FP不能滿足請求的帶寬，它就丟棄路由請求分組RREQ，這條路徑上也就沒有路由應(yīng)答分組產(chǎn)生。如果路由請求分組通過路徑P到達(dá)了目的，就找到了滿足帶寬要求的路徑。下圖提供了一個QoS路由建立和修改的例子。想建立一條通向節(jié)點(diǎn)的QoS路由。它開始通過發(fā)送路由請求分組RREQ進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)，RREQ分組在整個網(wǎng)絡(luò)中傳輸。每個節(jié)點(diǎn)一旦接收并轉(zhuǎn)發(fā)這一分組，它就會為這一路由一個入口，并設(shè)置相應(yīng)軟狀態(tài)，使此節(jié)點(diǎn)不再接收來自同一廣播地址的資源預(yù)留請求。當(dāng)RREQ通過路徑P=（）到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)時，就沿路徑P的反方向向發(fā)送路由應(yīng)答分組RREP，節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)就變?yōu)镼oS路由以被建立并用以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組的狀態(tài)——RESV。路徑P上的節(jié)點(diǎn)一接收到RREP，它們就決定保留傳輸時隙，它們的狀態(tài)也轉(zhuǎn)換為RESV，這樣一條QoS路由就建立起來了。隨著節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)沿著路徑P的傳輸，路徑P上節(jié)點(diǎn)的RESV狀態(tài)被周期性地更新。假設(shè)一段時間之后節(jié)點(diǎn)從節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)變?yōu)楣?jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)，間的鏈路斷開，節(jié)點(diǎn)，之間建立了一條新鏈路。被斷開的鏈路的上游節(jié)點(diǎn)檢測到下一跳節(jié)點(diǎn)消失，它就向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由錯誤分組RERR，節(jié)點(diǎn)，的QoS路由接口被刪除。源節(jié)點(diǎn)受到路由錯誤分組后，開始發(fā)送路由請求分組RREQ開始新一輪的QoS路由發(fā)現(xiàn)，如（d）所示：（a）（b）（c） （d） QoS路由建立與修改過程這一機(jī)制為基于TDMA的移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)提供了一個基于AODV的按需QoS路由方法：它可以從源端到目的端建立一條滿足要求帶寬的QoS路由。當(dāng)某一部分拓?fù)涓淖儠r，它還可以重新發(fā)現(xiàn)新路由以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的移動性，它在移動性較小的小型網(wǎng)絡(luò)上的執(zhí)行效果較好。 使用普通的QoS測量方法實(shí)現(xiàn)移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的QoS路由這種方法考慮到無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的帶寬受限及時變特性，將兩個移動主機(jī)之間的端對端通信抽象為一個復(fù)雜的信道。由于節(jié)點(diǎn)的移動性和無線鏈路惡化，網(wǎng)絡(luò)中用戶間的會話可能會被重新路由。這一時變和依靠位置的信道需要對路由的變化、服務(wù)質(zhì)量的降低和連通性的間斷有一個快速的響應(yīng)。因此，為了對移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時服務(wù)提供具備適應(yīng)性的服務(wù)質(zhì)量支持，提出了在移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中支持實(shí)時業(yè)務(wù)傳輸?shù)臒o線流量管理的觀點(diǎn)。系統(tǒng)使用一個開銷較小且可以對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化作出快速響應(yīng)元素INSIGNIA進(jìn)行無線流量管理，此管理是基于INSIGNIA對移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的測量的。1：無線流量管理無線流量管理的目標(biāo)是支持時變環(huán)境下的移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的適應(yīng)性實(shí)時業(yè)務(wù)、允許音頻、視頻等應(yīng)用獲得它們要求的最大最小帶寬。INSIGNIA在源到目的的資源分配上起核心作用。實(shí)現(xiàn)移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的無線流量管理有許多技術(shù)挑戰(zhàn)。首先，根據(jù)獲得的信號，應(yīng)該快速地建立路徑。第二，遇到路由改變或者路徑實(shí)效時，應(yīng)該保留并存儲活躍的流。無線流量管理應(yīng)該對拓?fù)涞淖兓鞒隹焖俚捻憫?yīng)，在最小的服務(wù)中斷下重建受到影響的流。第三，當(dāng)一個應(yīng)用會話中斷時，此會話建立時的流狀態(tài)信息自動清除。拓?fù)涓淖兒蟛辉谛侣窂缴系墓?jié)點(diǎn)的流狀態(tài)信息也要被自動清除。2：INSIGNIA以內(nèi)部帶寬方法為基礎(chǔ)，利用INSIGNIA存儲“流狀態(tài)”以響應(yīng)拓?fù)涞目焖僮兓NSIGNIA使用一個新的IP選項(xiàng)來建立、存儲、更新源與目的間的資源，這樣就建立了一個自適應(yīng)的實(shí)時流。當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)接收到有正確的IP選項(xiàng)的分組時，如有可用的帶寬，它們就會進(jìn)行預(yù)留并向前轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。1）INSIGNIA IP選項(xiàng)在IP頭中加入一個INSIGNIA IP選項(xiàng)，它支持流的預(yù)留、存儲及調(diào)整，支持盡力服務(wù)和適應(yīng)性實(shí)時業(yè)務(wù)，并以預(yù)留的方式指出應(yīng)用為何種業(yè)務(wù)。流有最小帶寬要求以獲取較好的服務(wù)質(zhì)量。INSIGNIA IP選項(xiàng)包括以下幾個方面：a）預(yù)留模式：用此選項(xiàng)來標(biāo)記中間節(jié)點(diǎn)是否對源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的建立流的請求的帶寬，如果不能滿足其要求就將其請求將為Best Effort（BE）類型。b）服務(wù)類型：指出要求的服務(wù)類型是實(shí)時（RT）還是BE，這與上述的預(yù)留模式相關(guān)。c）帶寬需求：源節(jié)點(diǎn)用此選項(xiàng)來指出適應(yīng)性實(shí)時業(yè)務(wù)的最大最小帶寬要求。d）有效載荷指針：指出所傳分組的類型。INSIGNIA支持兩種類型的有效載荷，即基礎(chǔ)層和增強(qiáng)層。適應(yīng)性實(shí)時服務(wù)與有效載荷類型和可用資源相關(guān)。如果可用帶寬僅僅能滿足基礎(chǔ)層的最小帶寬需求，在這種情況下，增強(qiáng)層在瓶頸節(jié)點(diǎn)處被從實(shí)時（RT）類型降低為BE類型的業(yè)務(wù)。e）帶寬指針：帶寬指針在流建立和調(diào)整過程中起重要的作用。在流建立階段，它指出源和目的的中間節(jié)點(diǎn)的可用帶寬。將帶寬指針設(shè)為MAX的連接建立請求分組的接收表明路由中的所有節(jié)點(diǎn)都有足夠的資源達(dá)到最大帶寬要求。將帶寬指針設(shè)為MIN意味著對移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可以支持最小帶寬需求。2）執(zhí)行過程INSIGNIA IP選項(xiàng)及其操作支持移動主機(jī)間的適應(yīng)性實(shí)時業(yè)務(wù)的傳輸。其過程如下：a）為了建立適應(yīng)性實(shí)時流，源節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送資源預(yù)留請求，資源預(yù)留分組中的預(yù)留模式設(shè)為REQ，業(yè)務(wù)類型設(shè)為RT（實(shí)時）業(yè)務(wù)，此外還包括了有效載荷及MAX/MIN帶寬要求。如下圖所示：REQ/RT/MAXQoS報(bào)告QoS報(bào)告QoS報(bào)告QoS報(bào)告REQ/RT/MAXREQ/RT/MAXREQ/RT/MAXN5N4N3N2N1N0 流建立及QoS報(bào)告的圖示 b）當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)接受資源預(yù)留要求時，INSIGNIA檢查流建立狀態(tài)。流建立狀態(tài)通過檢查預(yù)留請求分組中的IP選項(xiàng)來判決。如果帶寬指針設(shè)為MAX，所有中間節(jié)點(diǎn)都成功地為此流預(yù)留了要求的資源。如果帶寬指針設(shè)為MIN，那么意味著這只能滿足基礎(chǔ)層的最小帶寬需求，在這種情況下，瓶頸節(jié)點(diǎn)處的預(yù)留分組將把服務(wù)等級由RT變?yōu)锽E。 目的節(jié)點(diǎn)通過檢查服務(wù)類型和當(dāng)前的服務(wù)級別來決定資源分配狀態(tài)，并通過QoS報(bào)告機(jī)制將此狀態(tài)告知源節(jié)點(diǎn)。QoS報(bào)告以BE方式轉(zhuǎn)發(fā)，它不必沿著通向源的反向路徑傳輸，而是通過Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中另一條可選的路徑傳輸?shù)摹? c）源節(jié)點(diǎn)接收到QoS報(bào)告后，它就會將預(yù)留模式由REQ變?yōu)镽ES。如果系統(tǒng)只能支持最小帶寬要求，還要將增強(qiáng)層的所有數(shù)據(jù)丟棄。這樣，源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了。 d）由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時，需要用軟狀態(tài)來進(jìn)行狀態(tài)管理。移動軟狀態(tài)是依靠源節(jié)點(diǎn)沿著已有的路徑發(fā)送數(shù)據(jù)信息這一事實(shí)進(jìn)行工作的。當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)接收到已經(jīng)做了資源預(yù)留的數(shù)據(jù)分組時，它就重新確認(rèn)一下下一個間隔的資源預(yù)留情況。因此，資源預(yù)留的有效時間是基于軟狀態(tài)定時器間隔時間而不是基于會話的保持時間的。如果在軟狀態(tài)定時器間隔時間內(nèi)沒有接到新的分組，那就將資源釋放并將流狀態(tài)清除。因此，當(dāng)路徑改變時，移動軟狀態(tài)將流建立時分配的資源自動清除。例如，下圖中： 重新路由與修復(fù)的圖示 圖中N2的移動引起流被路由到N1→N5，由于缺少來自源節(jié)點(diǎn)的預(yù)留數(shù)據(jù)分組，N2自動釋放給此流分配的資源。e）由于節(jié)點(diǎn)在會話的生存期內(nèi)的移動，經(jīng)常會造成流的重新路由。流修復(fù)的目標(biāo)就是盡量快速有效地重建預(yù)留。重新路由包括新路徑的節(jié)點(diǎn)的新的接入控制和資源分配。修復(fù)過程也需要原有路徑中節(jié)點(diǎn)的流狀態(tài)的清除。理想情況下，期望流的修復(fù)能在幾個連續(xù)的分組持續(xù)時間內(nèi)完成。 如上圖所示，網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化可能會觸發(fā)重新路由和服務(wù)降級。此例中，N2移出了無線通信范圍、失去了連通性。N1在新路徑上傳輸此后的分組，N5的INSIGNIA系統(tǒng)接收到分組，檢查它的流狀態(tài)表。如果不存在對此流的預(yù)留，INSIGNIA模式就利用接入控制設(shè)法為此流分配資源。當(dāng)重新路由的包到達(dá)N3時，INSIGNIA的分組前傳模型檢測到預(yù)留仍然存在，它就把這個分組視為正常的預(yù)留分組。換句話說，預(yù)留分組被路由到已有的路徑上，在這種情況下，服務(wù)所受到的中斷最小。 在流的修復(fù)期間，如果新路徑的節(jié)點(diǎn)不能支持最小帶寬要求，預(yù)留流的增強(qiáng)層將會降級成盡力服務(wù)。如果降級的分組持續(xù)到達(dá)，就會造成服務(wù)中斷，觸發(fā)目的節(jié)點(diǎn)應(yīng)用調(diào)整過程迫使源節(jié)點(diǎn)丟棄分組而不是傳輸新近到達(dá)的分組。在目的節(jié)點(diǎn)激發(fā)的調(diào)整機(jī)制能通過丟棄或升級對網(wǎng)絡(luò)中可用資源的變化作出響應(yīng)。f）INSIGNIA主動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)動態(tài)，根據(jù)觀察到的用戶調(diào)整策略的變化來對流進(jìn)行調(diào)整，所采取的調(diào)整行動以目的節(jié)點(diǎn)的調(diào)整策略為條件。當(dāng)實(shí)時業(yè)務(wù)路徑上出現(xiàn)瓶頸節(jié)點(diǎn)時，此節(jié)點(diǎn)將帶寬指針設(shè)為MIN。當(dāng)瓶頸節(jié)點(diǎn)處又有了足以提供給增強(qiáng)層的可用資源后瓶頸節(jié)點(diǎn)將更新帶寬指針。如果路徑中的所有節(jié)點(diǎn)都有支持流的增強(qiáng)層帶寬要求的資源，那么目的節(jié)點(diǎn)的帶寬指示變?yōu)镸AX，然后，調(diào)整程序向源發(fā)送升級命令以為增強(qiáng)層預(yù)約資源，源與目的之間 交互操作都是由周期性的QoS報(bào)告支持的。 整個過程可概括為：流建立、QoS報(bào)告、軟狀態(tài)管理、流存儲和調(diào)整。一旦源和目的之間建立了一個流，它就利用QoS報(bào)告來通知信源信宿處的傳輸質(zhì)量情況。節(jié)點(diǎn)的移動可以觸發(fā)路由協(xié)議提供通向目的地的另一條可選路徑，然后在新路徑的中間節(jié)點(diǎn)為此流預(yù)留可用帶寬。如果沒有足夠的帶寬可以利用，那么就觸發(fā)調(diào)整，將流的帶寬調(diào)整到新路徑上的可用帶寬。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化時通過軟狀態(tài)管理進(jìn)行網(wǎng)