浅谈无线移动自组织网络QoS路由协议

2019-12-07王伟亮黄嘉庚刘瑰瑰张志海李富华

网络安全技术与应用 2019年12期

◆王伟亮黄嘉庚刘瑰瑰蓝波张志海李富华

浅谈无线移动自组织网络QoS路由协议

◆王伟亮1黄嘉庚1刘瑰瑰1蓝波1张志海2李富华1

（1.广西电网有限责任公司柳州供电局广西 545000；2.广西电网电力调度控制中心广西 530023）

随着电子设备发展，无线通信需求增多，为满足用户需求，无线基础设施数量不断增多，移动自组织网络成为现实，成为移动通信技术研究和实践的主流方向，QoS问题因此受到广泛关注，成为该领域研究热点。因此，本文将针对无线移动自组织网络QOS路由协议常见类型、基本要求展开探讨和分析，望促进无线移动自组织网络研究的进一步发展。

无线网络；QoS；路由协议；自组织网络

无线移动自组织网络是多跳临时性网络，动态组网，由网络节点以自发方式形成，各节点均可灵活移动，没有固定基站设施和中央控制设备，通过分布式协议组成，网络节点通过QoS路由协议实现通信各项基本功能，可在一定程度上弥补传统蜂窝网络通信存在的问题，并降低组网成本。由于无线移动自组织网对QoS路由协议有一定依赖性，QoS路由协议不仅影响通信速度，路由稳定性、兼容性，更关系到网络功能与业务的实现。因此，研究QoS路由协议，对于寻求适合的QoS约束条件和算法具有重要意义。

1 自组织网络特征

从网络发展研究趋势来看，自组网是主流研究方面，自组织网络是一种由移动节点组成的多跳临时性的组织系统，具有临时性、多跳性、灵活性特点，网络信息采用分组交换机制，任何终端都可成为主机或路由器，发挥中继和分组转发功能，可接收和发送信息，且终端可在网内随意移动，网络结构灵活[1]。从网络拓扑结构来看，具有动态性、自愈性，网络中的节点可终端都可变，拓扑变化快，无中心网络，任意节点的加入或离开，不会对整个网络造成影响，单一节点故障不影响网络状态，无须人工干预。但由于采用分布式控制和无线传输技术使得网络安全性相对较差，易造成网络攻击，且带宽有限，易出现信号衰减、网络延时现象。另外，移动终端电能有限，所以应用存在一定局限性。

2 QoS的系统模型

通过前文对自组织网络的了解可知道，自组网没有中心网络，无须基础设施，也能大部分降低组网成本。但存在信号衰减、网络延时、阻塞等技术问题。而QoS就是解决这些问题的关键技术，是无线移动自组织网络通信提供服务能力的基础，非常值得研究。

（1）QoS概念

QoS是服务质量的简称，是一种网络安全机制，用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术，为业务流提供服务，实现快速寻址，其功能如图1。对于网络服务而言，服务质量涉及：带宽、时延、丢包率。当网络发生阻塞时，易出现数据流丢失问题，一旦出现数据包丢失问题，则代表数据发送失败，接收端应用就需要重新请求发送，就会造成传输延迟问题，甚至是数据抱错误，发生跑错路径，毁坏、丢失的情况。为解决时延、丢包问题，QoS应运而生，通过判断网络负载状态，基于QoS能根据网络需求分配和调度资源，提高通信传输质量，通过优先级转发策略来解决阻塞，分配带宽，提升网络利用率，确保数据流送达目的端，解决网络容量有限问题，避免通信错误，是实现自组网的关键技术。

图1 QoS功能示意图

（2）QoS系统模型

从QoS系统模型来看，主要模型类型分为：动态QoS模型、区分服务QoS模型、集成服务型QoS模型等。不同系统模型有着不同应用范围，集成服务型QOS模型较为常用，其结构见图2。这种结构为解决阻塞问题，采用路径预定策略，基于流向资源预留协议，为后通信提前做准备，预留网络资源，网络数据路径确认后，按QoS要求提供转发数据流服务，数据流便通过预留路径进行数据传输。这种QoS模型适用于通信量相对较小的应用环境，一旦数据流过大，无法满足QoS需求预订，便会造成时延问题，应用存在局限性。

图2 QoS系统模型

区分服务QoS模型应用较为广泛，大数据流的自组织网络通常会采用该模型。该模型为解决时延、丢包问题，对数据流进行区分处理，对服务代码进行优先级标识，优先满足高级别数据流的通信需求，由中间节点负责QoS信息的传送，利用DS字段转换QoS信息为PHB，由源端对报文做提前分类，并将分类结构发送到计量器，由标识器负责分配DSCP值，由DSCP区分值数据流优先通过预留网络资源完成通信。

3 无线移动自组织网络QoS路由协议

通过前文探讨可知，无线移动自组织网络的实现离不开QoS，基于QoS才能实现更加流畅、稳定的数据传输，解决时延、丢包等问题。因此，下面本文通过几点来探讨无线移动自组织网络QoS路由协议。

（1）QoS路由协议的本质

通过对自组网络的了解可知道，自组网具有多跳性，能有效降低组网成本。但要想实现自组网就要解决网络资源动态配置问，实现多组转发。自组网络具有一定不确定性，任何网络节点随时都可能加入或离开，网络拓扑结构处于动态，数据流也会随就节点变化产生一定的变化，要想快速确定网络资源负载状态，选择适当的路径，就需要QoS支持。QoS路由协议的本质就是监控网络拓扑结构变化、选择和产生路由、交换路由信息，并根据选择的路由转发数据，提供预留网络资源，确保网络连通性，实现路由选择功能的算法过程。

（2）QOS路由协议的要求

QoS路由协议要满足正确性、稳定性、自适应性、计算简单等要求。由于数据传输的正确性影响时延和丢包率，为保障服务质量，QoS就要满足正确性要求，确保数据流能根据预留路径，准确达到目标节点，不出现错发、转发问题。自适应性则是指，根据QoS自组织网络要适应网络节点变化。自组网络具有动态性，由于网络结构和网络负载都会发生变化，就要根据QoS要求自适应改变路由，准确判断可用路径。从稳定性来讲，协议计算出的路由应能保障通信稳定性，满足数据流传输需求。从计算简单方面来讲，QoS就是为了解决时延，提升网络利用率，所以路由协议要尽量少占用运行资源，减少链路使用。

（3）QoS路由协议的类型

目前比较常用的QoS路由协议有：QRUA、MALS、MRQW、MQRA、MAODV等等。现如今随着无线网络的发展，网络速度越来越快，多媒体业务越来越多，数据形式呈现多元化。因此，为满足用户需要，MAODV的应用越来越广泛，基于MAODV的多约束QoS多播路由，在链路和路径选择方面，采用宽带估算计算多播目标解节点集，分析多播树分数关系，获取路径可用带宽，网络利用效率更高。具体通信过程中，可用节点则计入节点集，节点不可用则自动删除节点集中链路信息，删除标识，具有非常强的自适应性和稳定性。