淺談無線移動自組織網絡QoS路由協議

◆王偉亮 黃嘉庚 劉瑰瑰 藍 波 張志海 李富華

淺談無線移動自組織網絡QoS路由協議

◆王偉亮1黃嘉庚1劉瑰瑰1藍 波1張志海2李富華1

（1.廣西電網有限責任公司柳州供電局 廣西 545000；2.廣西電網電力調度控制中心 廣西 530023）

隨著電子設備發展，無線通信需求增多，為滿足用戶需求，無線基礎設施數量不斷增多，移動自組織網絡成為現實，成為移動通信技術研究和實踐的主流方向，QoS問題因此受到廣泛關注，成為該領域研究熱點。因此，本文將針對無線移動自組織網絡QOS路由協議常見類型、基本要求展開探討和分析，望促進無線移動自組織網絡研究的進一步發展。

無線網絡；QoS；路由協議；自組織網絡

無線移動自組織網絡是多跳臨時性網絡，動態組網，由網絡節點以自發方式形成，各節點均可靈活移動，沒有固定基站設施和中央控制設備，通過分布式協議組成，網絡節點通過QoS路由協議實現通信各項基本功能，可在一定程度上彌補傳統蜂窩網絡通信存在的問題，并降低組網成本。由于無線移動自組織網對QoS路由協議有一定依賴性，QoS路由協議不僅影響通信速度，路由穩定性、兼容性，更關系到網絡功能與業務的實現。因此，研究QoS路由協議，對于尋求適合的QoS約束條件和算法具有重要意義。

1 自組織網絡特征

從網絡發展研究趨勢來看，自組網是主流研究方面，自組織網絡是一種由移動節點組成的多跳臨時性的組織系統，具有臨時性、多跳性、靈活性特點，網絡信息采用分組交換機制，任何終端都可成為主機或路由器，發揮中繼和分組轉發功能，可接收和發送信息，且終端可在網內隨意移動，網絡結構靈活[1]。從網絡拓撲結構來看，具有動態性、自愈性，網絡中的節點可終端都可變，拓撲變化快，無中心網絡，任意節點的加入或離開，不會對整個網絡造成影響，單一節點故障不影響網絡狀態，無須人工干預。但由于采用分布式控制和無線傳輸技術使得網絡安全性相對較差，易造成網絡攻擊，且帶寬有限，易出現信號衰減、網絡延時現象。另外，移動終端電能有限，所以應用存在一定局限性。

2 QoS的系統模型

通過前文對自組織網絡的了解可知道，自組網沒有中心網絡，無須基礎設施，也能大部分降低組網成本。但存在信號衰減、網絡延時、阻塞等技術問題。而QoS就是解決這些問題的關鍵技術，是無線移動自組織網絡通信提供服務能力的基礎，非常值得研究。

（1）QoS概念

QoS是服務質量的簡稱，是一種網絡安全機制，用來解決網絡延遲和阻塞等問題的一種技術，為業務流提供服務，實現快速尋址，其功能如圖1。對于網絡服務而言，服務質量涉及：帶寬、時延、丟包率。當網絡發生阻塞時，易出現數據流丟失問題，一旦出現數據包丟失問題，則代表數據發送失敗，接收端應用就需要重新請求發送，就會造成傳輸延遲問題，甚至是數據抱錯誤，發生跑錯路徑，毀壞、丟失的情況。為解決時延、丟包問題，QoS應運而生，通過判斷網絡負載狀態，基于QoS能根據網絡需求分配和調度資源，提高通信傳輸質量，通過優先級轉發策略來解決阻塞，分配帶寬，提升網絡利用率，確保數據流送達目的端，解決網絡容量有限問題，避免通信錯誤，是實現自組網的關鍵技術。

圖1 QoS功能示意圖

（2）QoS系統模型

從QoS系統模型來看，主要模型類型分為：動態QoS模型、區分服務QoS模型、集成服務型QoS模型等。不同系統模型有著不同應用范圍，集成服務型QOS模型較為常用，其結構見圖2。這種結構為解決阻塞問題，采用路徑預定策略，基于流向資源預留協議，為后通信提前做準備，預留網絡資源，網絡數據路徑確認后，按QoS要求提供轉發數據流服務，數據流便通過預留路徑進行數據傳輸。這種QoS模型適用于通信量相對較小的應用環境，一旦數據流過大，無法滿足QoS需求預訂，便會造成時延問題，應用存在局限性。

圖2 QoS系統模型

區分服務QoS模型應用較為廣泛，大數據流的自組織網絡通常會采用該模型。該模型為解決時延、丟包問題，對數據流進行區分處理，對服務代碼進行優先級標識，優先滿足高級別數據流的通信需求，由中間節點負責QoS信息的傳送，利用DS字段轉換QoS信息為PHB，由源端對報文做提前分類，并將分類結構發送到計量器，由標識器負責分配DSCP值，由DSCP區分值數據流優先通過預留網絡資源完成通信。

3 無線移動自組織網絡QoS路由協議

通過前文探討可知，無線移動自組織網絡的實現離不開QoS，基于QoS才能實現更加流暢、穩定的數據傳輸，解決時延、丟包等問題。因此，下面本文通過幾點來探討無線移動自組織網絡QoS路由協議。

（1）QoS路由協議的本質

通過對自組網絡的了解可知道，自組網具有多跳性，能有效降低組網成本。但要想實現自組網就要解決網絡資源動態配置問，實現多組轉發。自組網絡具有一定不確定性，任何網絡節點隨時都可能加入或離開，網絡拓撲結構處于動態，數據流也會隨就節點變化產生一定的變化，要想快速確定網絡資源負載狀態，選擇適當的路徑，就需要QoS支持。QoS路由協議的本質就是監控網絡拓撲結構變化、選擇和產生路由、交換路由信息，并根據選擇的路由轉發數據，提供預留網絡資源，確保網絡連通性，實現路由選擇功能的算法過程。

（2）QOS路由協議的要求

QoS路由協議要滿足正確性、穩定性、自適應性、計算簡單等要求。由于數據傳輸的正確性影響時延和丟包率，為保障服務質量，QoS就要滿足正確性要求，確保數據流能根據預留路徑，準確達到目標節點，不出現錯發、轉發問題。自適應性則是指，根據QoS自組織網絡要適應網絡節點變化。自組網絡具有動態性，由于網絡結構和網絡負載都會發生變化，就要根據QoS要求自適應改變路由，準確判斷可用路徑。從穩定性來講，協議計算出的路由應能保障通信穩定性，滿足數據流傳輸需求。從計算簡單方面來講，QoS就是為了解決時延，提升網絡利用率，所以路由協議要盡量少占用運行資源，減少鏈路使用。

（3）QoS路由協議的類型

目前比較常用的QoS路由協議有：QRUA、MALS、MRQW、MQRA、MAODV等等。現如今隨著無線網絡的發展，網絡速度越來越快，多媒體業務越來越多，數據形式呈現多元化。因此，為滿足用戶需要，MAODV的應用越來越廣泛，基于MAODV的多約束QoS多播路由，在鏈路和路徑選擇方面，采用寬帶估算計算多播目標解節點集，分析多播樹分數關系，獲取路徑可用帶寬，網絡利用效率更高。具體通信過程中，可用節點則計入節點集，節點不可用則自動刪除節點集中鏈路信息，刪除標識，具有非常強的自適應性和穩定性。

4 結束語

現如今移動通信需求越來越大，傳統移動通信模式逐漸難以滿足通信需求，移動自主網絡成為主流研究方向。而移動無線自組網絡需要解決時延、丟包，就需求QoS路由協議的支持，基于QoS選擇正確協議算法，選擇正確通信路徑，從而確保數據的傳輸。

[1]王小惠.自組網基于拓撲無關的時分多址接入協議設計及仿真實現[J].科技風，2019（21）：78.

[2]劉堃. 基于鏈路穩定性的移動自組網QoS路由協議的研究與仿真[J].黑龍江科學，2019（14）：142-143.

[3]曹慧玲.移動自組網中基于網格的分段式QoS路由協議研究[J].集成電路應用，2019（08）：75-76.