Ad Hoc网络性能测试关键技术研究

* 路由发现时间(也称为路由重建时间)：直接说明了路由算法的效率，即从无法根据路由表得到路由到得到可用路由的时间。需要注意的是，这个测试参数适用于需求驱动路由算法(反应式)[1][5]和具有事件触发更新功能的路由表驱动型路由算法(先应式)[1][6]。

* 路由表收敛时间：对于路由表驱动型路由算法而言，路由协议在运行期间，路由表从初始状态到路由表稳定状态通常会有一个自动更新的过程，这个时间通常称为路由表收敛时间。

* 路由协议的效率：任何路由协议在运行过程中，都要有一定的路由协议开销，用于在结点之间维护网络的拓扑信息。对于无线网络而言，网络带宽非常有限，协议开销直接影响网络带宽的利用率，进而影响网络的扩展性。所以路由协议的效率也是我们重点考虑的测试参数之一。

性能测试的基本方法

AdHoc网络的性能测试的主要内容已经在第二节中进行了阐述，由于物理层的测试内容只涉及到点对点之间的通信。而且，无线终端设备厂商一般会事先提供相应的物理层参数，所以下面讨论的性能测试方法只与网络接入层和路由协议有关。

1. 接入层协议性能测试方法

(a) 接入时延测试

12 ALT=表1：给网络不同的性能测试内容赋予不同的加权值可以更加客观地反映网络的性能。>

结点对所有到达发送缓冲区的数据包用时间戳进行标记，在该数据可以发送后，即满足下列条件，收到CTS数据帧并且是缓冲区最先要发送的报文，再记录下数据可以成功发送的时间。这个时间与时间戳记录的时间相减即接入时延，在系统测试时，通常计算结点所有数据包的平均时延。接入时延测试如图1所示：

(b) 优先级测试

网络中的优先级可以分为结点优先级和报文优先级。在统计意义下，优先级的测试要依赖于平均接入时延的计算。如果是对网络结点按照优先级进行区分，性能测试就计算不同结点的平均接入时延。如果网络只支持报文优先级，就要对不同类型的报文进行区分，分别计算平均接入时延。对于同时支持结点优先级和报文优先级的网络，测试要更加复杂。

(c) 公平性测试

公平性测试的依据主要是平均网络接入时延，优先级高的结点比优先级低的结点具有更小的平均接入时延。同时，不同优先级结点之间的时延差距要相对明显。例如，最高优先级结点与最低优先级结点之间的时延差距不到5%，就说明MAC层的网络优先级机制是失败的。

2. 路由协议性能测试方法

路由协议所有的性能测试参数都需要在多跳网络中实际测量得到，要根据AdHoc网络的特点合理运用路由协议的性能测试方法。需要特别指出的是，网络的覆盖范围，网络结点的移动性等对网络路由协议的参数会产生较为明显的影响 [4]，上述问题将在第4节进行讨论。AdHoc网络的路由协议主要有如下几方面的特征[8]：

*分布式特征：该特征是Ad Hoc网络最突出的特征。

*无环路：路由协议的重要约束条件之一，可以简单地采用TTL(生存时间)来对“兜圈子”的报文进行控制，但是考虑协议的效率通常采用更好的办法。

*需求驱动(反应式)：路由协议并不主动维护路由表，当发现无法得到目的结点路由后，需求驱动路由协议发送路由请求信息。

*路由表驱动(先应式)：路由协议主动维护网络中的拓扑，定时更新路由表，有的协议还有更新触发功能，可以更快地发现新的可用路由。

*安全问题：安全性是Ad hoc网络面临的另一个大难题。Ad hoc网络使用无线通信技术，容易被监听和干扰。加上Ad hoc网络一般被使用在特殊场合(军事、救灾等)，安全问题更加突出。在无线链路安全性非常脆弱的情况下，路由协议的安全性对于网络尤为重要。

*休眠期：电源能量对于基于移动网络的终端非常重要，路由协议需要支持设备的休眠功能，不要在休眠期仍然进行路由信息的交互。

*非对称链路支持：无线网络的非对称性必然会导致非对称性路由，路由协议必须能够在源结点和目的结点之间建立非对称路由，这样就增加了协议的复杂性。

根据路由协议的特点，提出路由协议性能测试方法。

(a) 路由协议端到端时延

测量主机之间时钟同步是端到端测量重要的技术基础。利用GPS、PSTN、CDMA等网络的外部时钟源来实现测量主机间同步。虽然精度高，但费用昂贵且在测量主机数量很大时难于实现。一般端到端时延测量可以通过RTT(Round Trip Time)获得，但是由于无线链路广泛存在着链路非对称的情况，所以需要测量端到端的单向时延。[10][11][12]对单向时延的测量提出了基于某种最优化目标来确定测量参数的方法。根据不同的要求，提出相应的优化目标，利用线性规划模型进行求解，最终到达提高单向时延参数精度的目的。

(b) 路由发现时间

12 ALT=图3：“直线型”结点分布。>

当路由协议发现当前维护的路由条目失效或无法为目的结点提供可用路由时，会主动发出路由请求，网络中的邻居结点会根据路由请求的内容或者转发路由请求，或者向源结点报告可用路由，或者什么都不做[1][7]。从发送路由请求到得到可用路由的时间就是路由重建时间，如图2所示。

(c) 路由协议的效率

网络中路由信息占信息传输总量的百分比。对于路由协议的效率参数，可以利用外部测量的方法，即在网络中加入监听结点并分析数据内容的方法来计算路由协议效率。但是这种方法的开销较大，如果对协议本身进行修改，本地计算可以大大减少网络开销。在路由协议中，在路由维护信息送到发送缓冲区之前进行修改：

#IFDEF CACULATE_EFFECIECY

int num_of_routing_message++

#ENDIF

这样利用下面的公式：