专利名称：一种新型Ad hoc网络节点模型的建立方法
技术领域：
本发明属于网络计算、通信技术领域，具体地讲是在分析现有的Adhoc网络模型的基础上，而提出一种新型Ad hoc网络节点模型的建立方法。
背景技术：
Ad hoc网络(MANET)是一种动态多跳无线网络，由一组共享无线信道的移动节点组成。近年来，由于其快速方便的自组织特性和不需要预设网络基础设施等特点，无线Ad hoc网络已经得到了广泛关注，并正在得到越来越广泛的应用，已经成为移动通信技术向前发展的一个重要方向，并将在未来的通信技术中占据重要地位。在Ad hoc网络中，当两个移动主机在彼此的通信覆盖范围内时，它们可以直接通信。但是由于移动主机的通信覆盖范围有限，如果两个相距较远的主机要进行通信则需要通过它们之间的移动主机的转发才能实现。因此在Ad hoc网络中，每个主机同时还是路由器，担负着寻找路由和转发报文的工作。在Ad hoc网络中，每个主机的通信范围有限，因此路由一般都由多跳组成，数据包通过多个主机的转发才能到达目的地，故Ad hoc网络也被称为多跳无线网络。在数据包从发送节点到达目的节点的过程中，要经过许多中间节点的转发，而数据包到达每一个中间节点时，该节点都要先把它存放到节点的缓冲队列中，然后经过一段时间后，再把该数据包转发出去，直到目的节点。从数据包的转发过程可以看出，节点自身的特性如缓冲队列的大小对数据包的转发是有影响的，因此建立合适的Ad hoc网络节点模型，使该模型适应数据包的存储和转发，并能使节点的自身特性发挥到最佳程度是必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种在缓冲队列的长度为一固定值时，保证缓冲队列中的数据包既不丢失又使得缓冲队列得到充分利用的新型Adhoc网络节点模型的建立方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的方法是 第一步骤分析节点发送数据包和接收数据包的过程，指出节点发送数据包的发送速率和接收数据包的接收速率的大小对节点缓冲队列的影响，从而建立一种新型网络节点模型，在这种模型中，节点的利用效率较好； 第二步骤通过对节点发送和接收数据包过程的分析，把该模型等同于排队论论系统，根据排队论的有关性质，得出发送速率和接收速率服从指数分布，从而为建立模型提供理论基础； 第三步骤为得出最具一般性的结论，对该模型中的一些参数作合理的假定，认为网络中的每个节点的存储转发缓冲队列的长度相等，节点的发送速率U要小于固定值M0，接收速率V要小于个固定值M1以及其它的约束条件； 第四步骤由于节点的发送速率U要小于固定值M0，接收速率V要小于固定值M1，从而得到发送速率和接收速率所满足的范围，得出两者之间的第一个约束条件； 第五步骤根据指数分布以及排队论的性质，找出在节点缓冲队列利用效率P达到最佳时发送速率和接受速率的第二个约束条件； 第六步骤根据对T和T1所作的假设，当一个数据包在队列中的等待时间T超过一个固定值时，认为该数据包丢失，当T1超过某个固定值时，也认为该数据包丢失，从而得出发送速率和接受速率的第三个约束条件； 第七步骤根据以上发送速率和接收速率的三个约束条件得出这种情况下，节点的缓冲队列利用效率处于较好状态，从而确定一种新型网络节点模型，在该模型中，节点的缓冲队列的利用效率最佳，相应的全网的传输性能也达到较好的状态。
本发明在分析Ad hoc网络的特点的基础上，提出了一种适合数据包转发的节点模型，该模型考虑了节点自身缓冲队列的大小对节点接收数据包的速率，节点转发数据包的速率的影响，得出了在缓冲队列大小固定，发送速率和接收速率满足一定的限定条件的情况下，两种速率之间的关系。当发送速率和接收速率满足这种关系时，节点缓冲队列的利用效率达到最佳，转发数据包的能力也处于最佳状态。该模型对于研究节点的自身特性对处理数据包的影响具有重要价值，同时，也为提高Adhoc网络的传输性能提高了重要的参考依据。
图1为排队论模型图。
图2为本发明建立的节点模型图。
图3为本发明的流程图。
具体实施例方式 下面结合附图队本发明作进一步的详细描述 在Ad hoc网络中，数据包从网络层送到数据链路层时，被存放到节点的缓冲队列中，在缓冲队列中停留一段时间后，又从数据链路层被转发出去，当数据包从网络层送到数据链路层的速率很大来不及转发时，势必会造成数据包的丢失，而当数据包从数据链路层又被转发出去的速率很小时，节点的缓冲队列又处于空闲状态，不能得到充分的利用，因此通过某种方法，在缓冲队列的长度为一固定值时，保证缓冲队列中的数据包既不丢失又使得缓冲队列得到充分利用即效率最大，因此有必要确定这两种速率之间的关系，从而建立一种新的Ad hoc网络节点模型。
排队是人们在日常生活中经常遇到的现象，如顾客到商店买东西，病人到医院看病，人们上下汽车，故障机器停机待修等常常都要排队。排队的人或事物统称为顾客，为顾客服务的人或事物叫做服务机构(服务员或服务台等)。顾客排队要求服务的过程或现象称为排队系统或服务系统。由于顾客到来的时刻与进行服务的时间一般来说都是随机的，所以服务系统又称随机服务系统，概括的说，排队论就是通过对服务对象到来及服务时间的统计研究，得出这些数量指标(等待时间、排队长度、忙期长短等)的统计规律，然后根据这些规律来改进服务系统的结构或重新组织被服务对象，使得服务系统既能满足服务对象的需要，又能使机构的费用最经济或某些指标最优。排队论模型如图1所示。
排队系统的三个基本组成部分 (1)输入过程顾客按照按照某种数学统计分布的规律到达。
(2)排队规则顾客按照一定规则排队等待服务。
(3)服务机构包括处理服务机构的设置，服务台的数量，服务的方式，服务时间分布等。
在进一步描述前，首先对一些符号进行说明 系统状态S0即排队系统顾客的数量； N(t)在时间t排队系统中顾客的数量； 队列长度L等待服务的顾客的数量； Pn(t)在时间t，排队系统中恰好有n个顾客的概率； S服务台的数目； λn系统有n个顾客时的平均到达率(单位时间平均到达的顾客人数即是平均到达率)； μn系统有n个顾客时的平均到达率； λ对任何n都是常数的平均到达率； u对任何n都是常数的平均到达率； 1/λ期望到达间隔时间； 1/μ期望服务时间； ρ服务强度，或称使用因子。
下面是顾客的行为表和队列和服务机构的分类表 顾客的行为表表1 队列和服务机构的分类表表2 顾客的到达速率和离开速率服从指数分布，指数分布的概率为 p(T≤t)＝1-e-at…………………………………………………………………(1) 其中a为指数分布的参数，t为随机变量，p为当T≤t时随机变量的概率值。
fT(t)＝ae-at，当t≥0时…………………………………………(2) fT(t)＝0，当t≤0时…………………………………………(3) 期望值E为 排队论中队列的分类 (1)M/M/1模型一个服务台，到达率λ和服务率μ都服从指数分布。
(2)M/M/1/N/∞模型单一服务台，固定长度，到达率λ和服务率μ都服从指数分布。
(3)M/M/c模型多个服务台，到达率λ和服务率μ都服从指数分布。
在具体说明模型的建立方法时，首先对一些符号进行定义 (1)u节点发送数据包的速率。v节点接收数据包的速率； (2)Lq缓冲队列的总长度； (3)L缓冲队列的平均对长； (4)L0发送过来的数据包在进入缓冲队列之前形成的队列的平均长度； (5)L1缓冲队列的利用效率达到最佳时，其中包含的数据包个数； (5)Pn(t)在时间t时刻，队列中恰好有n个数据包的概率； (6)ρ队列的繁忙度，为u和v的比值； (7)T每一个数据包在队列中的等待转发的时间； (8)T1数据包到达某一个节点后，进入缓冲队列之前的等待时间。
模型的建立前对模型的进行一些条件设定 (1)网络中的每个节点的存储转发缓冲队列的长度都相等； (2)每个节点本身的硬件结构和器件相同，从而认为每个节点的性能大致相同； (3)缓冲队列的总长度即为能容纳的最多的数据包个数，平均队长即为在一般情况下队列中的平均数据包个数； (4)每个节点的发送速率和接收速率受节点本身性能的影响，其值不能是任意的，假设节点的发送速率U要小于固定值M0，接收速率V要小于个固定值M1； (5)T和T1的值也不能是任意的，当一个数据包在队列中的等待时间T超过一个固定值，假设为T0时，则认为该数据包丢失，不再转发该数据包，同样，当T1超过某个固定值比如T2时，也认为该数据包丢失，需要重新传递该数据包。
(6)假设当缓冲队列中数据包的个数为它所能容纳的最多的数据包个数的百分之八十即L1＝0.8Lq时，缓冲队列的利用效率达到最佳。
模型的建立方法 由排队理论的有关知识可以知道，当一个节点在向另外一个节点发送数据包时和该节点从其它的节点接受数据包时，可以认为发送速率u和接收速率v近似的服从指数分布。其分布函数分别为 p(U≤u)＝1-e-at，………………………………………………………(5) p(V≤v)＝1-e-at…………………………………………………………(6) 其中a为指数分布的参数，t为一随机变量。
则有 L＝u×T……………………………………………………………………(7) L0＝u×T1…………………………………………………………………(8) 有排队理论和指数分布的性质可得 由式7和式10可得 同样道理，由式8和式11可得 由指数分布的概率性质可得 pn(t)＝(1-ρ)ρn……………………………………………(14) 根据设定，T要小于M0，T1要小于M1即 当n＝L1时，由式14可得 pn(t)＝(1-ρ)ρL1……………………………………………………(17) 根据ρ的定义 由式15和16以及式18可得 由T和T1所满足的约束条件可以得到u和v的取值应满足 对于式17，当然当队列的长度为L1的概率值越大越好。
综合以上分析，由式17，式21和式22以及u≤M0，v≤M1，可以得到满足这些限定条件下，发送速率u和接收速率v的比值关系，使得在这种情况下，节点的缓冲队列的利用效率Pn(t)处于最佳状态。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.一种新型Ad hoc网络节点模型的建立方法，所采用的方法是
第一步骤分析节点发送数据包和接收数据包的过程，指出节点发送数据包的发送速率和接收数据包的接收速率的大小对节点缓冲队列的影响，从而建立一种网络节点模型，在这种模型中，节点的利用效率较好；
第二步骤通过对节点发送和接收数据包过程的分析，把该模型等同于排队论论系统，根据排队论的有关性质，得出发送速率和接收速率服从指数分布，从而为建立模型提供理论基础；
第三步骤为得出最具一般性的结论，对该模型中的一些参数作合理的设定，认为网络中的每个节点的存储转发缓冲队列的长度相等，节点的发送速率U要小于固定值M0，接收速率V要小于个固定值M1以及其它的约束条件；
第四步骤由于节点的发送速率U要小于固定值M0，接收速率V要小于固定值M1，从而得到发送速率和接收速率所满足的范围，得出两者之间的第一个约束条件；
第五步骤根据指数分布以及排队论的性质，找出在节点缓冲队列利用效率P达到最佳时发送速率和接受速率的第二个约束条件；
第六步骤根据对T和T1所作的设定，当一个数据包在队列中的等待时间T超过一个固定值时，认为该数据包丢失，当T1超过某个固定值时，也认为该数据包丢失，从而得出发送速率和接受速率的第三个约束条件；
第七步骤根据以上发送速率和接收速率的三个约束条件得出这种情况下，节点的缓冲队列利用效率处于较好状态，从而确定网络节点模型，在该模型中，节点的缓冲队列的利用效率最佳，相应的全网的传输性能也达到较好的状态。
全文摘要
本发明涉及一种新型Ad hoc网络节点模型的建立方法，所采用的方法是建立一种节点的利用效率较好新型网络节点模型，把该模型根据排队论的有关性质，得出发送速率和接收速率服从指数分布，对该模型中的一些参数作合理的设定及约束条件，根据约束条件得出节点的缓冲队列利用效率处于较好状态，从而确定一种网络节点模型。本发明考虑了节点自身缓冲队列的大小对节点接收数据包的速率，节点转发数据包的速率的影响，当发送速率和接收速率满足一定的限定条件时，节点缓冲队列的利用效率达到最佳，转发数据包的能力也处于最佳状态。该模型对于研究节点的自身特性对处理数据包的影响具有重要价值。
文档编号H04L12/56GK101179497SQ20071016863
公开日2008年5月14日 申请日期2007年12月6日 优先权日2007年12月6日
发明者李腊元, 李春林, 赵新伟, 博 王, 冯美来, 许重球 申请人:武汉理工大学