PDF<我mg alt="" class="sc-EHOje jOLhQl sc-dREXXX cqhPZs" title="" role="presentation" src="data:image/svg+xml;base64,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" height="24">研究文章|开放获取
鲁本Martinez-Vidal Ramon马蒂,科马克•j . Sreenan琼博雷利, ”<年代pan class="adjust-article-svg-size">在航空测量QoS机会有限的网络体系结构使用卫星通讯回程”,移动信息系统, 卷。2016年, 文章的ID7601316, 12 页面, 2016年。 https://doi.org/10.1155/2016/7601316
在航空测量QoS机会有限的网络体系结构使用卫星通讯回程
鲁本Martinez-Vidal
,<年代up>1
雷蒙马蒂,<年代up>1
科马克•j . Sreenan,<年代up>2
和
琼博雷利1
1信息与通信工程系,大学巴塞罗那自治大学,08193年Bellaterra西班牙
2大学计算机科学系,软木,软木,爱尔兰
文摘
我们测量的服务质量(QoS)的无线网络架构越洋飞机。特色的网络计划分析是混合的概念延迟容忍网络(DTN)通过利用机会接触,一起直接卫星访问数量有限的节点。我们提供了一个图形sparsification技术推导一个网络模型,满足实际航空机会网络的关键属性而使可伸缩的模拟。这减少模型允许我们分析关于QoS的影响引入传出数据网络化的交通形式的乘客。促进dtn QoS通常是真的挑战由于他们长时间延误和稀缺的资源。卫星通信链路的可用性提供了一个机会,提供一个关于纯粹的投机取巧的方法改善程度的服务,因此它需要适当的测量和量化。我们的分析集中在几个QoS指标如交货期、交货率和带宽分配的公平性。结果显示所有度量指标显著改善关于QoS,通常不会实现dtn的领域。
1。介绍
在航空数据通信场景非常受限制。这些相互作用通常局限于周期性广播的空中交通管理相关信息(如识别和位置),或航空公司数据报告(每秒几十字节)。在乘客的情况下数据,最常见的方法是使用卫星链接通常是相当昂贵的。小说作为一种替代方法,研究论文在航空通信提出了使用无线通信系统的大范围(从300到600公里)来创建一个完全连接航空特设网络(AANET) [1- - - - - -3]。
在[4),我们建议创建临时断开连接移动网络使用短程无线电技术(50公里)和延迟容忍网络(DTN)标准5]。这个提议代表一种更廉价的替代方案比基于无线电联系高覆盖率或卫星连接。dtn挑战网络,通常移动数据使用转发多次反射范式。他们的主要特点是缺乏永久的端到端之间的连接节点,以及长延迟的幽灵和通常的中断。
之后,我们使用这个网络的可行性研究作为一个可靠的方式向地面站提供动态生成的数据(6),总是通过在网络的边缘节点。这项研究表明,断开连接的网络的性质只允许一小部分网络的节点(7%)执行高效的空地通信(关于交货时间)。最后,在[7我们解决了这个问题通过部署一个混合网络体系结构结合机会多次反射通信用于dtn的卫星连接的直接交付能力。我们获得了分层网络体系结构有两个不同的节点类型(那些没有卫星链路可用性)。
直接使用的架构在7)围绕应用程序不需要显式的反应,例如,如下:<年代pan class="list">(我)对乘客个人信息数据的。此类应用程序的示例包括邮件或twitter消息的交付(2)关于航空公司的数据。这样的应用程序的一个例子就是错误的组件的早期通知着陆之前为符合梅尔(最低设备清单)。这些列表是安全法规文件定义哪些项目需要(仪器、设备或系统)所以飞机可以被允许离开后一个中间停止。这些列表可以包括非关键部件,如客舱照明项目,和离职可能遭受延误由于所需的时间寻找一个备用和取代这样的元素。出于这个原因,提前通知的任何有缺陷的设备在飞机降落后可以允许更快的响应
本文的主要目的是评估架构提出了(7)行为非交互的网络化应用程序时交通部署到网络。我们提供几个QoS相关方面的措施如交货期、交货率和带宽分配的公平程度。后来,我们评估如果体系结构提供了相关改进对QoS。我们结束我们的工作清单可以提供的服务水平。下面列出了本文的贡献:<年代pan class="list">(我)我们提供一个模拟网络场景通过图sparsification技术,仿真时间效率和保留一个现实的越洋航空网络的关键属性。(2)我们提供了一个评估上述航空场景使用以下QoS指标:交货时间、交货率和带宽分配公平性指数。(3)我们表明,我们建议的网络体系结构7减少交货时间,交货率增加,并提高了带宽分配公平性相比,一个纯粹的投机取巧的网络体系结构。(iv)我们列出可以达到的服务水平。这个清单包括交货时间在常见的DTN场景通常是没有保证的。
剩下的纸是组织如下。部分2介绍了背景和以前的工作在dtn的QoS。节3我们描述我们的网络模型包括网络配置、交通模型、路由协议和部署场景。这部分还包括一个简短描述的场景中使用我们之前的文件4,6,7),作为一个用于本文的基础。节4我们提出几个QoS指标、试验方法和结果。节5我们讨论的影响结果QoS和提供一组服务的保障。最后,在节6我们论文的总体结论和未来的工作。
2。相关工作
服务质量(QoS)的主题dtn通常被认为是一个开放的问题。这种网络的不可预测性,其特点是长延迟,常见的干扰,和有限的资源,使得它非常具有挑战性的提供一定程度的任何服务。最常见的研究通常集中在提高路由协议(通常是通过有效的缓冲区管理政策)或定义交通优先类或实现拥塞控制机制。
在工作的第一线,我们可以找到(8),作者提供了一个比较审查现有的缓冲区管理政策在一些知名的路由协议。这种比较是使用交付执行概率和消息开销。最后,作者提出了一个最佳的缓冲区管理算法。
其他相关工作后可以找到这条线(9,10]。作者提出一个合理的资源管理模型作为一个方法来提高QoS。该模型的目的是作为一个路由协议的补充机制。它使用允许控制政策,接受或拒绝根据当前可用资源的交通需求。他们比较DTN的性能对他人缺乏使用他们的模型。交付概率和资源分配公平指数作为性能指标。结果显示交付性能显著改善了40%概率和公平指数高达30%。
DTN架构本身提供了一个示例的第二行工作的11]。具体来说,在包协议(12)我们能找到几个QoS管理工具:首先,数据包报头优先类有三个定义的优先级;其次,包交付选项:它们是一组信号指示可能帮助QoS管理相关流程的一些事件,如拥塞控制和路由。
在[13我们可以看到一个拥塞控制机制的例子。作者提出了一种基于规则的拥塞控制机制使用缓冲区空间管理的金融模式。这个模型的主要贡献是当地的机制,只有依靠本地信息自主做决定。因此,这个工具并不会增加通信开销并提供宽容失败由于连接丢失。
最后,工作,和几个以前的概念中可以看到[14,15]。作者提出一个动态系统,它使用自定义每个数据包的路由策略。这个系统有两个贡献:首先,交付概率估计的分析方法:这种方法依赖于参数的QoS需求包等节点的缓冲能力,及其移动模式;第二,一个定制的基于优先级的本地缓冲区管理策略。
与之前的作品相比,本文的改进提供QoS提出的网络体系结构和增强不是由一组特定资源管理政策。然而,这些线的工作被认为是尽可能的改善我们的未来的工作。
3所示。网络模型
在本节中,我们回忆起一个现实的航空网络场景中给出(4,6]。后来,我们提供一个小场景的生成算法从之前的场景,同时保留其主要属性。我们还描述了网络配置、路由协议和交通模型用于我们的实验评价。
3.1。网络场景
这个场景代表了航空特设网络节点通信范围有限和依靠零星的接触以投机取巧的方式进行通信。部署的面积是北大西洋(海洋浓度最高的航班)。我们定义了一个地理上有界的海洋区域内的飞机断开连接(见图1),被称为<我>断开连接的区域。我们也指的是时间间隔,每架飞机仍然在这个飞机的断开连接的区域<我>断开连接的飞行时间。我们的研究着重于间隔当飞机操作断开连接的区域内;我们将这些节点<我>活动节点。否则,我们认为他们有能力交付数据使用现有的网络基础设施,因此他们的投机取巧的能力是不活跃的。
我们定义两个不同的网络模型:<年代pan class="list">(我)完整的模型:真实的描述几千个节点组成的网络。(2)减少模型:小规模的版本与等效结构网络属性。
完整的模型研究是不现实的应用程序生成一个高流量体积随着模拟时间呈指数级增长。统计等效(关于连接)减少模型提供了一个可在增加网络负载的情况下,允许适当的分析。这减少使用技术基于图模型是获得sparsification [16]。
3.1.1。完整的模型
我们回忆起我们的航空场景从我们之前的工作4,6]。这个场景是由2878个节点代表飞机高速移动和移动模式基于跨洋飞行轨迹。模型包括所有在同一具体始发的航班一天(周四,03/14/2013)为所有时区。起飞时间都转向UTC格式提供一个标准化的整个网络的时间。仿真起始时间与即时同步0:00,UTC区。
由此产生的网络连接并显示常用的稀疏特征在DTN场景(长端到端延迟和常见的中断)。在这个场景中,通讯以投机取巧的方式执行,依靠零星的节点之间的联系。使用这个网络的机会沟通模式研究[6]。获得的结果显示有限的关于交货时间和性能比率。因此,网络扩展到使用两个不同的节点类别层次架构(7]。在这个新方法,结合机会通信卫星的使用链接(先进的飞机空对地通信系统)。平衡的,具有成本效益的解决方案是实现最小化的要求昂贵的卫星连接使用几乎cost-negligible机会通信。在这个新的网络体系结构,我们发现两个不同的节点类型:<年代pan class="list">(我)基本的节点节点完全有能力使用短程无线电通信,因此,依靠机会接触他们的数据。(2)卫星转发器节点是节点,可以使用短程通信,但是他们也能够使用卫星通信提供任何输入数据到地面。
这个新型的节点的引入提供了另一种方式进行数据传递。数据现在可以交付期间的飞行时间,不一定在飞机着陆。这个额外的选项能显著降低通信延迟。
在[7我们提供了一个网络结构分析。本研究使用了一个图来表示节点之间的机会接触接触。几个节点中心指标被应用于图像获取详细的见解最相关节点的网络。卫星节点被部署根据这个标准来最大化网络性能。获得的结果表明,使用中间性中心作为部署度量,和装备卫星链接35%的最相关的节点,减少交货时间飞机平均飞行时间的三分之一。
这个交货时间减少保证消息在大约1.5到3小时前着陆的飞机。认为是梅尔应用程序这间隔足以确保机场快速响应的维护人员在着陆。乘客的情况下数据(邮件,twitter),任何交付着陆之前是可以接受的。早期交付保证回应他们最初的消息可以在着陆。
截至2015年11月,约9.2%至14.7%的美国通用航空飞机(17)已经安装了ads - b(自动相关监视广播)设备、位置跟踪系统基于卫星通信。观察到增加的趋势在卫星通信链接部署将保证我们的建议(35%)所需的连接水平在相对较短的时间跨度(几年)。
虽然这完整的场景是有用的拓扑结构和网络特性,它不是实际研究应用程序生成一个高交通量仿真时间呈指数级增长。因此在下一节中,我们提出一个方法的生成统计等效(关于连接)降低版本的场景更适合这类的研究。
3.1.2。减少模型
这个网络模型由一个较小的节点选择从整个组的选择,涵盖了完整的模型。我们定义一个选择算法,重点是提供网络维护相同的卫星连接和标准节点之间的比例。该算法将原始的节点集作为输入连同所需的新场景的大小。的输出是一个新的场景所请求的大小保持原始场景的关键属性。该算法是基于节点向外探索中央节点开始。它保留了卫星之间的比例和基本节点和维护关键特征,如接触和接触intercontact倍(≤5%的偏差对原件)。这些接触指标代表最相关的属性,定义机会网络场景的能力。这个算法如下:<年代pan class="list">(我)使用减少场景的大小(<年代vg height="6.1673pt" id="M1" style="vertical-align:-0.2063904pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -5.96091 6.6501 6.1673" width="6.6501pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
由此产生的场景是一个网络,从一组卫星节点和向外生长,包括邻近节点深度增加,直到达到指定的最大大小。我们减少我们的网络提供了一个更易于管理的模型<年代vg height="5.65839pt" id="M40" style="vertical-align:-0.04980993pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -5.60858 7.75925 5.65839" width="7.75925pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
3.2。网络配置
我们使用了ns-3模拟器(18)来表示网络的不同特点。飞机被表示为仿真节点,这些节点的数据链路层被设置为IEEE 802.11 b,和MAC子层设置为临时模式。无线广播范围是建模使用恒定的传播损耗模型依赖于发射机和接收机之间的距离。链接设置为1 Mbps带宽使用直接序列扩频(DSSS)调制。
3.3。交通模型
在这个模型中,常见的飞机配备交通发电机和也的数据转发能力。相反,我们假设卫星节点提供数据即时卫星通信的延迟相比可以忽略不计的DTN网络。因此,卫星节点配备数据接收,不生成数据作为我们的主要焦点是衡量QoS机会转发数据。每架飞机只应该生成流量在断开连接的飞行时间。外向交通代表所有用户和公司交通生成在飞机。代表这交通我们使用定义的标准IEEE 802.16交通模型(19]。
3.3.1。IEEE 802.16 - 4 ipp交通模型
我们使用流量发生器称为IEEE 802.16 - 4 ipp。这个模型生成网络流量模拟聚合HTTP / TCP和FTP流量通常在互联网上找到。具体地说,该模型描述了路由器之间的网络流量观测,用多台计算机局域网。考虑两种状态:在生成的交通状态的路由器,和关闭状态,生成交通的内部节点之间交换局域网。模拟交通方向;模拟输出和输入的交通模型的两个实例是必需的。在我们的例子中,我们仅分析外向交通感兴趣。因此,我们只有建立交通模型的一个实例。
这种交通模式构造叠加使用的四个打断了泊松过程(IPP)。IPP是一个过程,两种状态(开/关)。在国家期间,生成的数据包流以恒定比特率(CBR)。另外,在关闭状态,没有包的一代。这两个状态之间的转换发生的概率<年代vg height="8.55521pt" id="M43" style="vertical-align:-0.2063904pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.34882 11.6608 8.55521" width="11.6608pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 ipp交通模型的前提是类似发现在我们的场景中。我们假设每个飞机代表一个独立的局域网路由器出口点。乘客使用我们的应用程序的行为类似于那些常见的局域网网络。主要的区别在于,只有外向交通网络中遇到。因此,在我们的设置中,只有一个实例的4 ipp交通模型(而不是所需的两个模型双向通信)。
交通模型需要适当尺寸的提供数据速率拟合我们的航空场景。为了完成这个任务,我们需要评估我们的应用程序模型的消息大小和流量输出的每一个飞机。
估计的数据包大小我们使用Twitter的应用程序作为我们的参考(我们假设梅尔和纯文本邮件也有类似的尺寸要求)。对于这个尺寸估算,我们使用一个web浏览器执行交通测量发布状态更新(微博)通过web表单提供的Twitter桌面网站(版本的12月15日,2015)。表2显示了几个结果;我们执行状态更新与多个尺寸,从1到140个字符,使用简单的字符和字符需要多字节编码和最后tweet和地理位置。我们考虑HTTP POST请求头和内容包含twitter的数据长度。从这些观察中,我们假设一个最小tweet大小2020字节(1单个字符的tweet)和最多2895个字节(140个字符多字节编码+ 34个字节为地理位置)。为我们的交通模型结果,我们使用平均数据包大小为2458字节。
|
||||||||||||||||||||||||||||
如今,它是可行的假设大多数的飞机带宽使用的聚合交通乘客的移动设备。估计每个乘客所产生的流量,我们用每年的思科提供的统计数据集视觉网络(20.)包含在移动设备数据流量测量和预测。在表3(一),我们给每个设备的平均流量观察到在2014年和2019年的预测。在我们的模型中,我们考虑一个更高的界的估计12 GB /月,确切的设备类型由乘客不能完全已知的,但很明显,4 g设备的流量消费在未来将更具代表性。后来,我们专注于移动设备所产生的流量类型的应用程序。我们使用Ericson 2014移动提供的统计数据报告21]。在表3(b),我们给每个应用程序移动数据流量的分布类型。我们的Twitter应用程序将属于社交网络流量(15%),从大约三分之一将对应于Twitter(根据美国社交媒体统计(22])。在邮件应用程序的情况下,我们可以假定大多数用户使用HTTP客户端访问他们的电子邮件,这一行动将对应于浏览网页流量(5%)。因此,我们将考虑只有5% (600 MB /月)的交通生成的。
| (一)平均流量装置:2014 - 2019年全球移动数据流量预估更新(20.] | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
| (b)应用程序流量分类:爱立信移动报告201521] | ||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
另外,我们所有生成的流量不感兴趣,但只有在即将离任的流量。在这方面,我们使用的早期评估飞机通信所提供的网络服务的使用(23]。这项工作提供了数据流量使用情况统计的六个最北大西洋客运航班运营的飞机模型。我们使用的值对应于空客380飞机模型的乘客数量最高(550)。数据流量显示的航班是73 kbps的输入数据和8 kbps传出数据(大约9:1的比例)。这些数据率相当过时的对应于2004年,但外向和的传入流量的比例应该是相当类似的(有可能增加的流量)。因此,我们假设一个10:1比我们的交通模式。结果聚合的每个飞机变得外向交通101.852 kbps,我们规模外向4 ipp模型使用1.7265倍(101852 bps / 19664位(2458字节)= 5.1796包/秒,5.1796包/秒/ 3包/秒= 1.72653)如表所示4。
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.4。路由协议
这个网络稀疏,有少量的邂逅。我们的首要任务是利用每一个接触的机会。为了这个目的,我们使用一个基于洪水方案被称为<我>流行路由(24,25]。这种路由协议交货率最大化和最小化交货时间探索所有可能的路由路径。值得注意的是,有许多其他的路由协议的航空网络,但流行路由是足够的为我们的QoS分析。
在这种方案、节点维护一个固定长度的缓冲区存储数据包很长时间。周期性信标机是用于检测交流机会。在检测时,节点交换数据包存储在各自的总结缓冲区。后来,他们继续交换nonowned所有数据包的副本。不幸的是,流行协议无法控制数据转发并生成大量的网络流量,从而降低交货率由于网络拥塞。
路由协议的配置参数对网络性能有很大的影响。我们主要关心的是确保一个适当的交货率,因为这是一个关键指标,确保服务质量。四个主要参数影响的行为,这种类型的路由协议:<我>缓冲容量数据包存储,<我>过期时间条目的缓冲区,最大值<我>数量的啤酒花每个包的,<我>报警间隔。协议的性能最大化我们分配最优值根据场景特征观察在我们以前的工作。
的<我>灯塔间隔需要尽可能高,减少网络负载,但总是小于国际米兰任何接触时间(IACT)来防止邻居检测失败。之间的时间间隔是IACT遇到任何两个节点的场景。理想情况下,这个值必须IACT的一小部分。我们将它设置为400秒,相当于大约一半的最低观察IACT [7]。这个值可以确保没有接触的机会错过了,减少网络负载通过删除不必要的交通指引。
我们需要建立一个合适的包<我>过期时间保证数据包存储足够长的时间来有机会被交付。我们将其基础值设置为14400秒。这个值对应于所有节点的平均连接飞行时间的场景6]。在下一节中,我们分析这个参数在不同价值观的影响。以同样的方式,保证数据可以足够长的时间到达旅行目的地我们设置了最大<我>数量的啤酒花为40。这个值对应于最高的包复制值观察使用一个理想化的模型没有缓冲区的限制(6]。
最后,我们分配<我>缓冲容量。这个值取决于所使用的交通模型和网络负载。分配一个合适的值,我们需要考虑几个方面。主要,我们需要保证缓冲区可以保存的数据量由一个节点+遇到所产生的额外的数据节点。反过来,这些节点可能会持有来自他人的数据。
首先,我们考虑本地节点生成的数据。为此,我们需要评估数据生成率(<年代vg height="8.98583pt" id="M73" style="vertical-align:-0.2324905pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.75334 17.5328 8.98583" width="17.5328pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
最后,我们需要考虑飞机携带除自己以外的其他来源的数据。我们知道我们之前研究的一些事实6]。首先,大约平均节点度是一个单位。第二,包的值复制(见图2)表明,只有20%的样品复制的两倍多。我们包括这些信息到我们的计算通过定义数据包复制比例(<年代vg height="11.8161pt" id="M79" style="vertical-align:-3.291121pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.52498 19.8016 11.8161" width="19.8016pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
前面描述的参数,我们代表他们的平均值,在表之间的关系5。最后,我们与所有的参数和定义缓冲区大小的表达式:<年代pan class="equation_break" id="EEq1">
|
||||||||||||||||||||||||||||
表达式(1)评估三个复制(<年代vg height="8.55521pt" id="M88" style="vertical-align:-0.2063904pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.34882 27.8368 8.55521" width="27.8368pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
我们提供一个总结相关的配置参数通过一节定义在表以及它们的默认值6。
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
4所示。实验评价
在本节中,我们介绍了DTN的服务质量的概念,把它应用到我们的分层体系结构。我们描述了几个指标用来衡量QoS,随着实验进行的参数和特征,最后,我们总结获得的结果。
4.1。的服务质量
服务质量描述网络的整体状态被其用户。QoS测量通常基于链接的特点,如带宽、传输延迟、吞吐量。其他重要的方面是数据包的交货率和资源的公平分配。
dtn网络挑战提供延迟宽容和,因此,不能保证固定的交货时间。因此,端到端交付时间和吞吐量等因素不能被用作这种网络QoS的好措施。另一方面,这种类型的网络应该是健壮的和适当的交货率应该得到保证。其他常见网络等方面的资源的稀缺性。在这个场景中,关键资源的可用卫星链接和服务提供的有限的带宽。这个带宽的公平分配的几个基本节点网络应该保障。因此,我们评估QoS在我们的场景中使用以下指标:<年代pan class="list">(我)交货时间:这是定义为一个数据包所需的时间达到一个地面站(2)交货率:这是成功地交付数据包总数的比例产生的数据包在网络的仿真(3)公平带宽分配指数:我们使用Jain公平指数(26)给我们提供了一个公平的评估网络资源分配基于节点的吞吐量,或成功地消息传递的速度以kbps。
4.2。交货时间
在本节中,我们研究了交货时间。在延迟容忍网络,这个指标的特征是长和变量。因此,它通常是不可能提供一个保证交货时间和服务提供的最优方式。在我们的场景中,有两个因素使我们达成妥协,第一节点的可预测的接触模式和第二分布式卫星节点的可用性。在这个实验中,我们使用<我>减少模型配置了默认参数表6。我们比较分层体系结构对纯粹的投机取巧的方法使用相同的节点,但没有任何卫星链路可用。
在图3我们展示了CDF的交货时间。横坐标代表组件的时间。纵坐标代表的比例包交付一次小于或等于所示的横坐标。我们可以看到,机会网络样本显示长延迟样品几乎达到~ 90000秒的延迟。此外,样本的平均值是~ 42000秒。幸运的是,50%的样本小于~ 40000秒。另一方面,分层的体系结构显示了明显减少交货时间,以100%的样本被下面~ 70000秒和平均延迟~ 34000秒。这一事实清楚地表明,分布式卫星节点的存在有助于改善交货时间,并具体双打有关此度量的性能。
4.3。交货率
在本节中,我们研究交货率。交货率是一个重要的指标来推断网络的可靠性。几个参数影响这个指标,但适当的路由协议的配置是至关重要的。在接下来的实验中,我们评估新的分层架构提供了一个显著的改善交货率而纯粹的投机取巧的方法。
两个主要的路由参数影响交货率<我>过期时间和<我>缓冲容量。的<我>缓冲容量一直在大量理论分析结果表达式(1),它的价值已经调整交货率最大化。另一方面,在本节中,我们研究的影响<我>过期时间使用实证实验。
在图4我们显示的平均交货率(表达率在0和1之间)在不同到期时间。我们开始评估结果使用默认过期值(14500秒),逐步增加到20000秒。这个图显示两行;对应于一个层次体系结构,另一个纯粹的投机取巧的方法。我们可以看到,一个纯粹的投机取巧的方法显示相当低的交付率(低于0.5)对于过期值低于16000秒。另一方面,分层架构显示交付率接近0.7。投机取巧的方法需要一个过期时间18500秒的交货率超过0.7显示的过期时间14500秒的分层体系结构。
结果从图4表明,卫星节点的插入高对交货率的影响。原因是节点的数据的存在,同时减少了航班上需要保持长时间的数据缓冲区。因此,下降了过期的数据包数量减少。此外,该缓冲区不太拥挤的丢失的数据包数量也减少了由于缺乏空间。
随后,我们学习的时间间隔的卫星有更高的影响加速交付消息。在继续之前,我们回忆起一个特定场景特征观察到在我们的流动特性(见[4])。在这种情况下节点显示激活的两座山峰。这些山峰代表北大西洋航线的一般趋势:飞机开始飞西白天(从欧洲到美国)和东部(从美国到欧洲)在夜间。在图5,我们显示数据包交付的百分比(关于)在一个特定的时间。图分为三个区间,对应的两个峰值区间中值节点激活和飞机在两个方向收敛。
(a)的时间间隔对应于西行的航班
(b)之间的时间间隔对应口岸飞机旅行在相反的方向
(c)的时间间隔对应于往东的航班
在图5,我们可以欣赏层次架构总是显示交货率稍快的速度,主要是因为卫星连接的存在。这在数据可以很容易地赞赏5(一个)和5 (c)。相反,图5 (b)显示一个时间间隔,有许多接触节点之间相反的方向飞行。这一特点为快速交付以投机取巧的方式提供了机会。因此,这两种架构显示相对相似的结果。
在这两种情况下,完整的交付所有数据包只取得了~ 75000秒左右。这么晚交货是由数据包生成在整个飞行和接触卫星节点是有限的。因此,一些使用卫星链路数据包不能交付。因此,他们只交付使用机会通信,或在着陆的飞机。
4.4。公平带宽分配
在本节中,我们试图确定网络资源公平分布在不同的节点。每架飞机的主要关心的是最大化可用的带宽传输数据。在这种情况下,执行空对地的可用带宽通信主要取决于流动性因素,因素,如遇到的数量和速度数据能传播到地面。添加节点配备卫星通信提供了一种新的替代和显著增加可用带宽。因此,访问这些特定的节点成为一种宝贵的资源,需要相当分散,所有节点可能有一个平等的机会使用他们的转发能力。
评估资源的公平分配我们使用Jain公平指数(26)所描述的数学表达式(2)。这个指标利率的一组资源的公平<年代vg height="6.1673pt" id="M89" style="vertical-align:-0.2063904pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -5.96091 6.6501 6.1673" width="6.6501pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
在图6我们展示了CDF吞吐量显示的每架飞机的架构。这是明显的分层架构的样本显示更高的吞吐量比纯粹的投机取巧的方法。首先,~ 85%的机会集样本吞吐量低于1 kbps。反之,在分层架构的情况下,比例降低到80%左右。大部分剩余的样品达到3.5 kbps,和一小部分分层样品可以达到6 - 8 kbps。每种情况下是1.71 kbps的平均吞吐量(层次)和1.41 kbps(机会)。请注意,由于网络延迟很长时间的单位吞吐量是相当低的。这些值显示卫星节点的存在提高了吞吐量性能。这两种情况下,我们计算出公平指数对机会网络为0.3817和0.4196的分层体系结构。这个结果表明,卫星节点的加入可以改善网络的公平性。
我们现在研究的关系网络公平和卫星链路的节点分布。在这个实验中,我们使用不同分布的卫星连接。我们获得的每个配置通过运行场景生成算法(参见算法1)。每个配置都有不同比例的普通节点与卫星链路和节点。在图7,我们将展示一种酒吧情节显示公平指数造成不同的网络配置,对应于(正常节点的%,%的卫星节点)。我们考虑以下情况:(100/0),(85/15),(75/25),(65/35),(50/50),(35/65)。
从图的结果7,我们可以观察到卫星节点的使用可以帮助改善公平在某种程度上,但并不是在所有情况下。它在很大程度上依赖于卫星节点的分布和数量。网络体系结构没有卫星的公平性指数为0.38。当我们添加少量卫星节点的网络(<年代vg height="8.85534pt" id="M94" style="vertical-align:-0.4673595pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.38798 22.4913 8.85534" width="22.4913pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
5。讨论
在本节中,我们定义一组服务水平对于这个网络和讨论所需的合适的参数,确保他们。定义这些担保,我们首先需要考虑可用资源的场景。在这方面,没有限制的缓冲区大小和数据存储节点由于飞机。另一方面,卫星连接的访问是昂贵的。因此,它们的用法应该是有限的。总之,使用默认35%的节点组成的层次网络体系结构与卫星连接我们可以保证<年代pan class="list">(我)交货率高于90%,(2)下面的交货时间70000秒,(3)带宽公平性指数为0.41。
实现这些结果需要扩大包过期值高于20000秒。飞行运营商寻求接近100%交付(这可能需要满足客户)可能需要这些增加缓冲到期。更高的到期值影响节点的数据包缓冲区容量,需要增加一些几百MB。考虑到节点的特点,这个场景中这些缓冲需求的成本可以忽略不计。
然而,即使没有增加,我们能保证交货的比率在70%左右(提供一个尊重机会通信)提高20%。另一方面,增加带宽公平性比较离散。进一步改善需要部署一个显式的资源管理策略对卫星分布。
6。结论和未来的工作
在本文中,我们提供了一个评价小说的QoS航空特设网络体系结构基于机会通信和卫星通信系统。为此,我们设计了一个减少越洋网络场景的实验模型用于模拟交通适应卷,也就是说,没有考虑交通从视频和其他高度交互的应用程序。使用这种简化模型,我们测量几个QoS交货率等相关方面,交货时间,公平地分配网络资源。最后,我们比较了改进服务获得的层次网络体系结构7相比,一个简单的使用机会通信网络。我们的结果表明,使用等效缓冲区配置参数交货率增长了近20%,交货时间减少10000秒,公平略有增加。这些贡献允许提供特定担保关于交货率和时间的服务,这是很不寻常的dtn领域的。此外,结果证实,配置35%的卫星连接似乎是一个适当的分配这些链接。从这一点上,鼓励分享这些卫星之间的联系的模型飞机必须发展。
额外的未来的工作将集中于nonarchitectural改进QoS的实现。我们认为,类似的方法在文献中只含有可以提高资源配置的公平不意味着成本的增加。未来的改进可能包括以下几点:<年代pan class="list">(我)网络流量的引入优先级应该帮助分发卫星链路访问更公平,从而最大化网络公平同时最小化卫星的数量,因此建筑成本(2)将缓冲区管理和政策将帮助提高交货率下降,而无需增加的大小或过期时间
第二个主题,需要进一步的研究是双向通信的考虑执行地空通讯。而不是空对地退出,唯一的目标是断开连接的区域(因为所有路径导致地面我们可以选择任何卫星链路节点),在地对空我们需要定位一个特定的飞机。这种类型的通信带来了几个重要的挑战关于路由,网关选择和流量负载平衡。
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作在一定程度上支持的加泰罗尼亚AGAUR 2014 sgr - 691项目,西班牙MINECO tin2014 - 55243 p项目,和博士学位授予UAB论坛472-01-1 / E2010。
引用
- b . h . Li Yang, c·陈,x关,“航空特设网络的连通性,”<我>《IEEE GLOBECOM研讨会(GC Wkshps 10)2010年12月,页1788 - 1792。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
- d·梅迪纳f·霍夫曼、美国阿亚兹和学术界。Rokitansky”,一个航空移动ad hoc网络的可行性在北大西洋走廊,”<我>第五届IEEE通信学会学报会议上传感器,网格和临时通信和网络(SECON ' 08)IEEE,页109 - 116年,旧金山,加州,美国,2008年6月。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
- r .金斯伯里,<我>移动ad hoc网络海洋飞机通信[硕士论文)麻省理工学院,航空航天,剑桥,质量,美国,2009年。<年代pan class="reflinks">
- r . Martinez-Vidal r·马蒂,j .博雷利”表征的越洋飞机延迟容忍网络”<我>学报》第38届IEEE会议上本地计算机网络(LCN的13),页590 - 597,IEEE计算机协会,悉尼,澳大利亚,2013年10月。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
- 法雷尔和诉卡希尔,<我>延迟和网络中断宽容,2006年Artech房子。<年代pan class="reflinks">
- r . Martinez-Vidal r·马蒂,j .博雷利”分析信息传播在越洋飞机延迟容忍网络”<我>第39届IEEE会议程序本地计算机网络(LCN的14),页116 - 123,IEEE计算机协会,埃德蒙顿,加拿大,2014年9月。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
- r . Martinez-Vidal r·马蒂·c·j . Sreenan和j .博雷利”方法论评价航空延迟容忍网络架构选择,”<我>普及和移动计算,23卷,第155 - 139页,2015年。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
- a . Krifat c Barakati, t . Spyropoulos“最佳缓冲区管理政策延迟容忍网络”<我>第五届IEEE通信学会学报会议上传感器,网格和临时通信和网络(SECON ' 08)IEEE,页260 - 268年,旧金山,加州,美国,2008年6月。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
- m . Al-Siyabi h•克鲁克香克和z的太阳,“DTN QoS指标和公平的资源管理模型”<我>《加拿大电气和计算机工程会议(CCECE ' 11)2011年5月,页704 - 707。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
- m . Al-Siyabi h•克鲁克香克和z的太阳,“服务质量供应延迟容忍网络通过实现允许控制模型飞机包数据传输,”<我>学报第六届国际无线通信和移动计算会议(IWCMC 10)ACM,页706 - 710年,卡昂,法国,2010年7月。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
- c . Caini h•克鲁克香克,美国法雷尔和m . Marchese“延迟和容错网络(DTN):未来的卫星网络应用的另一个解决方案,“<我>IEEE学报》,卷99,不。11日,第1997 - 1980页,2011年。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
- k·斯科特和伯利,“束协议规范,”<我>RFC5050、2007、http://www.ietf.org/rfc/rfc5050.txt。<年代pan class="reflinks">视图:谷歌学术搜索
- 美国伯利、e·詹宁斯和j . Schoolcraft“全新自主拥塞控制在实现容忍延迟网络”<我>《SpaceOps会议,页1 - 10,罗马,意大利,2006年6月。<年代pan class="reflinks">视图:谷歌学术搜索
- a . h . Liu Srinivasan、k·怀特豪斯和j . a .斯坦科维奇”混色:在延迟容忍传感器网络,支持异构QoS需求”<我>学报》第七届国际会议上网络化传感系统战略研究所(10)2010年6月,页93 - 96。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
- d .林y姚明,f . Labeau y . Tang和a . v . Vasilakos“最佳网络QoS在互联网上的车辆e-health应用,”<我>移动信息系统卷,2016篇文章ID 5140486, 11页,2016年。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
- a . a . Benczur和d·r·Karger随机近似方案削减和流入生产图表,CoRR cs。DS / 0207078, 2002,http://arxiv.org/abs/cs.DS/0207078
- 联邦航空管理局,ads - b装备水平,2015年11月,http://www.faa.gov/nextgen/equipadsb/levels/
- 2016年ns-3、网络模拟器3日,http://www.nsnam.org
- c·r·鲍格和j .黄”802.16 TG3 Mac / Phy交通模型模拟,“技术。众议员IEEE 802.16,宽带无线接入工作小组,2001年。<年代pan class="reflinks">视图:谷歌学术搜索
- 思科,“思科视觉网络指数:全球移动数据流量预测更新,2014 - 2019,”<我>白皮书,2015年。<年代pan class="reflinks">视图:谷歌学术搜索
- 爱立信,爱立信移动报告<我>白皮书2015年11月,<年代pan class="reflinks">
- 皮尤研究中心,<我>移动通讯和社交媒体美国皮尤研究中心,华盛顿特区,2015年,http://www.pewinternet.org/2015/08/19/mobile-messaging-and-social-media-2015/。<年代pan class="reflinks">
- l·巴塔利亚·昂格尔·m·沃纳和m . Holzbock”卫星容量尺寸在北大西洋地区空中互联网服务,”<我>张仁学报第二国际通信卫星系统会议和展览2004 (ICSSC 04)蒙特利,页698 - 703年,加州,美国,2004年5月。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
- a . Vahdat d·贝克尔,“流行部分连接Ad Hoc网络路由,“技术。代表,杜克大学,2000。<年代pan class="reflinks">视图:谷歌学术搜索
- d . m . j . Alenazi y Cheng张和j.p. Sterbenz“ns-3流行路由协议实现,”<我>学报Ns-3研讨会(WNS3 15)西班牙巴塞罗那,页83 - 90,,2015年5月。<年代pan class="reflinks">视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
- r . Jain, d .赵,w .早,“定量衡量资源分配的公平性和歧视共享计算机系统,”<我>12月的研究报告tr - 301, 1984。<年代pan class="reflinks">视图:谷歌学术搜索
版权
版权©2016鲁本Martinez-Vidal et al。这是一个开放的访问分布在条知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。
