544.DiffServ在无线Ad hoc网络中的应用.doc

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1、 学院毕业设计（论文） 编 号： 审定成绩： 毕业设计（论 文） 设计（论文）题目： DiffServ在无线Ad hoc网络中的应用 单位（二级学院）： 通信与信息工程学院 学 生 姓 名 ： 专 业 ： 电子信息工程 班 级 ： 学 号 ： 指 导 教 师 ： 答辩组 负责人 ： 填表时间： 年 月 学院教务处制第 71 页【摘要】 无线Ad hoc网络是一种没有固定结构的自组织无线网络。它的每一个节点都可以自由移动，同时具有主机和路由器的功能，向其它节点发送数据包。随着多媒体应用的兴起和无线Ad hoc自身的商业潜力，对无线Ad hoc网络提供QoS保证成为了一个急需解决的问题。由于无线A

2、d hoc网络自身具有带宽有限，拓扑动态变化的特点，在无线Ad hoc网络中实现QoS是一项非常困难的工作。目前已知的一些QoS服务模型，主要是针对Internet或其他网络的，并不适应于无线Ad hoc网络。在本文中，我们首先对网络服务质量（QoS）的内容做了相应概述，描述了两个QoS模型，IntServ和DiffServ。接着我们对目前在Ad hoc网络中的QoS研究做了概述性的分析，包括QoS信令，QoS路由和具有业务区分和资源预留能力的MAC协议，同时还对现存Ad hoc网络的QoS模型做了分析比较。最后，我们对区分服务模型进行了一些修改，使之适合无线Ad hoc的相应特征，提出了用区

3、分服务模型实现Ad hoc网络的QoS保障的方案。最后进行了仿真验证。初步的仿真结果证明，在无线Ad hoc网络中区分服务可以在资源不够用的情况下，降低对低优先级的业务流的服务，保证对高优先级的业务流的服务，从而使得高优先级的业务流获得较大的吞吐量、较低的延迟和抖动。【关键词】 服务质量保障（QoS） 无线Ad hoc网络 区分服务模型 NS【Abstract】Mobile Ad hoc networks (MANETs) are infrastructureless self-organizing wireless networks. Each node can be mobile and

4、has routing capabilities to be able to forward packets on behalf of other nodes. Recently, because of the rising popularity of multimedia applications and potential commercial usage of MANETs, QoS support in MANETs has become an unavoidable task.Due to the bandwidth constraint and dynamic topology o

5、f Mobile Ad hoc NETworks (MANET), supporting Quality of Service (QoS) in MANETs is a challenging task. A lot of research has been done on supporting QoS in the Internet and other network architectures, but most of them are not suitable in the MANET environment. In this paper, firstly we review the c

6、ontent related with QoS , secondly we describe the existed QoS model ,IntServ and DiffServ in Internet, and then we review the current research on QoS support in MANETs, which includes QoS resource reservation signaling, QoS routing, and QoS Medium Access Control (MAC),and we also analyze the curren

7、t QoS model . At last, we propose a differentiated service architecture for MANETs which changes some parts in Diffserv to make it perfect with the characteristics of MANETs. The performance of the proposed architecture is evaluated by NS simulations. Preliminary simulation results show that the pro

8、posed architecture can provide better services for higher prioritized traffic by degrading the qualities of lower prioritized traffic when the network resources are insufficient. 【key words】QoS MANETs DiffServ NS目 录前 言5第一章 无线Ad hoc网络7第一节 无线Ad hoc网络的概述7第二节 无线Ad hoc网络结构7一、无线Ad hoc网络的节点结构7二、无线Ad hoc网络的

9、网络结构8第三节 无线Ad hoc网络研究热点9一、无线Ad hoc网络的特点9二、无线Ad hoc网络的研究热点10第四节 无线Ad hoc网络的路由技术11一、先应式路由11二、后应式路由12第二章 网络服务质量技术(QoS )14第一节 网络服务质量技术概述14一、QoS提出背景14二、QoS的基本概念14第二节 QoS设计的基本原则15第三节 QoS的服务模型16一、综合服务模型（IntServ）16二、区分服务模型（DiffServ）18第三章 DiffServ在无线Ad hoc网络中的应用21第一节 Ad hoc网络的QoS概述21第二节 DiffServ在Ad hoc网络中的应用

10、24一、无线Ad hoc网络的QoS模型特点24二、现存服务模型在Ad hoc网络中的应用讨论24三、一种适合于Ad hoc网络的区分服务模型27第四章 NS模拟与仿真31第一节 NS概述31第二节 用NS对模型进行模拟仿真实现31一、仿真设置31二、仿真数据分析33结 论37结束语38参考文献39附 件40一、英文原文40二、英文翻译46三、源程序55四、毕业设计 (论文)教学档案60前 言无线Ad hoc(Mobile Ad hoc Network)网是由移动节点构成的无线移动网络，它是一种自治的无线多跳网，又称为多跳无线网（MultiHop Wireless Network）、自组织网络

11、（SelfOrganized Network）或无固定设施的网络（Infrastructureless Network）。它具有可移动、自组织、临时性、无中心的特点。无线Ad hoc网络没有固定的基础设施，也没有固定的路由器，网络中的节点同时具有终端和路由器的功能，能够实现数据包的存储转发从而进行通信。可应用于灾难救助、军事场合和小型会议。随着多媒体在无线Ad hoc网络应用加强，同样要求无线Ad hoc网络像有线网络一样对信息实时、准确地传送，保证分组的带宽、时延等，为无线Ad hoc网络提供服务质量（QoS）保证受到越来越多的关注。正如文献1提到，向无线Ad hoc网络提供QoS保证是一项

12、很具有挑战的工作。无线Ad hoc网络的固有特点使得网络中存在2动态拓扑结构，带宽限制和有限的处理和存储能力以及无线传输的不可靠性等问题。在近年来的研究中，研究者提出了QoS信令、QoS路由协议、QoS MAC协议等解决方案3-6，但是都只能解决了其中的一部分问题，要向Ad hoc网络提供很好的QoS保证，必须构造出适合于无线Ad hoc网络的相关QoS模型。目前针对有线网，比较成熟的QoS服务模型主要有两种：综合服务模型7（IntServ）和区分服务模型8（Diffserv）。IntServ是一种基于流(per-flow)的资源预留机制,它引入了虚电路的概念,由RSVP作为建立和维护虚电路的

13、信令协议,路由器通过相应的包调度策略和丢包策略来保证业务流的QoS要求。但当Ad hoc网络规模变大后，必将带来可扩展性等一系列问题，因此不适用于无线Ad hoc网络。区分服务克服综合服务的这些缺点，能提供较好的性能且具有较好的扩展性。DiffServ模型旨在为不同的流聚集在一个较长的时间内提供一种有区分的服务质量保障，它的内部节点功能相对较少，不需维护每流的状态，这点非常适合Ad hoc网络节点移动的特点，因而能够为无线Ad hoc网络提供一定的QoS保证,但是文献1和文献9也指出，直接把现存DiffServ机制运用到无线Ad hoc网络中，存在如何划分DS域等一些问题。文献1给出了称为灵活

14、QoS模型（FQMM: Flexible QoS Model for MANETS）的体系结构，该模型提供了一种称为混合（hybrid）模式的资源分配策略，它既支持IntServ的基于流的资源分配，又支持DiffServ的基于类的资源分配，高优先级的业务基于流分配资源，低优先级的业务流基于类分配资源。由于FQMM要求网络中的节点既要支持IntServ的基于流的资源分配，又要支持DiffServ的基于类的资源分配，因此实现复杂。本文讨论了如何将DiffServ应用于无线Ad hoc网络的问题，结合无线Ad hoc网络分布式的特点，给出了一种适合无线Ad hoc网络的提供业务区分的简单的体系结构，

15、并通过仿真，分析了该体系结构的业务区分能力。本文第一章介绍了无线Ad hoc网络的相应内容，包括其网络结构，研究热点和路由技术，对Ad hoc网络的结构特点做了较为详细的分析；第二章介绍了网络服务质量技术（QoS），简要分析了有线网中的综合服务模型和区分服务模型；第三章概述了网络服务技术（QoS）在无线Ad hoc网络中的应用，并对不同的QoS模型进行了对比、分析，最后针对无线Ad hoc网络的特点，对区分服务模型进行了相应的修改，提出了一种简单的适宜于无线Ad hoc网络区分服务模型；第四章在初步介绍NS网络模拟仿真器后，对上面提出的模型进行了模拟仿真，并对模拟结果进行了分析、比较。第一章

16、无线Ad hoc网络第一节 无线Ad hoc网络的概述Ad hoc一词来源于拉丁语，是“特别地、专门地为某一即将发生的特定目标、事件或局势而不为其他的”的意思。这里提出的“Ad hoc”是一种无线特定的网络结构，强调的是多跳、自组织、无中心的概念，所以一般把基于Ad hoc技术的网络称为自组网、多跳网络等等。 无线Ad hoc(Mobile Ad hoc Network)网，简称移动自组网(见图2.1)。它是一种自治的无线多跳网，整个网络没有固定的基础设施，也没有固定的路由器， 图2.1 无线Ad hoc网络示意图所有节点都是移动的，且都能以任意方式动态地保持与其它节点的联系。在这个网络中，由

17、于终端无线覆盖范围是有限的，两个无法直接进行通信的用户终端可以借助于其它节点进行分组转发。每一个节点都可以作为一个路由器，它们可以完成连接或转发到其它节点。典型例子有交互式的讲演、可以共享信息的商业会议、战场上的信息中继以及紧急通信等。第二节 无线Ad hoc网络结构一、无线Ad hoc网络的节点结构在无线Ad hoc网络中无线节点不但具有移动终端的功能，还具有路由器的功能，因此可以将节点分为主机、路由器和收发信机三部分。其中主机完成人机接口、数据处理等功能；路由器部分完成维护网络的拓扑结构和路由信息功能；收发信机则为数据传输提供无线信道支持。二、无线Ad hoc网络的网络结构Ad hoc网络

18、一般有两种结构：平面结构，如图2.2和分级结构，如图2.3、图2.4所示。在平面结构中，所有结点的地位平等，所以又可以称为对等式结构。分级结构中，网络被划分为簇。每个簇由一个簇头和多个簇成员组成。这些簇头形成了高一级的网络。在高一级网络中，又可以分簇，再次形成更高一级的网络，直至最高级。在分级结构中，簇头结点负责簇间数据的转发。簇头可以预先指定，也可以由结点使用算法自动选举产生。分级结构的网络又可以被分为单频分级和多频分级两种。 高级低级 簇网关 簇成员 簇头 图2.2 平面结构 图2.3 单频分级 图2.4 多频分级平面结构的网络比较简单，网络中所有结点是完全对等的，原则上不存在瓶颈，所以比

19、较健壮。它的缺点是可扩充性差，每一个结点都需要知道到达其他所有结点的路由。维护这些动态变化的路由信息需要大量的控制消息。在分级结构的网络中，簇成员的功能比较简单，不需要维护复杂的路由信息。这大大减少了网络中路由控制信息的数量，因此具有很好的可扩充性。由于簇头结点可以随时选举产生，分级结构也具有很强的抗毁性。分级结构的缺点是，维护分级结构需要结点执行簇头选举算法，簇头结点可能会成为网络的瓶颈。因此，当网络的规模较小时，可以采用简单的平面式结构；而当网络的规模增大时，应用分级结构。第三节 无线Ad hoc网络研究热点一、无线Ad hoc网络的特点Ad hoc网络是一种特殊的无线移动网络。作为一种新

20、的组网方式，具有以下特点： 无中心，自组织，多跳路由： Ad hoc网络没有严格的控制中心，所有节点的地位平等，可以随时加入和离开网络。网络的设置或展开无需依赖于任何预设的网络设施，结点可以快速自动组成一个独立的网络。当结点要与其覆盖范围之外的结点进行通信时，由Ad hoc网络中的中间节点进行多跳转发，而不是由专用的路由设备（如路由器）完成,所以任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。 动态拓扑：从网络层来看，在无线Ad hoc网络中，移动节点可以以任意速度和方式在网络中移动，加上无线发送装置发送功率的变化、无线信道间的相互干扰、地形因素等的影响，节点间通过无线信道形成的网络拓

21、扑结构随时会发生变化。在Ad hoc网络中，移动主机可以在网中随意移动。主机的移动会导致主机之间的链路增加或消失，主机之间的关系不断发生变化。并且主机可能同时还是路由器，因此，网络的拓扑结构将不断发生变化，而且变化的方式和速度都是不可预测的。 带宽限制和变化的链路容量：无线Ad hoc网络采用无线传输技术作为底层通信手段，其相对于有线信道具有较低的容量；并且由于多路访问、多径衰落、噪声和信号干扰等多种因素，使得移动节点的实际带宽低于理论上的最大带宽值。 能量限制节点：移动节点依靠电池提供工作所需的能量。减少功耗将是影响网络协议设计的一个非常重要的因素。 多跳通信：由于无线收发机的信号传播范围有

22、限，Ad hoc网络要求支持多跳通信。这种多跳通信由此也带来了隐藏终端、暴露终端和公平性等问题。 分布式控制：无线Ad hoc网络中的用户节点都兼备独立路由和主机功能，不存在一个网络中心控制点，用户节点之间的地位是平等的，网络路由协议通常采用分布式控制方式，因而具有很强的独立性和抗毁性。而在常规通信网络中，由于存在基站、网控中心或路由器这样一类集中控制的设备，用户终端与它们所处的地位不是对等的。 有限的安全性：通常移动无线网络由于采用无线信道、有限电源、分布式控制等原因，会比有线网络更易受到安全性的威胁。这些安全性的攻击包括窃听、电子欺骗和拒绝服务等攻击手段。二、无线Ad hoc网络的研究热点

23、针对Ad hoc网络的特点，该网络要解决的难点是： 网络拓扑变化快； 线传输带宽有限； 网络的可扩展问题； 安全性问题； 能量问题； 如何向Ad hoc网络提供QoS保障问题。对于一个分层的无线节点，如图2.5所示。以上提到的许多问题与第二层MAC层和第三层网络层的性能都有直接的关系。目前的研究热点都集中在这两层上。应用层网络层MAC层物理层路由协议点控制等CDMA扩频调制解调数据压缩编码等网络操作系统用户界面等MAC协议能量控制安全策略等无线信道微波，射频，红外图2.5 无线网络分层模型 对于第二层MAC层，Ad hoc网络研究的主要问题是通过协议的改进和算法的提高，如何采用睡眠唤醒机制节约

24、能量，如何规定握手机制，如何提高退避算法的公平性，如何减少延迟和提高吞吐量等。对于第三层的网络层，Ad hoc网络研究的主要问题是通过路由协议的改进，如何来维持高速的动态拓扑实现网络的多跳通信。目前主要的MAC层协议有载波侦听冲突避免CSMA/CA协议，MACA协议，无线环境下的多址接入冲突避免（MACAW）协议和基于接收者驱动的多址接入（RIMA）协议。第四节 无线Ad hoc网络的路由技术 在无线Ad hoc网络里，网络拓扑结构具有动态变化的特点，各个移动节点通过多跳实现相互通信，每个节点都兼有路由器和终端两个功能，Ad hoc的路由技术成了无线Ad hoc网络的关键技术之一。无线Ad h

25、oc网络的路由技术是应该一种能感知网络拓扑结构变化，能维护网络拓扑连接的高度自适应路由。目前Ad hoc网络的路由协议主要有： 目的序号距离矢量算法 DSDV (destination-sequenced distance-vector) 无线路由协议算法 WRP (wireless routing propotal) 全局状态路由算法 GSR (dynamic source routing) “ 群首”网关交换路由算法 CGSR (clusterhead gateway switch routing) 需求驱动距离矢量路由算法 AODV (Ad hoc on-demand distance

26、vector) 动态源路由协议 DSR (Dynamic source routing protocol) 临时需求路由算法 TORA（Temporally ordered routing algorithm） 基于关联性的路由算法 ABR和基于信号稳定的路由算法SSR 以上路由协议又可以分为两大类，先应式（Proactive）和后应式（Reactive）在分层结构的Ad hoc网络中也使用先应式和后应式混合的路由，如地域路由算法（ZRP Zone routing protocol）一、 先应式路由先应式路由又称为表驱动（Tabledriven）路由。网络中的各个节点都存储一张通往其它节点的路

27、由表，通过不断更新路由表来保持路由信息的完整性。节点要对网络的拓扑变化做出反应，不仅要把本节点的路由信息更新，还要将更新的信息传播出去。先应式路由算法的特点为： 网络中各个节点无论是有没有数据包发送，都需要路由表的维护； 数据包的传输相对后应式路由具有较小的时延； 在网络拓扑动态变化频繁时，路由表的维护需消耗大量的网络带宽资源和电源能量。在Ad hoc网络中，由于无线链路的带宽和移动节点的电源能量都是受限的，所以这个问题变得尤为突出。目前，大多数的前应式路由算法是基于BellmanFord算法改进得到的。二、 后应式路由后应式路由又称按需（Ondemand）路由，网络中的各个节点无须定时的维护

28、路由表，只有在源节点有需要，发出路由请求时才建立路由。一旦路由建立，启动路由维护程序使路由一直有效，直到目的节点不可达或者源节点不再需要该路由。后应式路由的特点为： 节点Cache中存储着一样的路由表，只是该路由表的更新是通过节点存储转发的数据包头中的信息得到的 节点在发送数据包时，首先从Cache中寻找路由，只有当Cache中无相关路由才通过泛洪（float）搜索临时路径，搜索成功后又将本次路由存储于Cache中，以备下次使用； 相对先应式路由，后应式路由的数据包传输时延较大，但是路由表信息交换和控制信息的开销却大大减少，可有效的减少网络带宽和节点的能量消耗。目前，大多数的后应式路由算法是基

29、于DSR (Dynamic source routing protocol)协议改进的。Ad hoc网络的路由算法多是基于链路状态和距离向量来实现的，但是基于Ad hoc网络层次结构和应用特点，还有大量的基于其它网络信息的路由算法，DREAM （distance routing effect algorithm for mobile），LAR（location aided routing）；基于动态功率感知（发射信号稳定性，最大输出功率）信息得到的路由算法等。Ad hoc的路由算法分类见图2.6。Ad hoc路由算法表驱动路由按需路由目的序列距离矢量路由协议DSDV无线路由协议RVPAd ho

30、c按需距离向量路由AODV动态源路由协议 DSR轻重量移动路由LNR基于联合的路由 ABR簇首网关交互路由CGSR时间次序路由 TORA基于信号稳定性的路由 SSR图2.6 Ad hoc路由算法分类第二章 网络服务质量技术(QoS )第一节 网络服务质量技术概述一、QoS提出背景随着互联网的飞速发展，特别是多媒体业务的出现（数据、音频、视频），计算机不再是单纯的数据处理工具，计算机的交互越来越实时和生动，这对计算机网络提出了更高的要求。Internet所提供的传输服务已由单独的数据业务服务向综合业务服务发展。然而，不同类型业务对服务质量的要求是不同的。对那些有带宽、时延和时延抖动等特殊要求的应

31、用来说，传统网络所采用的“尽力而为”（Best-Effort）转发机制无法提供可区分的、有保证的服务，已不能满足用户的要求。近年来，发展起一些新应用(如远程教学、远程手术和远程会议等)，不仅增加了网络流量，更改变了以往互联网上流量的性质，它们需要全新的服务要求，即在IP网中为用户提供有保证的服务质量(QoS)。IP网如何提供QoS支持已成为业界关注的焦点。为了提供服务质量保证，提出了IP QoS，即网络服务质量技术（QoS）。目前，有两种基本的QoS结构10：基于资源预留和基于优先级。这些QoS结构可以用于单个数据流或聚集的数据流。为了满足这些不同类型QoS的需求，因特网工程任务组(IETF)

32、提出了几种服务模型和机制，主要包括综合服务(IntServ)和区分服务(DiffServ) 。 二、QoS的基本概念QoS（quality of service），即服务质量，它是指IP分组或流通过网络时的性能。在RFC2386中描述为QoS是网络在传输数据流时要求满足的一系列服务请求。具体可量化为带宽、延迟、延迟抖动、丢失率、吞吐量等性能指标。此处的服务具体是指数据包（流）经过若干网络节点所接受的传输服务，强调端到端（end-to-end）或网络边界到边界的整体性。QoS反映了网络元素（例如应用程序、主机或路由器）在保证信息传输和满足服务要求方面的能力。IP QoS功能旨在通过给予网络运营商

33、对网络资源和使用的控制权来传送有保证的区分式Internet服务。QoS是网络传输流时需要满足的一系列服务要求，它提供端到端的服务保证，以及基于策略的IP网络性能指标控制。QoS的目标是提供端到端的服务质量保证，提高网络资源利用率。 QoS与用户以及网络系统的关系如图2.1：用户1相应网络（internet）QoS提供（服务类型、性能参数）用户2QoS协商（服务类型、性能参数）QoS要求（服务类型、性能参数）综合服务综合服务图2.1 QoS与用户网络系统关系图QoS中的性能参数主要包括： 吞吐量，网络中发送数据包的速率，可用平均速率或峰值速率表示。 传输时延，端到端之间发送与接收数据包的时间间

34、隔。 可变时延，也称时延抖动，指同一条路由上发送的一组数据中数据包之间的时间差异。 丢包率，在网络中传输数据包时丢弃数据包的最高比率。第二节 QoS设计的基本原则将QoS控制过程引入网络，必须考虑以下几个基本原则11： 集成的原则：为了满足用户的端到端QoS控制的要求，在系统所有层次的上的QoS都必须是可配置、可预测和可维护的。 分离原则：媒体的传输、控制和管理是系统的不同功能行为，应该根据不同的要求，配置不同的服务。 透明原则：各种应用必须被屏蔽在底层复杂的QoS控制和管理机制之外。通过对其透明性的设置，以屏蔽底层服务细节，达到简化应用设计，增强可移植性的目的，并将复杂的QoS控制和管理任务

35、交给底层网络实现。 异步资源管理原则：由于在分布式通信环境中的不同行为（如调度、流控、路由以及QoS管理等）的产生在时间上是不同的，综合服务在资源上的管理是异步的，为了协调这些被异步管理的资源，QoS必须在这些资源之间提供交换控制。 性能原则： QoS控制在管理机制和设计上都必须以提高网络系统性能为目的，在满足用户服务需求的同时，还应该具有非常高的网络利用率。第三节 QoS的服务模型一、 综合服务模型（IntServ）1、 IntServ概述综合服务模型由IETF于1994年在RFC 1633中提出，是一种基于流(per-flow)的资源预留机制。在服务的层次上，IntServ除了提供原来的尽

36、力而为型服务，还以每个流为基础，提供了两种端到端的面向实时传输的服务：质量保证型服务（guaranteed service）和可控负载型服务（controlled-load service）。为了满足实时应用的需求，必须能够有效的管理资源（如带宽）。在实现的层次上，IntServ方案需要路由器在控制路径上处理每个流的信令消息并维护每个流的路径状态和资源预留状态，并且在数据路径上执行基于流的分类，调度和缓冲区管理。在技术层次上，IntServ依靠资源预留协议提供QoS协商机制，逐节点（hop-by-hop）地建立或拆除每个数据流的路径状态和资源预留软状态（soft state）；依靠接纳控制（a

37、dmission control）决定链路或网络节点是否有足够的资源满足用户的资源预留请求；依靠传输控制（traffic control）将IP分组分类成不同的传输流，并根据每个流的状态对分组的传输实施QoS路由、传输调度等控制。2、IntServ的服务类型IntServ定义了3种服务类型： 尽力而为服务(best effort service)：类似于当前Internet提供的尽力而为服务。 可控负载型服务(controlled-load service)，类似于在当前一个负载较轻网络中实现尽力而为业务的QoS。该服务将用户服务指标作为接纳控制处理的关键输入，以限制流的数目，从而保证网络处于

38、非重载的网络模式。 质量保证型服务(guaranteed service)：该服务要求网络中各元素保证带宽、限制时延、无丢包。为此，提供质量保证型服务的各个网络元素必须先对各个服务参数所要求的资源进行计算，并给出这些元素可能带来的最大延迟。从而保证只要数据流的传输保持在特定的传输参数范围内，就不会因为队列的溢出而被丢弃。3、IntServ信令协议资源预留协议(RSVP)是IntServ结构中的主要信令协议。RSVP是主机从应用程序获得特定QoS的一种控制协议，完成IntServ需要定义的呼叫接纳控制功能和资源预留功能。端点应用程序利用RSVP消息向网络提出完成数据传送必须保留的网络资源(如带宽

39、及缓冲区大小等)，同时也确定沿传送路径各节点的传输处理策略，从而对每个业务流实现逐个控制。使用RSVP 信令建立数据发送路径以及为业务流预留资源的过程如下： 发送端向接收端发送一个包含业务流规格说明的PATH消息，其中包含业务流标识(目的地址)及其业务特征，并包括所需带宽的上下限、时延和时延抖动等。 该消息由沿路径的路由器逐跳传送，每个路由器都被告知准备预留资源，从而建立一个路径状态，该状态信息包含PATH消息中的前一跳源地址。 接收方收到此消息后，根据业务特征和所要求的QoS计算出所需要的资源，向上游节点发送一个RESV消息，该消息中包含的参数就是要求预留的带宽。 RESV沿PATH的发送路

40、径原路返回，沿途的路由器收到RESV消息后，调用自己的接入控制程序以决定是否接受该业务流。如果接受，则按要求为业务流分配带宽和缓存空间，并记录该流状态信息，然后将RESV消息继续向上游转发；如果拒绝，则向接收端返回一个错误信息，以终止呼叫。 最后一个路由器收到RESV消息并接受该请求后，向接收端发回一个确认消息。IntServ模型尽管能提供QoS保证，但它要求Internet保证每个流的QoS。现在，Internet上有成千上万的流，路由器需要的状态信息量非常大，使得IntServ难以在骨干网上实施存在严重的可扩展性问题。目前比较一致的看法是，在网络边缘实施IntServ，或者对流的定义更加粗

41、糙，以使业务流的数目降低到可以承受的地步。二、 区分服务模型（DiffServ）1、 DiffServ体系结构DiffServ结构的引入是为了解决IntServ的扩展性和复杂性问题。DiffServ模型最核心的思想是对网络承载的业务进行分类，也就是对各种不同的业务流进行分类。DiffServ简化网络内部节点的服务机制，在内部节点只进行简单的调度转发，而流状态信息的保存与流监控机制的实现等只在边界节点进行。并且简化网络内部节点的服务对象，采用聚集传输控制，服务对象是流聚集，而非单流。单流信息只在网络边界保存和处理。具体而言，边界节点根据用户的流规定（profile）和资源预留信息将进入网络的单流

42、分类、整形、聚合为不同的流聚集，这种聚集信息存储在每个IP包头的DS（differentiated services）标记域（field）中，称为DS代码点（differentiated services codepoint,DSCP）；内部节点在调度转发IP包时根据包头的DSCP选择提供特定质量的调度转发服务，其外特征称为每跳行为（per hop behavior,PHB）。网络边界对单流做分类聚合与网络内部对聚集流提供特定质量的调度转发服务，这两个过程通过IP包头内的DSCP协同起来。区分服务模型如图2.2所示。分类器流量控制器DS字段分类器调度器核心路由器核心路由器边缘路由器边缘路由器

43、图2.2 区分服务模型目前，IETF已经定义的PHB有： 尽力而为PHB：当DSCP为全零时，对应的PHB就是尽力而为PHB，相当于传统尽力而为调度转发行为的PHB。 类别选择(CS-c1ass selector)PHB：为了与现用的IP优先级保持后向兼容，定义的一组PHB可达到各个IP优先级所提出的最低业务要求。 加速转发(EF-expedited forwarding)PHB：可使时延和时延抖动最小，并可以提供最高级的综合QoS。 可靠转发(AF-assured forwarding)PHB：数据流超过流量规划值时，不会按未超过规划值时的高概率传送，这意味着它可以被降级，但不会被丢弃。2、

44、DiffServ的典型服务与技术、奖赏服务(PS-premium service)奖赏服务（PS）为用户提供低时延、低抖动、低丢包率和保证带宽的端到端或网络边界到边界的传输服务。PS是目前DiffServ模型中定义的级别最高的服务种类。这种“三低一保”服务类似于传统运营商网络的专线业务，使得用户可以享受类似专线的服务质量，因而也称为虚拟专线服务。、确保服务(AS-assure dservice)确保服务从统计上保证用户的带宽，其初衷是在网络拥塞的情况下，也能保证用户有一定量的预约带宽。AS的着眼点是带宽和丢包率，不太注重时延和抖动。服务原则是无论是否拥塞，保证用户占有预约的最低限量的带宽，但与

45、奖赏服务对带宽的严格承诺不同，AS定位于统计性保证，这样可以提高资源利用率并降低价格。AS最具吸引力的是实现机制较简单，只要采用简单的标记和丢弃机制就能实现IP QoS。第三章 DiffServ在无线Ad hoc网络中的应用第一节 Ad hoc网络的QoS概述尽管无线Ad hoc网络在带宽和功率上有一定局限，但它具有的一些特有的优点，如抗毁性、易建性，十分适合在军事通信、民事通信领域和紧急搜救等应用场合，目前已经得到越来越多研究者的关注。随着多媒体通信技术在Ad hoc网络的广泛应用，同样要求无线Ad hoc网络像有线网络一样对信息实时、准确地传送，保证分组的带宽、时延；当需要传送语音、图像等实时业务(如战地环境图像、临时视频会议等)时，由于这些业务对延时、延时抖动等QoS参数均较敏感，同样要求无线 Ad hoc网络提供业务的QoS保证。目前，越来越多的目光投向了如何向Ad hoc网络提供QoS保障中来。向Ad hoc提供QoS支持是一件具有挑战性的工作。正如前文所述，无线Ad hoc网络由一系列移动节点构成，该网络无中心，没有固定的网络结构，其节点动态变化不断构成新的临时的网络，这些Ad hoc网络的固有特征使得在网络中存在大量的背景噪声和冲击噪声，无线信道的质量很差，可以提供的网络带宽非常有限，特别是当网络规模较大时，这些问题更加突出。Ad hoc网络资源