第4章 物联网体系架构.ppt

(2)公平性 由于通信网络能够为网络节点提供带宽资源的总量是有限的，所以公平性是衡量网络通信质量的重要指标，可以有以下几种理解。 ???保证网络内的每一个节点都能够绝对公平地获得信道带宽资源。 ???保证网络内的每一个节点都能够有均等的机会获得信道带宽资源。 ???保证网络内的每一个节点都有机会获得信道带宽资源。 很显然，以上3种公平性保证的强度是呈递减趋势的。然而，第一种公平性在实际网络环境中很难得到保证。因此，在实际运用过程中，更多的是强调后面两种公平性所代表的含义，并用于衡量网络性能。 (2)公平性 络7层参考模型，数据链路层的MAC子层负责提供网络节点对信道访问的功能。其中，竞争型MAC协议的公平性是一个很重要的研究内容。例如，在CSMA/CA中，一旦检测到冲突，为降低再次冲突的概率，需要等待一个随机时间。二进制指数退避算法是竞争型MAC协议主要采用的一种退避机制，其主要缺陷是在信道持续繁忙的情况下，竞争窗口较小的节点在完成一次数据发送后极可能再次快速接入信道，从而演变成长期占用信道资源，降低了很大一部分其余网络节点接入信道的机会。 MAC协议主要解决网络节点邻域范围内的信道访问方面的问题。路由协议则保证数据分组在网络范围内正确地选择合适、有效的通信路径，准确无误地从源节点出发到达目的节点。路由选择的原则很多，直观上选择连接源节点和目的节点之间的最短路径是最好的选择。但是，如果最短路径上的链路状况不稳定或者数据流量过载，最短路径很可能是一个差的选择。基于多径路由的策略，通过协调、均衡不同路径上的网络负载，既避免了网络性能恶化，同时也实现了路由层的公平性。 (2)公平性 传输控制协议（Transport Control Protocol，TCP）是目前在网络中广泛应用的传输层协议。理论和实验表明，TCP本身的拥塞控制机制会导致TCP协议在无线网络中的应用会出现许多不公平问题；TCP对数据分组和控制分组丢弃敏感度的不对称会导致上、下行TCP流的不公平；TCP闭环拥塞控制的贪婪特性会造成上行TCP流之间的不公平，以及TCP长短流之间的不公平。针对TCP不公平性问题，当前较难找到行之有效的解决方案。 以上讨论的各层协议对应于两个或更多节点之间的公平性。节点自身对于数据缓冲区的管理则体现了数据分组之间的公平性，队列公平性是在评价分组的排队规则以及队列的管理方式优劣的重要参考。 (3)优先级 网络通信中的优先级主要是指对网络承载的各种业务进行分类，并按照分类指定不同业务的优先等级。正常情况下，网络保证优先等级高的业务比优先等级低的业务有更低的等待时延、更高的吞吐量；网络资源紧张时，网络甚至会限制为优先等级低的业务提供服务，尽力满足优先等级高的业务需求。 在多媒体通信中，多媒体通信应提供包括视频图像、语音和数据等多种业务的服务。 视频图像业务具体的形式包括高清电视、可视电话、会议电视、视频点播等。视频图像业务的主要特点包括两个：第一是数据传输量大，以会议电视为例，一路会议电视信号至少需要4.3 MHz的带宽；第二是数据传输的实时性要求高，根据视觉暂留原理，人的肉眼在某个视像消失后，仍可使该物像在视网膜上滞留0.1～0.4s。因此，多媒体视频流的传输延时和抖动应该低于0.1s。 语音业务的具体形式包括固定电话和移动电话等业务。以固定电话为例，一路普通电话需要3.4kHz的带宽。因此，语音业务对带宽的要求相对视频图像业务是很低的。ITU G.114规范建议，在传输语音流量时，单向语音包端到端延迟要低于150ms。对于国际长途呼叫，特别是卫星传输时，可接受的单向延迟为300ms。如果超过300ms则通话的质量会变得让人不能忍受。过多的包延迟可以引起通话声音不清晰、不连贯或破碎。因此，语音业务对时延有很高的要求。 (3)优先级 数据业务的具体形式包括短信、网上聊天和邮件等。以短信为例，一个手机用户发送的短信所包含的数据量通常不超过100个字节。因此，相比视频图像和语音业务，数据业务对带宽资源的要求是最低的。另外，无论是短信、网上聊天还是邮件通信方式，实际通信过程中允许的延迟甚至可以是几小时。从网络传输速度看，数据业务对通信延时几乎没有任何要求。 根据以上分析，视频图像业务享受网络服务的优先等级高于语音业务，而语音业务享受网络服务的优先等级高于数据业务。大多数网络协议都承认这几种业务之间的优先等级顺序。 除了不同业务之间的优先等级之外，通信中也会考虑不同用户之间的优先等级。因为网络运营商可以就服务条款和要求与网络用户达成一定的协议，网络则根据运营商与用户之间达成的协议提供相应的服务。协议要求不同，自然会体现出不同用户之间在享受网络服务时的优先等级。 (4)可靠性 通信的一个基本目的就是保证信息被完整地、正确地从源节点传输到目的节点。保证信息传