無線隨意網路廣播問題

09 無線隨意網路廣播問題廣播風暴問題應用於移動無線隨意網路的廣播技術 PART III

9.2 廣播風暴問題 • 在無線隨意網路中，節點使用氾濫式傳輸讓網路上所有節點皆能收到廣播訊息，當某一節點收到之前沒收過的封包時，會將此封包重播出去，假設網路中存在有 n 個節點，則氾濫式機制則會耗費 n 次傳輸。在無線隨意網路中，泛濫式的傳輸會有下列的缺點： • 冗餘重播（Redundant rebroadcast） • 媒介競爭（Medium contention） • 封包碰撞（Packet collision）

9.2 廣播風暴問題 • 9.2.1 冗餘重播

9.2 廣播風暴問題 • 9.2.2 媒介競爭 • 因為無線隨意網路中沒有基地台或接取點，網路上的節點，在 IEEE 802.11 DCF 機制運作下，媒介的競爭及封包的碰撞都是常常有機會發生的。

9.2 廣播風暴問題 • 9.2.3 封包碰撞 • 我們考慮一個節點傳送廣播封包，而有多個節點聽到此廣播的假設下，可能會有幾個產生碰撞的情況。首先，如果此節點周圍沒有其它節點在傳輸，且這些鄰居節點也都通過隨機後退的過程。當鄰居節點收到廣播封包後，便會立即同時重播此訊息，而造成碰撞。第二點，因為廣播訊息沒有採用RTS/CTS 的事先告知傳輸機制，使得碰撞造成的封包遺失問題會很嚴重。第三點，因為隨意網路沒有提供碰撞偵測的機制，當某個重播封包即使第一個位元被碰撞影響，此節點還是會持續將此封包傳輸完畢，使得此損壞的封包可能再與其它封包碰撞或是浪費網路的資源。

9.3 應用於移動無線隨意網路的廣播技術 • 9.3.1 簡單氾濫式 • 簡單氾濫式（Simple flooding）的廣播便是最容易造成廣播風暴問題的方法，而當移動隨意網路在節點密度稀疏或是節點的移動快速的情形下，氾濫式的廣播反而是可以讓每個節點都收到訊息的可靠方式。

9.3 應用於移動無線隨意網路的廣播技術 • 9.3.2 機率基礎方式 • 機率方案（Probabilistic scheme）：這一個方案的概念為，藉由一個機率值來控制一些節點不會進行重播的行為，降低無線隨意網路中的冗餘封包情形。 • 計數基礎方案（Counter-based scheme）：當一個節點接收到愈多次同樣的廣播訊息時，此節點重播訊息期望可以獲得的額外訊號覆蓋區域也愈小，計數基礎方案是基於此觀察而提出的方法。

9.3 應用於移動無線隨意網路的廣播技術 • 9.3.3 區域基礎方法 • 如果節點距離傳送廣播封包的節點很近時，此節點重播封包所能得到的額外覆蓋區域相當小，區域基礎（Area-based）方法便是利用計算額外覆蓋區域，用以判斷節點是否需要幫助重播廣播封包。 • 距離基礎方案（Distance-Based Scheme）：此方案採用兩個節點之間的相對距離作為判斷是否重播的依據，當兩個節點距離愈近時，其可以獲得的額外訊號覆蓋區域就愈小。 • 位置基礎方案（Location-based Scheme）：如果我們能獲得每個節點的所在位置，便可用更精確的方式估計出重播訊息可帶來的額外訊號覆蓋區域。我們可以藉由判斷節點是否位於發出相同廣播訊息節點所形成的凸多邊形之中，來決定節點是否需要重播廣播訊息。

9.3 應用於移動無線隨意網路的廣播技術 • 9.3.3 區域基礎方法

9.3 應用於移動無線隨意網路的廣播技術 • 9.3.4 鄰居資訊方法 • 鄰居資訊（Neighbor knowledge）方法主要是利用節點的鄰居資訊，來決定哪些節點可以不參與廣播，減少重播的節點數目。另外，這些方法也都可以加入延遲傳輸功能，減少封包碰撞的問題。下列為一些使用鄰居資訊的方法： • 自我修剪泛濫式方法（Flooding with self-pruning）：此方法是最基本利用鄰居資訊減少節點廣播封包數量的廣播方法。每個節點必須擁有一個節點跳躍距離（1-hop）內的鄰居節點資訊。當一個節點要傳送廣播封包時，會將其鄰居資訊存放於廣播封包的標頭內。接收到廣播封包的節點，從鄰居資訊判斷重播封包是否可以傳送資訊給額外的節點。如果不行，則此節點不執行重播；反之，則重播廣播封包。 • 可變動廣播演算法（Scalable Broadcast Algorithm, SBA）：SBA 延伸上一個方法，每個節點需要知道兩個節點跳躍距離（Two hop）的鄰居資訊，但是不在封包的標頭加入鄰居資訊。

9.3 應用於移動無線隨意網路的廣播技術 • 9.3.4 鄰居資訊方法 • 多點傳達方法（Multipoint relaying）：由傳送端選擇哪些鄰居節點要負責重播廣播訊息。這些被廣播或重播傳送端指定的節點稱為多點傳達點，在此方法中，只有多點傳達點是被允許重播的，然而每個多點傳達點也會選取其一個節點跳躍距離內的鄰居作為多點傳達點。此演算法使用以下步驟挑選多點傳達點： • 找尋只能藉由某些個特定鄰居節點才能到達的兩個節點跳躍鄰居，將這些特定鄰居設定為多點傳達點。 • 利用目前的多點傳達點能到達的鄰居資訊，來產生一個覆蓋集合（Cover set）。 • 在剩下未選為多點傳達點的鄰居中，選擇一個能夠覆蓋最多不屬於覆蓋集合之兩個節點跳躍鄰居的節點。 • 回到步驟 2 繼續執行，直到所有兩個節點跳躍鄰居都被覆蓋為止。

9.3 應用於移動無線隨意網路的廣播技術 • 9.3.4 鄰居資訊方法 • 隨意廣播協定（Ad Hoc Broadcast Protocol, AHBP）：在 AHBP 中被指定重播的節點稱為廣播傳達閘門（Broadcast relay gateway），其選擇節點的資訊是在廣播封包中作記錄。AHBP 選擇重播節點的方式也和多點傳達方式相同。而隨意廣播協定與多點傳達方式主要的不同在於：在隨意廣播協定的方法中，因為兩節點跳躍距離內的鄰居資訊是位於廣播封包中，因此每個收到廣播的廣播傳達閘門，可以知道此廣播訊息有哪些鄰居也接收到，之後在選擇傳達閘門時不必將這些點納入考慮。

9.3 應用於移動無線隨意網路的廣播技術 • 9.3.5 群集基礎方法 • 群集基礎（Cluster-based）方法概念如下：假設每個節點會定期傳送封包讓其周圍的鄰居知道他的存在。因此，每個節點可以知道與哪些節點之間有連結、可以直接傳輸資料。每個節點都會有一個唯一的身份辨識值（ID）。在一個區域內擁有最小 ID 的節點會將自己選定為群集首（Cluster head），群集首及其周圍的鄰居形成一個群集，這些鄰居的節點稱為群集的成員，在一個群集中可以和其它群集溝通、傳輸資料的節點稱為閘道（Gateway）節點。

9.3 應用於移動無線隨意網路的廣播技術 • 9.3.5 群集基礎方法

9.3 應用於移動無線隨意網路的廣播技術 • 9.3.5 群集基礎方法 • 假設各個群集都已經被建立好。在一個群集中，群集首重播訊息的範圍包含群集中的其它所有成員。而若要將廣播訊息傳遞給其它的群集，則需要閘道成員重播此訊息給其它群集。但是，非閘道成員的節點則不需要參與廣播的操作，因此可以減少廣播風暴的問題。

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