网络服务协议（精选十篇）
网络服务协议 篇1
1 系统结构分析及功能设计
演示系统按设计主要分为三个部分：编码演示部分，数据链路协议演示部分，距离矢量路由协议演示部分。系统结构如图1所示。
整个演示过程是在一个由若干台虚拟网络设备组成的虚拟网络[6]中进行的。虚拟网络中所用到的虚拟网络设备包括虚拟计算机，虚拟交换机，虚拟路由器和虚拟通信线路等，其中的路由器都是工作中距离矢量路由协议上的。
2 详细设计
2.1 编码演示部分
在计算机网络[2]中，数据编码的类型有很多，如奇偶校验码、CRC检错码、海明纠错码等。本设计的编码演示部分主要演示工作在数据链路层的海明纠错码。这种编码是计算机网络中最实用最常用的，也是在学习过程中比较难以理解的。
2.1.1 海明纠错码详细设计
海明码(Hamming code)是一种典型的纠错码。它不仅可以发现某些错误，还能确定错误发生的位置并加以纠正。一个海明码的码字是由数据位和校验位组成的。海明码的编码规则是：码字中的每一位连续编号，从最左边位1开始，它的右边是位2，等等。编号为2的幂次方的位(1,2,4,8,16,…)为校验位。剩下的位(3,5,6,7,9,…)用数据位填充。校验与数据位的排列如图2所示。
海明码解码：一个码字到来时，接收方将计数器初始化0。再检查每一个校验位K(K=1,2,4,…)，看是否有正确奇偶性。若没有，接收方将K加到计数器上。若所有的校验位都被检查过后，计数器为0，即这些校验位都是正确的，则该码字作为有效码字而接受。若计数器不为0，即包含了不正确的编号。[2]海明纠错码演示界面设计如图3所示，整个界面由发送端、信道、接收端和信息提示区组成。海明纠错码的编解码的界面设计如图4所示。
2.2 数据链路协议演示部分
数据链路协议演示部分实现的6种数据链路协议包括：无限制单工协议，停-等单工协议，有噪声信道的单工协议，1位滑动窗口协议，使用回退n帧技术的滑动窗口协议和使用选择重传的滑动窗口协议。演示内容主要为通信的两方(发送方和接收方)在各种协议之下，如何进行协作及处理异常[5]。下面以单工协议为例说明。
三种单工协议的演示界面设计均如图5所示。演示窗口主要包含两个部分，参数设置区和结果显示区。
参数设置区：演示窗口的左部为参数设置区。用户可以通过该区根据需要设置一些演示参数，如传输超时时间，测试帧的数量，通信线路延迟和设置问题数据帧。结果显示区：演示窗口的右部为结果显示区。当用户单击了“测试”按钮后，演示程序根据协议算法在发送端和接收端之间发送数据帧，同时在结果显示区按时间先后顺序显示出通信线路上传输的数据帧信息，这些信息包括时间(精确到毫秒)，数据帧的发出端，数据帧的类型，以及数据帧的丢失损坏情况。
2.3 距离矢量路由协议演示部分
2.3.1 虚拟设备
距离矢量路由协议[3]演示部分是整个演示程序中最重要的部分。首先通过建立虚拟现实类，模拟出现实物理设备，再由这些虚拟设备构造一个虚拟网络。虚拟网络中各种物理设备(主要是计算机、交换机、路由器)通过虚拟的通信线缆连接起来。
1）虚拟计算机：
计算机是计算机网络中的一个重要节点，在本设计中虚拟计算机包括：一个复杂网络接口(包括物理层，数据链路层和网络层等)，如图6所示，一个数据包发送缓冲区和一个数据包接收缓冲区。根据OSI体系结构，计算机的网络接口实际上不至这三层，还包括传输层、表示层、会话层和应用层，这里仅为了演示需要，暂不虚拟上述四层。
网络接口的物理层负责把从它的上一层(数据链路层)传下来的数据送到通信线路上，和把从通信线路上的信息原封不动地送到上一层。网络接口的数据链路层保存着网络接口的物理地址(MAC地址)。数据链路层把网络层传下来的数据包封装成数据帧，送到它下一层(物理层)。数据链路层还要把从下一层传上来的数据帧进行验证，若接收的帧的目的MAC是本机MAC或者广播MAC，则接收，将数据传送到上一层，否则，丢掉该帧。
网络接口的网络层保存着IP地址和子网掩码属性。该层的工作就是，把从它的上一层(传输层)传下来的数据报文封装成数据包，数据包包括源IP地址和目的IP地址等信息，再把封装好的数据包送到它下一层(数据链路层)。另外，把从它的下一层传上来的数据包进行验证，如果接收到的数据报的目的IP地址是本机IP地址或是与本机相对应的广播地址，则接收该数据包，并把该数据包所携带的数据报传给它的上一层，否则，丢掉该包。
当计算机的网络层确认接收一个数据包后，便把这个数据包写入数据包接收缓冲区。如果用户要发送一个消息，则将封装好的数据包写入数据包发送缓冲区，等待发送。
2）虚拟交换机：
交换机负责局域网内数据的转发。在本设计中虚拟交换机所涉及到的内容包括：一个简单网络接口(包括物理层和数据链路层)，一个数据包转发缓冲区及相关部件。
当交换机网络接口的数据链路层确认收到一个数据包后，交换会将这个数据包写入数据包转发缓冲区，之后会从数据包转发缓冲区取出数据包进行转发，转发的方式有两种，一种是向整体局域广播该数据包;另一种是，先找到目标主机，再通过单播的方式进行转发，在设计演示程序的时候暂时将交换机的工作方式为广播转发方式。
3）虚拟路由器：
路由器负责数据在不同网络之间的转发，路由器的两个主要工作就是路由和转发。在本设计中虚拟路由器所涉及到的内容包括：一个复杂网络接口(包括物理层，数据链路层和网络层)，如图7所示，一个数据包接收缓冲区，一个数据包转发缓冲区。当路由器确认接收到一个数据包后，如果目标IP不是本身端口的IP，则对该包进行转发。路由还需建立路表并适时更新。
4）虚拟通信线路：
通信线路主要负责连接两个网络物理设备，建立起两个设备之间的物理信道。当线路的一端有一个数据时，线路负责把它送到另一端，如另一端没有设备，则丢掉丢数据。
3 界面设计与系统测试
3.1 界面设计
路由协议和网络整体演示集成在同一个演示界面中，如图8。
演示界面主要分为三个部分，主演示区、虚拟设备操作区和实时演示信息显示区。主演示区：这块区域展示了一个由四台虚拟计算机，两台虚拟交换机，四台虚拟路由器及若干通信电缆组成的虚拟计算机网络，每台虚拟设备都有一些操作按钮。虚拟设备操作区：这个区域有“关闭所有设备”、“重启所有设备”和“启用默认路由”三个按钮。实时演示信息显示区：用来实时显示虚拟设备的运行情况。
3.2 构造虚拟网络
演示程序中，首先创建若干个虚拟设备类实例，在本系统中我们实例化了4台计算机，2台交换机，4台路由器及若干根通信线路。各个设备之间我们通过调用设备类中的ConnectLine方法，将通信线缆接入到设备的网络接口中，通过通信线缆将各设备连接起来构成一个网络。如果想改变网络结构，还可以调用设备类的RemoveLine方法，把通信线缆拔出，再接上其它的线缆。本系统用到的虚拟网络结构如图9所示。
3.3 系统运行及测试
通过一个实例对系统进行测试，并看看该演示程序是如何模拟数据在网络中传输的。实例：从计算机A发送一条文本消息(如“Hello World”)到计算机D。
1)设置路由A到路由器D的通信电缆的线路延时为10，其余为默认的1，观察距离矢量路由协议效果，即在路由器A到路由器D两条通路中，信息会从哪一条通路转发。
2)依次开启计算机A、计算机D、交换机A、交换机B、路由器D、路由器C和路由器A。设备开启后，演示界面如图10所示，所有已开启的设备工作指示灯为绿色。
3)在计算机A的发送文本框输入“Hello World”字样，在目标端口代码框中输入“CD”字样，代表计算机D(ComputerD)，单击计算机A的“发送消息”按钮，消息开始在虚拟网络中传输。计算机A首先判断消息的目标IP是内网还是外网，在本例中是外网，消息直接被交换机转发到计算机A所指定的网关路由器A的端口0，路由器A查找路由表，并将消息转发到下一跳。如此下去，直到消息传到计算机D。计算机D收接到消息后，经过目标MAC验证和目标IP验证，最终确定接收该信息，并在虚拟屏幕上显示该文本消息。演示程序用红色背景标出了消息所经过的所有网络设备。
4 结论
本程序的设计定位为计算机网络教学软件，整个的系统设计和代码编写过程都围绕了一个目标，就是希望能通过这个软件，提高网络教学效率。本设计最终实现了三种编码，六种数据链路层协议，一个路由算法的演示。本设计的关键部分是网络通信整体演示部分。所有的网络设备通过计算机仿真技术和面向对象编程技术的结合方法，进行虚拟和仿真的。
参考文献
[1]百度百科.面向对象的程序设计[DB/OL].http://baike.baidu.com/view/324458.htm.
[2]Tanenbaum A S.计算机网络[M].潘爱民,译.北京:清华大学出版社,2004.
[3]Stevens W R.TCP/IP详解卷1:协议[M].范建华,胥光辉,张涛,等.译.北京:机械工业出版社,2000.
[4]王霞.基于虚拟软件的网络实验教学探究[J].科技信息:学术研究,2008(23).
[5]CAlan C B.Information content and communication in virtual reality[D].University of Illinois at Urbana-Champaign,2005.
居间协议服务协议 篇2
一、定义
1.居间服务：指一方为另一方提供的信息咨询、协调沟通等居间服务。
2.居间服务费用：指服务提供商向服务接受方收取的报酬。
二、合作模式
1.服务提供商应按照双方协商确定的时间、地点和方式，为服务接受方提供居间服务。
2.服务提供商应根据服务接受方的要求，及时提供相关信息的咨询和协调，确保居间服务的有效开展。
3.服务提供商和服务接受方应根据协议约定的内容，履行各自的义务和责任。
三、报价和条件
1.居间服务费用应按照双方协商确定的价格进行支付。
2.服务接受方应在协议约定的付款方式下，按照约定的时间节点及时支付居间服务费用。
3.如服务接受方未按时支付居间服务费用，服务提供商有权暂停提供服务，并按照协议约定的违约责任进行追究。
四、服务标准
1.服务提供商应确保居间服务的服务质量，确保信息咨询准确、协调沟通及时。
2.服务提供商应遵守职业道德和行业规范，确保居间服务的保密性和安全性。
3.服务提供商应及时处理服务接受方提出的问题和要求，确保居间服务的及时性和有效性。
五、知识产权保护
1.服务提供商应保护自己的知识产权和专有信息，并不得侵犯服务接受方的知识产权和商业秘密。
2.服务接受方应保护自己的知识产权和商业秘密，并不得侵犯服务提供商的合法权益。
3.如有知识产权纠纷或争议，双方应通过协商或法律途径解决。
六、争议解决
1.双方在履行本协议过程中如发生争议，应首先通过友好协商解决。
2.协商无果的，任何一方均有权将争议提交至协议签订地的人民法院进行诉讼解决。
七、其他条款
1.本协议的变更和修改应以书面形式进行，经双方协商一致后签署。
2.本协议自双方签字（或盖章）之日起生效，有效期为______（双方约定）。
3.本协议一式______份，双方各执______份，具有同等法律效力。
4.本协议未尽事宜，双方可另行签订补充协议，补充协议与本协议具有同等法律效力。
5.本协议的解除和终止应遵循以下原则：
a)若因服务接受方原因导致协议无法履行，服务提供商有权解除本协议，并要求相应赔偿；
b)若因服务提供商原因导致协议无法履行，服务接受方有权解除本协议，并要求相应赔偿；
c)若因不可抗力因素导致协议无法履行，双方协商解决，协商无果的，可依法解除本协议；
网络和存储协议的选择 篇3
关键词：10Gb以太网；网络协议；存储协议；FCoE
在面对一个IT网络存储项目时，到底是该采用全新的架构搭建，还是在现有架构上进行升级呢?这个问题我曾经很多次从理论角度进行权衡。很多人也许会觉得，搭建一套全新的架构可能并不困难，因为没有任何已有架构作为障碍或局限，而且IT管理员对新架构一般也不会反对。
而事实上，决定采用新架构是很艰难的决策。因为如今可供选择的网络和存储协议数量众多，与之相关的是选择网络和存储产品。而当我们讨论网络和存储协议这个话题时，经常会涉及到很重要的一个内容，即以太网光纤通道(Fibre Channel over Ethernet，FCoE)。有关FCoE标准的讨论一直就没有中断过。而目前市面上也只有一两家厂商的产品可供选择。但是我们应该意识到，FCoE绝不是一个完美的选择，为了达到我们的快速存储网络架构要求，将来可能还需要进一步对其进行升级和改进。
我想说的是，在如今的存储和网络市场上，可供选择的方案很多。我完全可以选择一些技术来实现一个标准的10GB以太网，而不是通过某种方案适应已有的光纤网。在10GB可选方案中，我会选择iSCSI+NFS的方式应对大部分需求。另外，在10 Gigabit市场上，除了传统的高成本的光纤通道SAN外，ATA-over-Etherenet(AoE)也是一个很值得选择的解决方案。
对我来说采用标准的10GB以太网架构之所以吸引我，是因为相同类型的架构也可以实现服务器网络。与其他方案相比，它更容易与传统的千兆以太网环境结合。
当然，在考虑选择哪种网络和存储架构时，另一个不得不考虑的因素就是IT预算。
网络服务协议 篇4
随着Internet和机器人技术的快速发展,基于Internet的网络机器人控制系统得到人们的广泛关注。网控机器人技术结合了传统的机器人控制技术与先进的网络通讯技术,可以被应用于危险环境下的远程作业、远程医疗、远程教学、远程监护以及传统生产模式的改造等众多方面,具有广阔的应用前景[1]。
自行开发的机器人网络控制系统可以实现数据的网络传输、异构机器人的接入以及在线控制。并通过了基于MotomanHp3机器人的实验研究。本文主要介绍网控机器人在Internet上进行机器人信息的传输技术以及设计的一种新的基于TCP协议的网络机器人数据控制协议。
1网控机器人系统中传输数据的分析
机器人网络控制系统平台中,网络传输的信息主要有2类,一是字符串、文本类信息,另一类为视频类的实时媒体信息。
(1)字符类信息
机器人的控制指令和位置反馈信息都属此类。这类信息要求数据传输正确、可靠。TCP[2,3](Transmission ControlProtocol,传输控制协议)是一个具有重传机制和拥塞控制机制的,面向连接的协议,具有高度可靠性,因此系统采用它作为字符类信息的传输协议。
字符流的通信选用Socket机制来实现。由于Soeket是将用户代码和协议底层实现隔离的编程对象,并且提供了连接任何流到通信接口的方法,这样就可以通过输入输出流来抽象网络层的具体操作,把应用程序与网络技术细节分开,只需考虑流的读写操作而不用关心网络的具体细节。
(2)媒体类信息
由于多媒体传输对实时性要求高,系统采用基于UDP(User Data Protocol用户数据报协议)的RTP[2,3](Realtime Transport Protocol.实时传输协议)传输。RTP是一个位于UDP之上的应用型传输层协议,本身只保证实时数据的传输,并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制,也不能提供流量控制或拥塞控制。RTP虽然没有TCP那么可靠,而且需要RTCP (Realtime Transport Control Protocol.实时传输控制协议)实时监控数据传输和服务质量。但是由于它传输时延低于TCP,因此能够与音频和视频更好地配合。而且RTP和RTCP配合使用能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳,故特别适合传送网上的实时数据。
2网络机器人数据控制协议的设计和实现
基于Internet进行控制的机器人控制信息和反馈信息比较复杂,针对不同的机器人有不同的控制命令和控制形式。因此如果需要机器人网络控制系统中接入多种不同的机器人,并实现不同机器人数据在网络上的传输,很有必要设计建立一个自己的机器人远程控制协议。
本文在此提出一个基于TCP协议之上的封装网络机器人数据控制协议,协议的具体数据结构如表1所示:
本系统的所有数据流都是以此为格式,在Internet上进行传输,下面是每一个字头的详细内容:
1.控制类别信息
控制类别信息是服务器端用于识别客户端发送何种类型的信息,根据不同的类别,分别发送给相应服务器的功能处理模块,可以进行扩展。
其中:
Initial Information:表示初始化信息数据包,此时数据包含有用户名和密码等登录和注册的必要消息。如果服务器端接受到此数据包,将会把此数据包发送给用户管理模块,由用户管理模块进行处理。
User Get Information:表示客户端请求获得服务器状态和机器人状态信息的数据包。服务器端接受到此信息,将会调用服务器状态反馈模块,把相应的机器人的位置信息和系统的信息定时反馈给用户。
Control Information:表示用户请求获得进行监督控制的数据包,数据包中含有具体的位置信息和控制信息。服务器端接受数据包后,将调用机器人监督控制模块进行解析。
Independence Information:表示用户请求进行自主任务控制的数据包,此数据包中包含了任务的名字和任务大小。服务器端接受此数据包后,会调用任务自主控制模块进行解析。
2.登录类型
表示用户登录的状态,分别是注册新用户、登录、修改用户、退出系统。
3.用户权限级别
Pviliege表示的是用户的级别,不同级别的用户拥有不同的控制权限。
数据定义:
其中:
Idle:属于普通用户,不能对系统进行控制,只能通过客户端进行现场视频信息的获取和机器人状态的获取。
Command And Emluator:表示可以进行命令控制模式,当接入虚拟现实系统后使用,反馈信息为仿真图像。对机器人是模拟操作,属于仿真环节。
Command And Video:表示可以进行命令控制模式,反馈信息为实时视频,对机器人进行实际操作。
Independence And Emluator:表示可以进行自主控制模式,当接入虚拟现实系统后使用,反馈信息为仿真图像。对机器人是模拟操作,属于仿真环节。
Independence And Video:表示可以进行自主控制模式,反馈信息为实时视频,对机器人进行实际操作。
当前用户状态表示的是用户当前操作所处的状态。
4.机器人类别
表示接入机器人网控系统平台的机器人,当有多个机器人接入时,用户需要选择具体的一个机器人来进行控制。本系统接入了两个MOTOMAN HP3机器人。
数据定义:
5.控制模式(ControlModel)
指的是在监督控制下,采用的是直角坐标系(Control=0)还是关节坐标系(Control=1)作为机器人的空间坐标系。
6.控制信号
用在监督控制模式下,采用直角坐标系,是发送给服务器端的控制命令,分别表示直角坐标系下XYZ3个方向的位移。Pause、Reset、Continue分别表示机器人进行暂停、复位和继续运行,在自主控制下发送的命令。此控制信号可以进行扩展。
数据定义:
7.速度信号
表示在监督控制模式下采用直角坐标系时,机器人每一次单位位移的大小,即机器人每响应一次命令所移动的位置量。
数据定义:
8.机器人状态和位置数据的结构
表示的是机器人接受的位置控制信息和机器人运动状态信息。可以根据不同的机器人终端进行相应的数据格式。
9.服务器返回的错误信息数据结构
表示在网络机器人控制系统中发生了何种类型的错误。
3网络机器人数据控制协议的解析
机器人网络控制平台系统的服务器和客户端通信的控制数据流都是基于此传输协议组建的数据包。在客户端和服务器端有相应的协议类进行数据包的组建和解析,对传输的数据包进行辩解码。
Information类就是此协议的具体实现。其中,RecoverOriginData ()方法是用来对协议进行初始化,AnalyzeString (Csring s)是用来分析接受到的数据包,解析成需要的控制信息、机器人状态信息和机器人位置信息。CoveyToString (CString&str)方法是用来组建要发送的数据包。SetRobotStatus(STATUSINFORMATION&status)和GetRobotStatus(STATUSINFORMATION&status)2个方法分别是对数据包设置机器人当前状态和解析数据包中的机器人当前状态。SetRobotPosition (POSTION&position)和GetRobotPosition (POSTION&position);2个方法分别是对数据包设置机器人当前状态和解析数据包中的机器人当前的位置参数。
此Information类完成了机器人网络控制系统中客户端和服务器端数据的编码和解码的工作,是网络机器人数据控制协议的具体实现。
对MotomanHP3机器人开展的实验表明,该数据控制协议能够有效完成机器人控制信息的传输。客户端机器人状态反馈信息如图1所示。
4结论
机器人网络控制系统研究对机器人技术的发展和应用都有着重大的理论意义和现实意义。此网络机器人数据控制协议是基于TCP的一种协议,继承了TCP协议的正确性和完整性,对网控机器人系统中的数据传输提供一种规范,为多机器人接入系统提供了技术前提。基于MotomanHP3机器人开展的实验表明了该数据控制协议的有效性。
参考文献
[1]刘振宝，辛洪兵，王文静．网络控制机器人技术及其控制系统的现状[J]．北京工商大学学报(自然科学版)，2006，24(3)：32-36．
[2]Steve Mack．流媒体宝典．北京：电子工业出版社，2003．
[3]丁展，刘海英，等．Visual C++网络通信编程实用案例精选[M]．北京：人民邮电出版社．2004，4．
电脑及网络服务协议 篇5
甲方： 法定代表人： 身份证号码： 地址：
乙方： 法定代表人： 身份证号码： 地址：
根据《中华人民共和国合同法》及有关法律、法规的规定，甲乙双方本着互惠互利的原则，通过平等友好协商签订以下电脑及网络维护服务协议：
第一条 甲方提供的服务内容：
1、硬件使用权包括：戴尔服务器、有线路由器、交换机、文件存储阵列柜、网线等。
2、软件使用权包括：信息系统、内部文件管理系统。
3、产品使用标准培训：甲方负责为乙方提供以上内容使用方法的标准化培训。
4、现场维护：甲方定期派遣技术人员到用户现场对乙方电脑设备进行日常维护和故障排除。
5、热线支持：甲方服务人员通过电话向乙方提供技术问题解答。
6、功能改进：指根据乙方要求对软件功能进行和改动。第二条 服务期限
本协议服务期限为2018年1月1日至2018年12月31日止。
第三条 费用及交纳期限
本协议服务费每月人民币 壹仟伍佰元整（小写：¥1500元），乙方需在当月十五日前向甲方缴清当月费用，甲方开具等额的合法发票。
第四条 甲方责任
1、甲方接到乙方通过电话，信函，传真，电子邮件等方式提出关于软件的服务请求后，在当日内给予响应并提供服务。
2、甲方提供给乙方的服务，必须按照合同规定的服务内容进行。
第五条 乙方责任
1、乙方应确保有专人对软件的使用和管理负责。
2、乙方应建立相关制度，以确保软件运行环境（包括计算机，打印机及相关硬件设备）的安全，为软件正常运行提供保障。
3、乙方定期做好系统数据备份，并对备份数据进行妥善保管。
4、乙方在应用过程中发现软件出现异常，应及时与乙方取得联系，并记录当前故障现象，便于乙方作出诊断。
5、乙方在甲方服务人员服务完成后，配合检查软件系统运行是否正常。
6、乙方依约按时交付租金，逾期不交者须缴交滞纳金，即乙方每逾期一天应按应交费用总金额的1%向甲方缴交滞纳金。
第六条 争议解决方式
本协议在履行过程中如发生争议，双方应友好协商解决；协商不成时，任何一方均可向房屋所在地人民法院起诉。
第七条 其他约定事项
1.本协议未尽事宜，甲乙双方可共同协商约定事项，并与本合同具有同等法律效力。
2.本协议一式两份，甲乙双方各执一份，在甲乙双方盖章后生效。
甲方(出租方）： 法定代表人： 开户银行： 账号：
日期：
基于WSN带状网络路由协议研究 篇6
关键词：无线传感器网络（WSN）；LEACH协议；拓扑结构；带状网络
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1674-7712（2012）14-0052-02
一、概述
二、路由协议分析
LEACH协议通过随机选举簇头避免了簇头过分消耗能量；通过簇头的数据融合有效减少了通信量，从而提高了网络生存时间。但该协议采用单跳通信，扩展性差，虽然传输时延较小，但要求节点具有较大通信功率，不适合大规模应用；即使在小规模网络中，离汇聚节点较远的节点由于采用大功率通信会消耗大量能量，导致生存时间较短；而且频繁的动态拓扑结构变化和大量额外的广播也会耗费很多能量。
（二）LEACH协议能量模型
（三）LEACH协议的不足
LEACH协议虽然是分簇类协议有着不可替代的优势，但仍有一些地方有待商榷，直接应用于长带状状网络还是有很多不适应的地方，仍需要根据具体的应用环境进行相应的改进。
（1）簇头的选择只遵循等概率，而没有考虑节点的剩余能量，如果一个能量较低的节点被选作簇头，就很容易因大工作量耗尽能量而失效，因而缩短了网络的生命周期。
（2）簇头是选取随机的，无法保证簇头节点的合理分布，如果某区域附近没有簇头节点时，该区域内的节点就要选择加入距离较远的簇，这样就增加簇头和簇内节点的通信距离，使得能量消耗增大。
（3）所有的簇头都是直接与汇聚节点通信，那么离汇聚节点越远的簇头能量就消耗得越快，生存时间就越短，整个网络也因此受到影响。工作面环境复杂，通信距离经过实测也就30m左右，每个节点都直接与汇聚节点通信是不可能的。如果只是简单的其之间采用多跳路由，那么离汇聚节点较近的节点因为多轮多次转发其他簇头的数据，能量消耗的更多。而且网络规模越大，节点数目越多，死亡越快，从而影响网络的生命周期。同时，由于数据向一个方向传输，会形成一头大一头小的“棒槌”式结构，这必然造成能量的不均衡分布。
四、改进的路由协议研究
（二）算法设计
L-P协议也是基于分簇的路由协议，但不同于LEACH，由于网络呈长带状分布，若采用单跳路由形式，距离汇聚节点远的节点能量很容易耗尽。故该协议采用簇间单跳的动态方式传递信息。簇头一旦确定，簇便随机建立，每簇的簇头就成为中继节点。这样就由簇头节点组成了多条能够遍历整个区域的簇头链，但路径质量和通信代价良莠不齐，而不同的无线传感器网络对于传输路径的能耗或可靠性的要求各有高低。因此通过对每条候选路径的能耗或丢包率的比较，最终确定一条符合要求的簇头链。如果数据融合量很小，数据流就会呈“棒槌”状，越靠近汇聚节点数据量越大，造成的“热区”问题。故本文利用非均匀分簇的思想，越靠近汇聚节点簇的规模越小，来解决“热区”问题，平衡整个网络的负载，提高网络的生存时间达到增加网络寿命的目的。
五、仿真与分析
六、结论
丢包率和存活节点数是衡量无线传感器网络可靠性和网络生命周期的重要指标。L-P协议在这两方面都要优越于LEACH协议，改进后的簇首选择机制，非均匀成簇方式和簇间通信机制的确提高了网络和协议可靠性，延长了网络生命周期。由此可见，改进后的L-P协议更适应带状网络的无线通信应用。
参考文献：
[1]任丰源，黄海宁，林闯，无线传感器网络[J].软件学报，2003，14（7）：1278-1291.
[2]李成法，陈贵海，叶懋，吴杰.一种基于非均匀分簇的无线传感器网络路由协议[J].软件学报，2007，30（1）：27-36．
文法推断网络协议状态机 篇7
文法推断的目标是利用文法导出的样本符号串来推断出文法。理论上该问题是不可解决的, 即使该文法为最简单的乔姆斯基文法 (Chomsky) , 即正则文法[2]。这是因为正则语言的实例本质上是无穷的, 而样本集不可能是穷举的, 从而证明该任务是不可能实现的。
样本集, 即正样本, 通常由特定字母表的串或序列组成。负样本, 即不属于目标语言的串集, 某些情况下有助于推断过程。正样本数据可以表示为前缀树接受器 (prefix tree acceptor, PTA) 。作为PTA的一个例子:{aa, abba, baa}如图2所示。
其中, {aa, abba, baa}是输入正样本集, aa, abba, baa是3个正样本数据, a, b表示数据样本的具体内容。
观测某些正或负的样本数据, 正样本S+来自正则语言L0, 假设正样本对于目标语言L0的规范自动机A (L0) 而言是结构完备的, 通过构造L (PTA) =S+来建立S+的前缀树接受器。负样本S-用于控制推论的自动机的过泛化。
在文法推断领域, 已经提出了一系列的文法推论算法, 这些算法可以根据目标语言 (文法) 来区分:3类语言 (即正则文法) 、2类语言 (上下文无关文法) 、1类语言 (上下文无关文法) 和0类语言 (短语结构) 。
如果把文法推断技术运用到网络协议推断领域, 需要假设所有的输入报文均可以描述为特定的文法表达式。然而描述网络应用层的语言往往比实际的语言复杂得多, 它涉及各种域, 例如长度域、方向域、指针域等。由于它的复杂性, 一般而言不能直接应用文法推论领域的任何已有结果。
1 相关领域研究状况
推断自动机、导出与训练样本一致的最小的DFA一直是文法推论研究的课题之一, 然而Gold已经证实了该问题是一个NP-完备 (NP-complete) 的问题[2];这也意味着解决该问题需要采用估计或启发式方法, 所以研究者提出了近似的或精确的算法来解决这个问题[3]。精确的方法在某种意义上可获得与训练集一致的最小DFA, 如MMM算法[4]、BI-CA[5]和EXBAR算法[6];另一类是估计的方法, 它采用基于状态融合的启发式方法, 而且并不确保所得的DFA为最小, 代表性的算法是BEAMS[3]。自动机与协议状态机本质上是一致的, 不同点仅在于协议状态机的状态转换包含协议定义的语义, 只要在状态转换间赋以网络协议相关语义, 即可把自动机相关理论应用于协议状态机的推断中。现今最广泛应用的协议形式化描述方法是有限状态机模型, 它具有描述直观、简洁、易于理解等优点, 所以在协议分析、协议测试等领域广泛应用有限状态机实现协议描述。
差错纠正文法推断算法 (error-correcting grammatical inference, ECGI) 是由Rulot和Vidal提出的渐进推论目标自动机模型的GI启发式方法[7]。ECGI算法组合使用外部统计方法和启发式方法, 它是基于差错纠正分析的方法, 不需要负样本支持。ECGI算法根据最初利用的样本数据创建一个初步虚拟自动机来建立一个假设的自动机。然后把每一个新的未识别的样本状态及其转换加入到该假设的自动机。差错纠正方法是根据输入样本在假设自动机中搜索最佳的路径, 然后在该路径上确定所要增加的状态和转换。所用的统计方法, 如Hamming或Levenshtein距离是用于确定哪条路径是最佳的。启发式约束技术在推断过程中用于去除假设自动机中的环路和回路。
文献[8]证明文法推断算法也适用于逆向工程协议状态机领域, 它采用2个文法推断的算法k-RI和k-TSSI、实现对两个协议 (POP3和SMTP) 状态机的逆向工程。
2 方法和系统实现设计
本节通过引入GI算法来学习DFA作为协议规范的描述模型。首先简要介绍RPNI算法, 然后给出本文所提方案的系统框架。直接应用现有的RPNI算法的结果是仅有一个状态的过泛化的DFA, 采用针对网络特性的启发式方法, 提出IRPNI算法, 以差异化的状态标记来控制状态的融合, 从而生成尽可能小的准确表达协议结构的DFA。
2.1 RPNI算法
RPNI算法是正则语言推断的熟知算法, 已经证明可用于识别目标有限状态机 (finite state automata, FSA) [9], 在给定的样本上、在某些额外的条件下以多项式时间复杂度完成该任务。首先从S+中的样本中构造一个PTA (S+) , 然后根据集Pr (S+) 的标准次序 (短的串在长的串的前面, 相同长度的串按词典编撰的次序排列) , 对PTA (S+) 的状态编号为0, …, N-1。接着在S-的控制下搜索PTA (S+) 状态集的划分空间。对应PTA (S+) 本身的初始划分为{{0}, {1}, …, {N-1}} (记为π0) 。在负样本S-与自动机保持一致的条件下、划分状态块递归地开展融合。该算法是确保找到与给定的样本相一致的有限状态自动机。然而RPNI不保证找到与给定样本一致的最小的FSA。RPNI算法的伪代码如下所示:
算法1 RNPI算法
RPNI算法的步骤如下:
1) 根据正例子集合构建前缀集合, 并对前缀集合进行排序。
2) 根据前缀集构建自动机, 尝试合并自动机的两个状态, 状态合并的顺序为:从i状态开始, i状态要与0状态到i-1状态逐个尝试合并;i状态处理完毕, 则转去处理i+1状态。
3) 若合并后产生的自动机是不确定的, 则要对不确定的状态进行合并, 直至生成确定的自动机。
4) 若合并之后的自动机能拒绝所有负例子, 则允许这次合并, 否则拒绝这次合并, 自动机返回合并前的状态。
5) 直到所有状态都不能合并, 则该自动机为终态最简的自动机。
下面以图2的PTA作为例子, 进一步阐述RP-NI算法的执行过程, 该过程体现为图3的状态融合步骤。
图3中的步骤1-1是图2的状态0和1融合的结果, 然而, 获得结果不是确定的, 状态0和8都可以接受a, 所以需要进行状态0和3进一步的融合, 获得步骤1-2的结果。步骤1-2的结果仍然处于不确定状态, 需要进一步融合状态2和4, 获得步骤1-3的结果。由于步骤1-3获得的结果是确定性的, 所以第1步执行完成。若使用了负样本, 假如有某个负样本在第1步获得的最终状态机中到达接受状态, 则该步骤的融合为无效。由于该例子没有给出负样本, 所以视第1步融合为有效。同样的道理, 算法执行了第2步, 分别获得步骤2-1、2-2、2-3和2-4的结果。步骤2-4所得的结果为终态状态机。从结果可以发现, 由于该例子没有引入负样本, 即没有引入负样本来规限算法的状态融合, 使得RPNI算法执行的结果为状态的任意融合, 最终获得仅有1个状态的状态机。
从标记的训练集 (即标记为接受或拒绝的样本串) 推断正则语言的一个通常的方法是发现与训练串一致的最小自动机。这样的技术不能直接应用到目前的问题当中, 原因是仅正样本可用 (所有会话标记为接受) , 所以与训练集相匹配的最小自动机接受消息类型的所有序列。为了避免这样一个过泛化结果, 需要限制使用特定域的假设空间。
2.2 算法系统框架
提出的算法的系统框架如图4所示, 由4阶段组成。第一阶段是消息格式提取, 在这里假设表示会话消息特征的逻辑特征标记符已知, 并且每个消息仅用一个逻辑特征标记符表示, 然后利用这些特征标记符对输入会话展开消息格式序列抽取, 这阶段输出结果是消息格式序列。
框架中的第二阶段是构造输入消息格式序列的增广前缀树接受器 (Augmented Prefix Tree Acceptor, APTA (S+) ) 。第三阶段是APTA的状态标记, 为了达到限制过融合的目的, 需要对消息格式类型进行分类。最后阶段用改进的RPNI算法导出有限状态机。其中最后两个阶段构成本文所提的改进的RPNI算法———IRPNI算法的核心。
2.3 IRPNI算法
以APTA作为构造协议状态机的开始点, 最终目标是发现与APTA一致的最小的DFA。本文引入状态标记算法分配不同的标记到APTA的状态中。为了发现目标DFA, 利用现有的算法 (即RPNI) 的改进算法———IRPNI算法, 从APTA开始, 通过依次融合状态对来实现。由于仅具有相同标记的状态可以融合, 这样就可以限制可能的融合。最后获取的最小DFA就是本文所需的目标状态机[10]。
状态标记算法的目标是发现在APTA中不同的状态。通过对这些状态分配不同的标记, 从而防止它们的融合。在本文工作中, 利用如下的关于网络协议的启发式方法可以完成状态的标记。
启发式方法1:根据观察, 在服务器-客户或P2P应用的会话开始阶段, 经常需要完成交互握手。应用会话必须使用基本的步骤来实现大多数的交互模式。一般而言, 在会话的头几个分组, 一般会发生关键的交互初始化步骤。例如, 在FTP协议执行过程中, 在其他协议命令可用前, 需要完成登录步骤;对于POP3, 在文件操作可以执行前, 需要完成一个“PASS”操作来建立一个连接。另外, 某些命令可以引致服务器从完成某些动作的一个状态离开。例如, 一个FTP协议中的“QUIT”命令是用于协议交互结束的命令。
启发式方法2:状态标记算法尝试去识别表示类似应用条件的状态, 即尝试去识别下列情况:在基于之前收到的消息序列, 程序处理类似命令。为了实现这个目的, 视类似的消息为相同的类型, 并分配相同的标记给这些消息, 从而从这些观测的应用会话中提取简单的模式。
启发式方法3:要处理类型m消息的某个状态下的服务器, 它需要一个先决条件:它必须首先收到一个类型r的消息。即这个类型r的消息总是在类型m消息之前发生。换言之, 在所有的应用会话, 类型r的消息在类型m消息前出现。在应用层网络协议的一个共同的模式是一个消息或一个消息序列必须在服务器完成某个动作前发送, 网络协议需要在消息m前发送, 连接建立或登录消息就是这种情况的具体例子, 所以需要去捕捉这种前导模式。
下面以一个FTP应用会话的实例阐述所提的应用启发式方法实现的状态标记策略。从FTP协议的某个应用会话可以导出它的操作符格式序列为:220→USER→331→PASS→230→CWD→250→TYPE→200→SIZE→213→PASV→227→PORT→350→RETR→150→QUIT。该序列对应的APTA如图5所示。
根据上述的启发式方法, 对应图5的会话样本的状态标记树如图6所示。
在图6中, 会话的开始, 即220→USER→331→PASS→230, 是会话的初始化阶段, 每个状态保持不同的标记;接着的会话是相类似的操作, 即CWD→250→TYPE→200→SIZE→213→PASV→227→PORT→350→RETR→150, 所以用相同的状态符号对来标记它们;最后QUIT引致会话的结束。
在本文工作中, 明确了不同标记的状态不能融合。在本文的训练集中, APTA的所有状态是标记为接受的, 若直接应用现有算法, 只能得到一个仅含有一个状态的过泛化的DFA。为了解决这个问题, 引入一个算法, 如上面所述, 给APTA中的状态分配不同的标记, 以防止过泛化。为此, 本文嵌入状态标记方法到RPNI算法当中, 提出IRNPI算法来实现既定的目标。IRPNI算法的伪代码如下所示:
算法2 IRNPI算法
3 评估
在本节, 给出本文所提方法的实验评估。通过执行3个不同的协议 (HTTP, SMTP, BT) 来评估该方法, 所使用的训练集如表1所示。首先把本文提出的方法IRPNI与原RPNI方法做一个分析比较。另外, 给出了应用IRPNI算法导出的DFA, 并且评估所生成的协议规范的质量。
由于所使用的训练集, APTA的所有状态标记为接受。因而直接应用现有的RPNI算法所获的结果是仅有一个状态的过泛化的DFA。另外, 即使使用了负样本, 采用现有的RPNI算法来学习推论有限状态机, 所得的结果也是一个过泛化的DFA。如下的测试证实了这个结论。在实验中, 正样本是HTTP协议的网络流量, 负样本是FTP协议的网络流量。使用RPNI算法来推断HTTP协议的DFA, 所导出的DFA如图7所示。我们发现所导出的DFA是一个过泛化的状态机。该结果表明HTTP和FTP协议的本质差异, 即FTP作为负样本, 无法起到规限RPNI算法中状态的融合。很清楚, 该DFA无法描述HTTP协议的结构。
应用本文所提IRPNI方法导出的DFA, 如图8~图10所示。从这些结果可以发现, 由于嵌入了状态标记策略, 引入了差异性的状态标记, 不同标记的状态禁止融合, 在消除状态冗余、获得尽可能小的DFA的同时, 保留了反映协议本质的状态机结构。
Λ={GET, HEAD, POST, PUT, OPTIONS}, Δ={HTTP/1.1, HTTP/1.0, HTTP/0.9}
下面通过测试运行从实际网络采集获得的HT-TP、SMTP和BT协议的网络流量, 证明所导出的DFA的稳健性。根据训练与测试使用不同数据集的原则, 测试所用的网络流量不再使用表1中所列的数据集, 而是使用表2所示的网络数据流量样本。将这些流量作为输入, 由前文推断所得的DFA开展分析测试, 到达这些DFA的接受状态的比率如表2所示。
在总的4 844个会话中, 成功分析4 597个, 比例达到94.9%, 可见获得相当高的分析成功率。人工检查不能成功分析的其余247个会话 (5.1%) , 主要是由于数据包发生了传输错误 (如丢包) 等数据传输原因引起的, 从而导致算法对该部分会话的分析失败。
4 讨论
在本项工作中, 采用改进的文法推论方法IRP-NI从应用协议的网络流量中提取协议状态机, 并且给出初步的评估结果, 证明了所提方法的有效性。总的来说, 在目前的工作中存在以下限制。首先, 该工作仅导出几个协议, 没有在其他协议上实践该算法, 但从几个协议的结果也可初步证明了该工作的基本有效性。另外, 仅获得在目前分析中使用的消息所包含的结构, 而不能获得其他隐含部分的协议状态机, 可见系统所获的结果欠缺完备性, 这方面也与上述Glod所获的结论一致。另外, 在目前工作中所导出的DFA的精度对于更复杂的协议特别是未知协议来说是不足的。因为所提取的DFA总的来说取决于所提出的消息格式的准确度, 即所选的关键特征元素的准确性。确定一个标准去选择关键消息格式元素是一项困难的工作。
5 结论
本文应用改进的RPNI算法———IRPNI算法, 从网络数据流量中导出协议规范, 并将该规范表示为DFA模型。文中首先分析了现有RPNI算法的局限性, 然后提出本文的改进方案———IRPNI算法, 根据网路协议特性, 把启发式的差异化的状态标记算法嵌入该算法中, 使得状态融合结果体现网络协议的结构特征。最后的实验评估结果证实了所提方法的有效性。
参考文献
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[6] Oehlert P.Violating assumptions with fuzzing.IEEE Security and Privacy, 2005;3 (2) :58—62
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[9] Oncina J, Garcia P.Inferring regular languages in polynomial update time.Pattern Recognition and Image Analysis:Selected Papers from the IVth Spanish Symposium, Granada, Spain, 1990
网络服务协议 篇8
无线移动Ad Hoc网络 (MANET) 是指一组带有无线收发装置的移动节点组成的一种多跳的、临时性的自治系统。整个网络没有固定的基础设施和管理中心。所有节点都具有终端和路由的功能, 并且都可以用任何方式动态地保持与其他节点的联系[1,2,3,4,5,6]。
由于Ad Hoc网络连接的不可靠性和网络拓朴结构动态变化, 单一路径的Ad Hoc网络路由不能获得太大的通信率, 在Ad Hoc网络中采用多路径路由可获得更高的稳定性和通信率, 同时网络的安全性也十分重要。
AODV是无线Ad hoc网络中的一个单路径按需路由协议, 它使用了四种报文, 由路由发现阶段和路由维护阶段组成。AODV借助动态源路由协议 (DSR) 中基本路由建立和维护机制和DSDV (目标序列距离矢量) 路由协议中的逐跳法路由向量。为避免出现路由环路的问题, AODV在控制包中使用精确的序列号。AOMDV是AODV协议的扩展, 用来进行多路径路由选择。AOMDV对多路径路由主要引入了广播跳数并修改了AODV的路由发现机制。它将AODV协议用于计算多个无环和不相交路径的扩充, 为跟踪多个路由, 每个目标节点的路由实体中都包含一个下一转发的清单和相应的跳数。所有的下一转发都有相同的序列号。对每一个目标节点, 节点中都包含这个已知的跳数, 即所有路径的最大跳数。这个跳数被用来发送目标节点的路由通知。
在无线Ad hoc网络中, 很多应用都要求提供QoS支持。QoS是对网络提供给用户的服务性能水平的测量。迄今为止, 大多数文献中提供的解决方法都是基于两个参数来提供QoS保证:吞吐量和延迟, 其中, 以吞吐量居多。
1 多路径路由发现过程
AOMDV[7]是一个基于距离矢量的按需多路径路由协议, 主要包括两部分:路由请求和路由维护。
在多路由发现和建立阶段, 它和AODV相同。图1中, 现有3个路由, 当源节点S接收到RREP包, 第一个到达的RREP包被无条件接收, 前向路由被接受, 这个路由通常和AODV路由相同。我们用传输延迟作为参数。例如, 前向路由选择按以下方式执行:当重复的包的发送时间等于或大于路由表中的最后信息时间, 这个包将被接收, 一个前向的路径被接受。图1中给出了多个路径的发现过程。
我们的QBSRP协议修改了基本的AOMDV协议, 增加了在源节点和目标节点间发现多个节点不相交QoS路径的机制。为了计算到达目标节点D的基于QoS考虑的多条路径, 源节点S生成一个QoS路由请求包 (QRREQ) , 将Bmin (最小吞吐量) 和Dmax (最大延迟) 作为该应用的QoS需求参数。当某次传输需要一个路由到达某目标节点而无路由可用时, 源节点通过生成一个路由包RREQ并广播它来发起一个路由发现进程。一旦源节点的任一个邻节点接收到RREQ包, 首先, 它的地址将被写入该RREQ包的“上一跳”信息域, 该信息域可用来检测链路不相交反向路径。然后, 更新RREQ包的路由表记录形成一个反向路径。最后, 节点会对RREQ包做一些调整:如增加跳数并广播该信息。
一个中间节点仅接收具有不同“上一跳”的RREQ包, 并且其跳数不能大于路由表记录中的通知跳数, 即第一个RREQ包到达某个指定目标节点的最长可用路径长度。然后像源节点的邻节点一样重复上述两个步骤。因此, 在中间节点, 到达相同目标节点的多个相反路径形成, 并列入其路由表中。
目标节点会接收所有的RREQ包, 但是只为具有不同“上一跳”的RREQ包建立反向路径。图2中给出了建立反向路径过程的例子。
一旦目标节点接收到一个RREQ包, 它会回应一个路由包RREP (路由应答) , 即使该RREQ和以前的RREQ包有相同的“上一跳”。在目标节点将该RREP发回给它的邻节点之前, RREQ包中的“上一跳”信息域必须被写入RREP包的“ACK”域, 来处理“路由断连”问题。这一点和AOMDV协议不同, 在我们的机制中“ACK”域会被看作一个标准。图3给出了一个建立前向路径的例子。
2 网络模型
网络通常可用一个加权有向图G= (N, E) 来表示, 其中N代表节点集合, E代表节点间的通信链路集合。|N|和|E|分别代表网络中的节点数量和链路数量。不失一般性, 只有有向图在一对有序节点间存在最多一个连接。
我们考虑从一个源节点到多个目标节点的有带宽、延迟和丢包率约束的多路径路由问题。M={n0, u1, u2, …, um}N是形成源到目标节点的多个路径的集合, 其中n0是源节点, U={u1, u2, …, um}是目标节点集合。多路径T= (NT, ET) , 其中NTN, ETE, 从源节点n0到每一个目标节点u∈U都存在一个路径PT (n0, u) 。对任何连接e∈E, 我们可以定义相同的QoS参数:代价函数C (e) , E→R, 丢包率函数L (e) , E→R, 延迟函数D (e) , E→R。
定义1:多路径T的代价:
定义2:多路径T的延迟是从源节点n0到每一个目标节点u∈U的延迟的最大值。
定义3:假设最大延迟约束是D, 给定一个多路径需求R, 带宽-延迟约束的多路径路由问题就是找一个多路径T, 满足:
(1) 延迟约束:D (T) ≤D.
(2) 丢包率约束:L (T) ≤L.
假设S (R) 是满足以上条件的集合, 则我们找到的多路径是:
3 安全协议的设计
根据文献[11, 12]考虑防御外部恶意节点, 在报文部分、位置服务器选择和查询、位置服务器更新等方面作一定处理。
如HELLO报文的发送节点为A, 则报文格式如下:
[HELLO, IDA, LA, SpeedA, NLA, FPA, MAC{IDA, LA, SpeedA, NLA, FPA}hAi, hAj], 其中j
在新协议中, 对HELLO报文的广播认证采用一种基于TESLA的方案。在各个节点中, 都存放单向散列函数链的反向数列作为单向密钥链。节点A选取随机数x, 用单向散列函数求出散列链h1 (x) , h2 (x) , ……, hm (x) 。然后将hm (x) 作为hA1, h1 (x) 作为hAm的方法, 形成单向密钥链hA1, hA2, ……, hAm。
认证过程如下:
1) B->A:[AUTH, CertB, {hAj}K-1B]
2) A->B:[AUTH, CertA, {hAj}K-1B]
如果认证过程完成后, B确信刚才收到的HELLO报文确实是合法节点A发送的, A也相信B是收到其H ELLO报文的合法节点。在认证信息中, 还可以加入当时的时间戳, 以满足TESLA方案对节点间时钟同步的要求。
使用基于CONFIDANT的安全机制来遏制内部节点的破坏行为。
当节点i观察节点j, 在下列两种情况下更改第一手安全信息:
1) 接收并检验节点j发送到i的报文。
2) 监听节点i要通过节点j转发的报文, 检验转发后的报文是否合法且未被篡改。
第一手安全信息使用Fij来表达。如果观察到的行为正常, Fij加x, 如果观察到的行为属于异常行为, 那么Fij减y (为了保证系统能快速地检测出内部背叛节点, 要求x
4 AOMDV的QoS
本文中, 我们使用延迟约束, 带宽约束、丢包率约束等去扩展加强AOMDV协议的QoS, QoS通过增加这些约束于AOMDV协议的RREQ和RREP之中来确保和加强多路由能力, 因而, 我们必须在路由表中对下列项目适当扩展:
·最大延迟D;
·最大丢包率L;
·源请求延迟列表;
·源请求丢包率列表达式
在图5中, 列出了QoS延迟请求与响应的基本过程。
针对一个QoS请求 (RREQ) , 目的用与其NTT (Node_Traversal_Time) 相应的初始延迟发送一个RREP分组, 每一个中间节点在前向传送RREP之前, 将其自己的NTT加到延迟域并在相关目的节点路由表中记录下该值。这种新的进入允许中间节点通过比较路由表的最大延迟域与被传的扩展值来回应下一个的RREQ。中间节点的回应是及时有效的, 因为过期的路由从路由表中根据活动路由超时参数 (Active_Route_Timeout) 被删除了。
5 实验仿真
为了较好地评价QBSRP协议的性能, 我们使用NS-2[11]仿真软件对QBSRP协议进行仿真实验。
在Ad Hoc网络仿真模型中, 每个节点的连通度为4, 总的节点数在20～100之间, 分布于1000米×1000米的范围, 节点随机移动, 每个节点的信号发射半径均为100米, 在每一对邻接节点之间都存在双向连通。我们使用随机通点移动模式, 即经过等待一段时间间隔后, 节点按0～10米/秒的任一速度随机移动到某个位置, 然后再按此规则移动到另一位置。发射模式发射的比特率从[300kb/秒, 1000kb/秒ps]。
网络中链接路由的初态是:链接路由的延迟随机地处于5毫秒～30毫秒, 带宽300kb/秒～1000kb/秒, 丢包率是0～0.1。仿真过程中, 源节点和目的节点处在多路径中, 随机选择, 延迟约束是100毫秒, 丢包率约束是0.05。
图6是节点移动速率与平均点对点延迟的变化模型, 从中可以看出, 基于QoS约束多路径路由协议算法能降低节点间的延迟开销, 但不基于QoS约束多路径路由则较差。对于AOMDV, 延迟难以限定, 在节点以20米/秒移动时, 延迟最大达到190毫秒。
图7描述了在不同数量中断攻击者的情况下, QBSRP的分组传递率比GLS (Grid Location Service) 效果要好, 高出40%左右。
图8描述了点对点的延时与中断攻击者数量之间的关系, 可以很清楚地看出, NGLS协议的延时比QBSRP协议明显要高。
6 结语
我们在AOMDV在基础上, 提出了一个基于QoS多路径安全路由协议, 并对有关指标进行了计算, 给出了比较和评价检查从仿真结果可看出, 提出的QoS多路径安全路由协议在服务质量和安全性二个方面得到了较为满意的结果, 本文的工作受到湖北省教育厅重点科研项目课题资助 (D20102205) 。
摘要：无线移动Ad Hoc网络的服务质量和安全性问题是非常重要的应用性问题。本文分析了AODV和AOMDV协议的一些基本特点, 在考虑安全网格定位服务的思想原理上, 综合提出了一种新的基于服务质量的安全路由协议 (QOS-Based Secure Routing Protocol, 简称QBSRP) , 仿真计算表明, 本文提出的方法有效, 富有前景。
家庭网络技术及相关协议 篇9
各种调研材料和统计数据表明,传统的家电正向数字化、信息化、智能化、自动化、网络化的方向发展,而由于计算机、通讯、消费电子(Computer,Communication,Consumer Electronics,称为3C)技术上的融合导致产品功能(话音、数据、多媒体、通信、控制和管理)的融合,信息资源在个人终端上得以整合,用户可以直接面对一个集中信息平台进行操作,设备和信息之间实现无缝的链接,信息在家庭内部终端与外部公网及家庭内部终端之间充分流通和共享。这种3C的融合产品代表了家电产品未来的发展方向,可称之为“网络家电”。网络家电可以实现内部互联和外部接入组成“数字家庭网络”。
家庭网络主要管理以下两个方面:一是对电器设备进行自动化监控,对能源进行优化管理与控制,如家电开关、空调调节、灯光控制、声音调节、温度控制、湿度控制、安全和保安管理及水、电、气3表自动计费和转账管理等。二是对数字设备实现互联,如计算机、多媒体计算机、电视、摄/录像机、VCD/DVD和数码相机等娱乐设备,对外实现与互联网连接,实现远程监控、教育、医疗、存贷、购物等。
1 相关组织联盟
1.1 e家佳
e家佳的“数字电视接收设备与家庭网络系统平台标准”为中国第一个家庭网络推荐性行业标准。e家佳于2004年7月成立,囊括了海尔、同方、网通、上广电、春兰、长城等200多家国内外成员单位,其制定的标准涵盖了主干网通信协议、网络系统体系结构及参考模型、控制子网通讯协议、控制子网一致性测试等规范。其显著特征是实现了家电、计算机、通信设备的相互关联。
该标准共包含六项标准:家庭控制子网接口一致性测试规范、家庭控制子网通讯协议规范、家庭网络设备描述文件规范、家庭网络系统体系结构及参考模型、家庭主网接口一致性测试规范和家庭主网通讯协议规范。e家佳标准以其先进的技术性和高度实用性,在获得用户和国家认可的同时也赢得了国际上的注目。e家佳的会员单位涵盖了消费电子、半导体、通讯、IT、安防、建筑、网络运营、软件等众多行业,形成一个巨大完善的产业链,产品与3C、ISP和房地产等市场领域息息相关。
1.2 闪联
闪联的主要工作目标是在有限范围网络域(有线、无线)内,支持多种信息设备、家用电器、通信设备之间的设备自动发现、动态组网、资源共享和协同服务。
闪联全称是“信息设备资源共享协同服务”(Intelligent Groupingand Resource Sharing,IGRS),标准工作组于2003年7月由联想、TCL、康佳、海信、长城五家企业发起、7家单位共同参与正式成立,其目标是在“多种信息设备、家用电器、通讯设备之间的设备自动发现、动态组网、资源共享和协同服务”方面进行标准化工作。实际上闪联的1.0版标准主要是解决了智能互联的问题,资源共享和智能应用仍有待于进一步的研究。闪联目前已有40余家成员企业,其1.0标准也已被信息产业部批准为国家推荐性行业标准。
1.3 DLNA
DLNA(数字生活网络联盟)主要是推动设备兼容性的一个标准化组织,它并不专门为家庭网络开发具体的通信技术和协议,主要是从已有或正在开发中的规范进行选取和限定,发布产品互通设计指导,从而达到不同产品互通的目标。
DLNA是一家非赢利性贸易合作组织,其前身是DHWG(Digital Home Work Group),旨在根据开放式工业标准制定一个设计指南互操作性框架,以实现跨行业的数字融合。2003年6月,它由17家创始成员组成,包括富士通、惠普、英特尔、联想、IBM、Kenwood、松下、微软、NEC、诺基亚、飞利浦、三星、Sharp、索尼、STMicroelectronics和Thomson等。全球目前已有200多家不同行业的公司加入DLNA。华为、中兴、联想作为中国企业也成为了其成员。
DLNA标准组织主要是采纳成熟的业界标准作为自身的提案,大大促进了标准的建设;2004上半年,DHWG的标准趋于完善,推出了HNV1互通性测试标准;2004下半年,DHWA更名为数字生活网络联盟(Digital Living Network Alliance),将工作的重点由标准的建设迁移到产品的互通性测试阶段。
DLNA目前已经发布了家庭网络设备互操作性指南的1.0版,并且2005年3月28日还在中国举行了一次关于该指南以及DLNA组织的研讨会,1.0版主要侧重于在网络家电设备、家用电脑和移动设备之间实现互操作性,以支持涵盖图片、视频和音频等的媒体应用。从1.0版看来,DLNA目前的领域还比较狭窄,主要集中于设备互操作性的支持,在家庭控制、家庭管理、服务质量、安全、版权保护、网络通信等很多家庭网络的领域都没有考虑。
从总体上看,DLNA(UPnP)的范围是仅限于在家庭内部,其目的是实现家电、计算机、通信设备的智能连接。闪联(IGRS)与DLNA(UPnP)的主要区别在于:闪联不仅实现设备间的智能互联,更重要的是实现设备的资源共享和协同服务,更加注重应用,IGRS为各种特定应用制定的相应框架为最终应用程序开发提供了更进一步支持。而从工作范围上来讲,闪联标准的范围不仅限于家庭,而且包括企业中的应用以及社会上相关资源的协同应用。从目前双方达成的共识来看,两个标准存在着很强的互补性,其工作组也正在就下一步的合作进行相互探讨。
1.4 ITU-T
ITU在家庭网络方面的主要研究领域集中在以家庭网关为核心的网络架构、家庭网络的Qos、安全机制以及家庭网络相关的电信业务的研究上。
ITU-T是国际电信联盟电信标准化部门,成立于1993年,它的前身是国际电报和电话咨询委员会(CCITT)。ITU-T研究和制订除无线电以外的所有电信领域标准,分为16个研究组。国际电联ITU-T中的SG9最早涉足家庭网络的标准领域,由于SG9的工作主要是围绕有线电视领域,因此,ITU-T已发布的关于家庭网络方面的建议书主要是关于有线数字电视系统的。随着世界范围内家庭网络研究的兴起,在SG9的发动和组织下,ITU-T于2004年6月在日本东京开展了以家庭网络和家庭业务为主题的WORKSHOP。
ITU-TSG5在下一研究期的工作计划中专门建立了课题P/5:家庭用网络。其主要的研究任务是各种家用电器(诸如TV,VCR,DVD,电冰箱等)、布线系统(如配电线和电话线)、无线局域网(LAN)系统、xDSL系统、有线局域网等紧挨着使用所产生的电磁环境的特性,用于家庭环境的电信设备的电磁兼容性(EMC)要求,家庭环境中电磁问题的减轻方法等。下一研究周期的主要任务是起草关于“家庭网络系统的EMC、耐受性和安全性要求”的系列新建议。
在ITU看来,家庭网络作为端到端的电信网络的最后一段,如何规划、定义和规范这一段网络来最终实现提供多样的电信业务,是ITU在家庭网络方面工作的主要目的。
ITU-T目前对家庭网络已通过的相关标准有:J.126(2004)嵌入的电缆调制解调器设备规范;J.190(2002)支持基于电缆业务的家庭媒体网体系结构;J.191(2004)增强电缆调制解调器的IP特性包;J.192(2004)支持电缆数据业务提供的家庭网关;J.193(2004)下一代机顶盒要求。
1.5 UPnP
UPnP(UniversalPlugandPlay——通用即插即用)是一种能够自动发现,配置和设备控制,并且建立在IP网络基础上的网络协议。
UPnP论坛于1999年10月18日创建,目前全球有超过700家企业和组织加盟,其核心成员是Sony,Can-non,Samsung,LG,TCL(Thomson),Nokia,Panasonic,Siemens,IBM,HP,Intel等19家公司,中国的成员包括方正,联想,海信,同方,华为等公司。UPnP论坛的成员无须交纳会员费,而且其成员都可以免费使用UPnP技术。
UPnP具有如下特点:UPnP是面向易用性设计的“数字家庭”(DLNA)网络协议集的核心部分,设备连入“数字家庭”网络的最普适的方式,是设备通过“数字家庭”网络通信的公共协议,建立在被广泛接受和普遍适用的互联网协议之上,来自不同厂商的设备非常容易就可以工作在一起,从而实现“任何时间,任何地点”的内容共享和计算。UPnP从设备的寻址、查找、控制、事件、表现五个方面定义了设备间互操作机制。UPnP针对IP网络中的设备自动寻址问题采用了AutoIP(自动IP地址分配)机制,针对设备间的相互发现问题采用了SSDP协议(简单服务发现协议),UPnP的主要设计目标集中在如何实现对计算设备的简单控制上。
迄今为止,很多国际组织,如DLNA,NMPR,IGRS已经宣布兼容UPnP的网络协议框架。UPnP技术在IP(传输层)以上、应用层以下,所以与具体的物理接入手段和应用无关,为了拓展UPnP在家电控制、网络接入、自动控制、Wlan等领域的应用,相继成立了Wlan Access Point,HAVC,Internet Gateway,Device Security,QoS,Light Control,Scanner External Activities,Printer Device,RemoteU/I等子工作组。
1.6 ECHONET
ECHONET(Energy Conservationand Homecare Network)是在家庭监控应用方面具有代表性的标准化组织,该组织的目标是为家电、传感器和控制器提供通信接口和协议,达到减少CO2排放,减少医疗费用,建立安全无障的社区的目的,其研究内容包括用于ECHONET的通信中间件、通信接口、通信协议等。
该组织目前发布的标准包括ECHONET Specification Ver2.11,家庭网关应用及业务,主要实现家庭监控应用。ECHONET协会成立于1997年,主要目标是开发标准化的家庭网络标准规格,并应用至家庭能源管理、居家医疗保健等服务上。ECHONET的家庭网络架构由ECHONET控制装置、ECHONET Router、ECHONET机器设备所构成,采用无线方式或电力线方式连接家中的空调、冰箱、照明器具、保全传感器及家庭医疗设备的网络。
1.7 UOPF
UOPF(Ubiquitous Open Platform Forum)“泛在开放平台论坛”,是一个借助IPv6推进网络家电互联互通的业界组织。其目标是制订通过家庭内部网络及互联网等实现数字家电互联的标准,让任何使用者都能简易操作连接到宽带网络的数字家电。
该组织是2004年2月11日由日本的松下、Sony、NEC、东芝、三菱、三洋、先锋、日立等10家电子厂商和NTT等4家互联网服务商成立,该组织是由NTT牵头的,NTT在此之前制订了一个实现网络家电即插即用的协议——“m2m-x”,分析认为UOPF的成立明显是NFF想借助这样一个中立组织来推行m2m-x作为网络家电连接的标准方式。可以看到UOPF和DLNA的部分目标是重合的,但显然UOPF专注于家电互联互通方面。日本的企业近几年一直在积极推动建立统一标准,一只脚踩在UOPF日本标准上,另一只脚踩在DHWG国际标准上,目的只有一个,就是要在家电、电脑、电影、音乐和游戏等各个行业实现利益最大化。
1.8 OSGi
OSGi(Open Services Gateway initiat-ive)的目标是带有家庭自动化应用的住宅互联网网关,现在应用领域扩展到数字移动电话、汽车(BMW的X5系列)、信息通讯业务、嵌入式的电器、家庭网关、工业计算机、台式计算机、高端服务器等。OSGi于1999年3月成立,由IBM发起,现有成员40多个。
OSGi规范是一种基于Java平台的技术规范,它为服务提供者、开发者、软件供应商、网关操作者、设备供应商等提供一个开放的、通用的框架结构,使得他们能以协同的方式进行服务的开发、配置和管理。OSGi规范为网关平台执行环境描绘了一个应用编程接口(API)标准。这些API涉及服务生命周期管理、内部服务依赖性管理、数据管理、设备管理、客户访问、资源和安全管理等。使用这些API,最终用户可以以命令的方式从服务提供者那里获得基于网络的各种服务,而网关可以管理这些服务的安装和配置。
2 网络技术核心产品——家庭网关
各个不同的联盟的成员企业根据各自标准都推出各自的家庭网关产品。家庭网关是家庭网络与外界相连的门户,从逻辑上看,它可以分为IP网关和服务网关两部分。IP网关的主要功能是实现Internet连接共享、作为防火墙、DHCP服务器和NAT(Network Address Translation)服务器。服务网关的主要功能是为家庭网络的服务提供一个开放的、通用的管理环境和集成平台。服务网关这一概念主要源自OSGi规范。
根据对功能集成方式的不同,可分集中式家庭网关和专用型网关。
2.1 典型的家庭服务网关产品
(1)集中式网关
集中式网关倾向于在一个宽带网络上集成视频、音频和语音应用,如高级的机顶盒产品、Motorola的DCT-5000、Scientific-Atlanta的Explorer2000、NextLevel Communication的LP系列N3家庭网关。近来市场上出现一种新型集中式网关,它集成了一个宽带Modem(DSL或Cable Modem)和一个家庭网络解决方案(如HomePNA或HomeRF的解决方案)。这样的网关有Cisco System公司的Internet家庭网关,2Wire公司的HomePortal,爱立信IPTV解决方案、ShareGate公司的ISIS/Jupiter网关以及Caymen System公司的3220HW网关。
(2)专用型网关
专用服务网关所允许的应用被限制在特定的应用类型,诸如Internet接入、电话、能量管理和家庭控制与安全。新出现的瘦服务器网关可以允许多种类型的应用。例如Ericsson公司的e-box,被设计用于能源管理、家庭自动化、家庭护理、家庭安防以及共享Internet接入。其他的专用和瘦服务器网关包括Coactive Networks公司的Connect2000和3000系列,Emerald Gateway公司的ESG400,Sage System公司的Aladn网关节点等。
(3)面向NGN的家庭网关
由于电信网络正向NGN演变,出现了由NGN的终端演进的家庭网关。在国外,一些运营商家庭网关的概念已经开始实施,使得家庭网络成为电信网络的一部分。如美国南方贝尔承建的美国最大的NGN网络,在终端使用了家庭网关。使电信业务有效地延伸到家庭,提供多种多样的终端,融合IPTV、NGN、宽带路由服务器、蓝牙等各种各样的网关。又如华为家庭网络解决方案在海外已通过了运营商严格的测试,在法国、巴西、新加坡都得到了应用。
2.2 面向NGN的家庭服务网关的架构图
面向NGN的家庭服务网关的架构如图1所示。
3 结束语
随着生活水平的提高人们对于数字化、信息化的需求也进一步提高,同时,电子信息和智能建筑正经历巨大转型,信息化和网络技术的发展为家庭网络数字提供了强有力的技术保障,家庭网络应用条件已经成熟,潜在需求强烈,并随着国内企业的全球化进程开始加速,加剧了国内家电企业面临重新构建产业秩序的步伐。
在我国,这方面的工作目前正处于初级阶段,由于NGN的升级还没有延伸到端局,国内出现的一些支持SIP协议的终端产品,如SIP电话等低端产品,家庭网关还没有在市场上真正得到实施,同时由于运营商主导的产业链还处于测试阶段,所有这些恰恰为传统家电业的发展带来新的机遇。如果我国的家电制造业,尤其像顺德这样的“家电制造王国”,能抓住面临的机遇,注重家庭网关的自主知识产权的研制,相信在不久的将来,必然能在世界家电行业真正树立“家电王国”的风范。
参考文献
[1]中研网讯.家庭网络的概念、产品及标准化综述[EB/OL].http://www.chinairn.com/.
[2]天极数字家庭[EB/OL].http://www.yesky.com/.
[3]姚斌华,刘媛,王基国.广东顺德:以“知识产权”引领新型工业化道路[N].人民日报-华南新闻,2005-11-3.
[4]陈新光,陆以勤,吕锦.基于Zigbee协议的OSGI无线家庭网关设计[J].微计算机信息,2006,22:9-2.
浅析无线跳变通信网络协议 篇10
1 WMN的三种组网结构
WMN由客户节点、Mesh路由节点和网关节点组成。结构分为三种:骨干网结构 (Backbone WMN) , 终端组网结构 (Clients WMN) 和混合结构 (HybridWMN) 。
WMN典型的是骨干网结构。在这一结构中, 终端节点设备通过Mesh路由器接入到上层Mesh结构的网络中去, 实现了网络节点的互通;WMN中最简单的是终端组网结构。客户节点既是业务的使用者又是业务的提供者, 即具有数据的转发功能, 可以向网络中的其他节点转发它所接收到的数据包;而混合W M N结构是两种结构的混合。此时终端节点已经不再是市场上的仅仅支持W L A N的普通设备, 而是增加了具有转发和路由功能的Mesh设备, 设备之间可以以Ad hoc方式互联, 直接通信。
2 网络结构特点
W M N可以提供完全的端到端的多重冗余路由, 这就意味着如果最近的节点出现故障或者受到干扰, 数据包将自动路由到备用路径继续进行传输, 整个网络的运行不会受到影响。若由于某种原因某个链路失效, 网络能自动地更换路由。W M N具有多跳无线的特征, 在不牺牲当前信道容量的情况下, 扩展当前无线网络的覆盖范围。除此以外, 它具有很多优点:) 非视距连接、组网方便、支持多种网络接入、高吞吐量及高频谱利用率等特点。
3 无线Mesh网络路由协议
目前主流的mesh网络协议包括802.11s和802.16j。
802.11s是以802.l1为蓝本的无线网络协议, 体制是竞争性接入体制, 各个节点在共享信道中通过随机二进制退避/载波监听等方法接入信道, 是一种典型的分布式调度。
802.16j是以802.16e为蓝本协议同时增加了对中继节点的支持, 802.16e的调度通过基站发出U L/D L M A P控制各个移动站的收发时隙, 各个移动站在竞争信道中上传自己的带宽要求, 基站根据所有移动站的带宽要求, 综合的作出判断。
对于两种协议, 其物理层较为类似, 均采用O F D M和O F D M A技术, 区别主要在于M A C即媒体接入层, 1 1体制采用竞争接入, 各个用户按照一定的公平性和随机性原则在一定时间内接入, 一旦监听到其他节点成功接入, 为不干扰链路的正常工作, 处于idle状态, 在链路完成传输后, 各节点再重新竞争接入, 这样省去了控制信息的传递, 减小了MAC层的overhead, 但是使得集中式调度难于实现;16体制采用中央控制接入, 用户必须申请带宽并在得到基站分配的时隙后才能进行传输, 这样使得集中式调度容易实现, 但在用户数较多时overhead也较大。下面分别对两协议做出分析。
3.1 802.ll MAC协议简介
802.11在多跳网络中几种可行的MAC (媒体接入控制) 解决方案, 包括D C F、E D C A、A-M P D U三种。D C F是最基本最经典的分布式MAC协议, 过程是先通过RTS/CTS握手, 发送端传输PPDU, 接收端传输ACK表明自己正确接收/没有正确接收到信息, 这样一次传输就结束了。其中PPDU只包括一个M P D U, 在多跳环境中, 靠近gateway的节点将传输多个MPDU, 因此按M P D U作为一次传输的单位效率不高, 增加了网络的RTS/CTS次数, 每次发送接收端切换之间, 都有一个SIFS间隔, 增加了信道空余时间, 也增加了冲突机会, 降低了网络的整体效率。
在此基础上802.lle又提出了EDCA方案 (Enhanced Distributed Channel Access) , 提出了新的概念T X O P (T r a n s m i s s i o n Opportunity) , 在一对通信节点掌握信道占有权后, 在一个TXOP内发送端可以向接收端发送多个连续的MPDU, 发送一个M P D U之后, 并不等待接收段发送ACK确认, 而是等待一个SIFS后, 重新发送PPDU, 减少了信道冲突和因此引起的Overhead, 因此大大提高了效率。
在802.1le的基础上802.lln草案提出了集成MPDU, 保留了802.lle的基本思路, 同时还考虑到了M P D U或者M D解码出错的状况, 即若解码出错也能通过MD的校验机制找到新的M D, 保持了M P D U之间相对的独立性。
3.2 802.16协议分析
802.16j是802.16e的补充协议, 它要求MS端不能有任何改变。同时在网络中以增加中继站RS的方式来达到扩大覆盖范围的目的。802.16j引入了多跳支持, 因此在同一条中继链路会有多个用户的信息传递。目前IEEE802.16e的分组调度算法研究主要基于OFDM物理层特性。在传统的有线传输系统中, 从交换的角度来说, 主要包括电路交换网和分组交换网, 分组调度算法是应分组交换网的需要而逐步发展起来的一个研究领域, 分组调度算法也称队列调度算法, 它运行在网络节点中发生冲突需要排队调度等待之处, 按照一定的服务规则对交换节点的不同输入业务流分别进行调度和服务, 使所有的输入业务流能按预定的方式共享交换节点的输出链路带宽。
参考文献
[1]霍宁.远动通信规约的标准化研究[D].南京工业大学硕士学位论文, 2004.
