MANET網路的延遲時間量測分析

本論文研究為國科會三年期整合型計畫「通訊/資訊聚合式車機 系統之研發與應用」的一子計畫，目的在利用 MANET 整合平台開發一 行動語音人機介面。至於車機系統軟硬體平台之規劃與開發，則是由 交大電信系唐震寰教授率領的研究團隊負責。藉由他們所提供的 MANET 整合平台，我們嘗試量測並分析實驗環境設定對網路延遲的影 響，以提供後續的語音播放緩衝設計之用。

[實驗 2-1]

目的:室內傳播環境對傳輸延遲的影響。

進行步驟:

雖然 MANET 主要探討室外的通訊應用環境，但為了進行初步效能 量測與比較，本實驗同時於室內環境進行多接跳傳播實驗。本實驗利 用具有鋼筋水泥牆壁遮蔽、以及傳播空間遭受限制的走廊環境進行，

量測地點位於交通大學工程四館 9 樓，如圖 2.8 所示。固定節點設置 在圖中標示之 1、2、3、4 位置，節點 1 負責發送量測用資料封包，

量測設備分別於 2、3、4 位置量得 1-hop、2-hop、3-hop 傳輸模式之 傳輸效能。由於水泥牆壁能夠有效遮蔽本實驗設備的無線電訊號，因 此本實驗傳播場景能夠在有限的空間建立出多接跳傳輸環境，本實驗 所設定的路徑跳接數與網路節點位置都經過實際測試與量測驗證，因 此對於特定測試項目不會同時產生多條傳輸路徑提供傳輸服務。

本實驗主要的量測路徑與範圍包括 3 條夾角為 90 度之室內走 廊，走廊兩側多為門窗緊閉之辦公室與實驗室，量測時網路節點間的 傳播環境屬於視線內傳播。圖 2.9 呈現本實驗固定點與移動點之設備 安裝方式。

結果與分析:

圖 2.10 表示本實驗封包傳輸延遲時間在不同接跳數下之效能變 化。由圖中數值上的變化可知，1-hop 可能遭受室內傳播環境的空間

限制，其封包傳輸延遲與 2-hop 相當，而在跳接數增為 3 時，封包傳 輸延遲發生顯著的增加。理論上此現象導因於中繼封包轉送節點數增 加，而需要較多處理時間所造成。另一方面，封包傳輸延遲的標準差 數值都相當高，甚至超過封包傳輸延遲之量測平均數值。由量測數據 觀察可知，高標準差導因於若干延遲時間特別高的量測記錄，由此現 象可知傳輸通道的不穩定性對封包傳輸延遲的效能影響嚴重。

1

2 走廊 3

資料發送端

4 辦公室與

實驗室

圖 2.8 室內多跳接傳播實驗環境

(a)倚靠欄杆支撐設置方式 (b)於走廊中央設置方式 圖 2.9 室內量測之設備安裝

50 50

105 89

81

65

0 20 40 60 80 100 120

1-hop 2-hop 3-hop

Hop Count

Ping Delay(ms)

封包傳輸延遲 標準差

圖 2.10 室內環境實驗接跳數與封包傳輸延遲之關係

[實驗 2-2]

目的: 探討單一跳接的室外傳播環境對傳輸封包延遲的影響 進行步驟:

本實驗主要是在交通大學室外環境進行，利用臨時建置的固定節 點與安裝於量測車輛之移動節點，進行在不同移動速率與傳播距離條 件下，資料傳輸封包延遲之效能表現。圖 2.11 呈現本實驗固定點與 移動點之設備安裝方式。

(a)利用腳架搭設臨時固定點 (b)可穩固於車外安裝MANET設備的移動點 圖 2.11 校園道路室外量測設備

本實驗主要的量測路徑與範圍包括 3 條主要路線，參照圖 2.12。

路線 1 為具備視線內傳播特性之校園道路，道路周邊主要為操場、球 場、以及低矮的建築物，雖然屬於視線內傳播，但由於該路段具有微 幅高低起伏，因此對傳輸效能仍具有影響。路線 2 為稍微曲折之校園 道路，道路周邊主要為約 4~5 層樓高之建築物，路線 2 在傳播環境上 屬於輕度遮蔽。路線 3 為靠近路線 2 之反向路徑，由於該側具有較密 集的樹木，在無線電傳播上產生較嚴重的遮蔽，道路周邊同為 4~5 層 樓高之建築物，路線 3 在傳播環境上屬於重度遮蔽。圖 2.13 則標示 了量測週邊環境以及資料發送端之位置。

具有樹木遮蔽 的路徑 3

具有輕微遮蔽 的路徑 2 具有輕微高低

起伏的路徑 1

圖 2.12 校園道路室外量測路徑

路徑 1

資料發送點 ★

路徑 2

路徑 3

圖 2.13 室外量測周邊環境

結果與分析:

Ping Delay(ms.)

路徑1具有輕微高低起伏

0

Ping Delay(ms)

輕微樹木與行人遮蔽 嚴重樹木遮蔽

傳播環境 平均資料傳輸速率 (kBytes/sec)

平均封包延遲時間

目的: 探討在多段跳接數(multi-hop)傳播條件下，室外傳播環境對 傳輸封包延遲的影響。

進行步驟:

本實驗是在校園道路所進行之室外多跳接傳播，乃是利用具有輕 度遮蔽、以及密度較低之人車移動體遮蔽之道路，並於道路上適當距 離設置臨時固定之網路節點，以控制傳播時所經過之跳接數。如圖

2.16 所示，固定節點位置如圖所標示之 1、2、3 位置，節點 1 負責 發送量測用資料封包，量測車輛行駛至適當位置以進行不同跳接數的 資料接收並記錄量測結果。

1 2

3

量測車輛 移動路徑

1-hop

2-hop

3-hop

圖 2.16 校園道路室外多跳接實驗之量測路徑

結果與分析:

圖 2.17 列示本實驗封包傳輸延遲的在不同接跳數下之效能變 化。由圖可知，隨著跳接數的增加，封包傳輸延遲發生顯著的增加。

另一方面，封包傳輸延遲的標準差數值都相當高，甚至超過封包傳輸 延遲之量測平均數值，由量測數據觀察可知，高標準差導因於若干延 遲時間特別高的量測記錄，由此現象可知傳輸通道的不穩定對封包傳 輸延遲的效能影響嚴重。

52

90

108 94

130

101

0 20 40 60 80 100 120 140

1 hop 2 hop 3 hop

Ping Delay(ms)

封包傳輸延遲 標準差

圖 2.17 室外環境跳接數目與封包傳輸延遲之關係