延遲容忍網(wǎng)絡中移動模型與路由技術(shù)研究.pdf

1、在傳統(tǒng)網(wǎng)絡中，消息轉(zhuǎn)發(fā)之前需要先尋找一條從源節(jié)點到目的節(jié)點的端到端路徑，怎樣尋找合適的端到端路徑是路由算法需要研究的核心問題。但是，在災難救援和深空通信等網(wǎng)絡環(huán)境下，由于通信環(huán)境惡劣，鏈路的頻繁中斷導致端到端的路徑不一定存在，傳統(tǒng)網(wǎng)絡的處理方式將不再適用。這類網(wǎng)絡具有鏈路頻繁中斷、通信延時大等特點，稱為延遲容忍網(wǎng)絡。
　　 為了完成消息投遞，延遲容忍網(wǎng)絡采用存儲·轉(zhuǎn)發(fā)的路由機制，中間節(jié)點可以將來自于其它節(jié)點的消息緩存起來并轉(zhuǎn)發(fā)給

2、此后遇到的節(jié)點，這樣，即使不存在穩(wěn)定的端到端路徑，同樣可以使消息逐跳向目的節(jié)點傳遞。由于網(wǎng)絡分割現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，如果僅保持消息的一份拷貝，很可能出現(xiàn)消息到達網(wǎng)絡分割區(qū)域的邊緣而無法繼續(xù)投遞的情況。為了提高消息投遞成功率，可以允許節(jié)點在發(fā)送消息后繼續(xù)保持該消息的備份，以便將消息復制給后續(xù)遇到的節(jié)點，此時，網(wǎng)絡中會出現(xiàn)同一消息的多份拷貝，這種路由方式稱為多拷貝路由。
　　 無論采用單拷貝路由還是多拷貝路由，消息投遞成功率都取決于網(wǎng)絡的

3、連通度和中間節(jié)點的選擇策略。網(wǎng)絡連通度是消息投遞的基礎，如果網(wǎng)絡分割現(xiàn)象持續(xù)出現(xiàn)，消息投遞將無法順利完成，因此，部署一些以提高網(wǎng)絡連通度為目的的可控運動節(jié)點十分必要；在網(wǎng)絡連通度得到一定的保證之后，需要選擇合適的消息轉(zhuǎn)發(fā)策略來完成消息投遞，為了提高消息投遞成功率和減小網(wǎng)絡開銷，需要充分利用節(jié)點的運動特征來選擇合適的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)消息。
　　 本文將分別從網(wǎng)絡連通度問題和消息轉(zhuǎn)發(fā)策略問題出發(fā)，對可控運動節(jié)點的部署、非可控運動節(jié)點的移動模

4、型檢測、利用運動特性的路由算法進行研究。
　　 本文的主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新之處如下：
　　 (1)針對部署多個擺渡節(jié)點時鄰接關系對網(wǎng)絡性能的影響，分析了多擺渡節(jié)點運動路徑設計的區(qū)域拓撲與協(xié)調(diào)方式。
　　 延遲容忍網(wǎng)絡中有一類特殊的可控運動節(jié)點，它們像擺渡船只一樣在網(wǎng)絡中穿梭并為其它節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)消息，被稱為消息擺渡節(jié)點?，F(xiàn)有研究表明，在具有較多擺渡節(jié)點時，各擺渡節(jié)點采用不同的運動路徑能使消息投遞延時更小。在這種多路徑的運

5、動方式下，消息轉(zhuǎn)發(fā)分為區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)和區(qū)域間轉(zhuǎn)發(fā)兩種情況。擺渡節(jié)點的鄰接關系會影響區(qū)域間轉(zhuǎn)發(fā)的性能，因此在部署擺渡節(jié)點時需要考慮能表征鄰接關系的區(qū)域拓撲問題。通過對常用區(qū)域拓撲下消息投遞延時和節(jié)點緩存需求的分析，本文得到了不同擺渡節(jié)點數(shù)量下各區(qū)域拓撲的性能差異。在實際部署時，可以利用這一分析結(jié)果在給定的延時和緩存條件下選擇合適的區(qū)域拓撲。
　　 通過對消息投遞延時的分析，我們發(fā)現(xiàn)多路徑的設計方式并非總是最優(yōu)，因此本文提出了一種混合部

6、署方式，使網(wǎng)絡中的部分擺渡節(jié)點采用同樣的運動路徑。分析表明，在普通節(jié)點數(shù)量和擺渡節(jié)點數(shù)量滿足一定條件時，采用混合部署的方式具有更小的消息投遞延時。在實際部署時，需要根據(jù)網(wǎng)絡參數(shù)和系統(tǒng)需求選擇合適的混合部署比例。
　　 (2)提出了一種基于本地信息的移動模型檢測框架，利用鄰居發(fā)現(xiàn)機制獲取本地連通性信息并實時地檢測節(jié)點的移動模型。
　　 在無線網(wǎng)絡中，大部分節(jié)點的運動是不可控的，所能做的就是盡可能利用它們的運動來提高消息投遞

7、成功率。在實際網(wǎng)絡中，節(jié)點的運動往往并不是完全隨機的，如果能識別其移動模型，將可以預測它們之間的聯(lián)系機會，從而輔助節(jié)點進行路由決策。本文提出了一種基于本地信息的移動模型檢測框架，利用本地連通性信息得到連通新矩陣，通過對連通性矩陣的處理，可以實時地檢測節(jié)點的移動模型。這樣的方式能較好地識別出一些典型的移動模型，并且具有易于實現(xiàn)、開銷小、檢測率較高等優(yōu)點。獲取節(jié)點的移動模型后，可以利用移動模型優(yōu)化路由決策，根據(jù)實時移動模型信息在傳統(tǒng)路由和存

8、儲-轉(zhuǎn)發(fā)方式之間動態(tài)選擇。
　　 (3)提出了一種基于投遞概率預測的高效路由算法和一種適用于這類路由算法的緩存管理策略。
　　 基于配額的多拷貝路由通過限制消息的拷貝數(shù)量來控制開銷，如何在給定的拷貝數(shù)量下盡可能提高消息投遞成功率是其需要解決的關鍵問題。本文分析了在限定消息拷貝數(shù)量的情況下如何決策才能達到最高的投遞成功率。由于這種最佳決策的復雜度過高，本文隨后提出了一種基于投遞概率預測的配額路由算法，利用節(jié)點的聯(lián)系機會預測

9、節(jié)點間的投遞概率，然后根據(jù)投遞概率的差別來分配消息拷貝配額。由于投遞概率可以反映出節(jié)點間的聯(lián)系機會，因此，這樣的方式能充分利用節(jié)點的移動性規(guī)律，從而提高消息投遞成功率，同時，由于消息的拷貝數(shù)量受到了嚴格限制，這種算法的網(wǎng)絡開銷并不大。
　　 在DTN中，緩存空間和通信帶寬較為緊缺，因此，需要一定的緩存管理策略來確定合適的消息傳輸順序和丟棄順序。本文根據(jù)配額路由的特點，提出了一種投遞增益感知的緩存管理策略，利用消息的拷貝配額和生存