延遲容忍網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)模型與路由技術(shù)研究.pdf

1、在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，消息轉(zhuǎn)發(fā)之前需要先尋找一條從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)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(wèn)題。但是，在災(zāi)難救援和深空通信等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，由于通信環(huán)境惡劣，鏈路的頻繁中斷導(dǎo)致端到端的路徑不一定存在，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的處理方式將不再適用。這類網(wǎng)絡(luò)具有鏈路頻繁中斷、通信延時(shí)大等特點(diǎn)，稱為延遲容忍網(wǎng)絡(luò)。
　　 為了完成消息投遞，延遲容忍網(wǎng)絡(luò)采用存儲(chǔ)·轉(zhuǎn)發(fā)的路由機(jī)制，中間節(jié)點(diǎn)可以將來(lái)自于其它節(jié)點(diǎn)的消息緩存起來(lái)并轉(zhuǎn)發(fā)給

2、此后遇到的節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)傳遞。由于網(wǎng)絡(luò)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(dá)網(wǎng)絡(luò)分割區(qū)域的邊緣而無(wú)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(diǎn)在發(fā)送消息后繼續(xù)保持該消息的備份，以便將消息復(fù)制給后續(xù)遇到的節(jié)點(diǎn)，此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中會(huì)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(wú)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(luò)的

3、連通度和中間節(jié)點(diǎn)的選擇策略。網(wǎng)絡(luò)連通度是消息投遞的基礎(chǔ)，如果網(wǎng)絡(luò)分割現(xiàn)象持續(xù)出現(xiàn)，消息投遞將無(wú)法順利完成，因此，部署一些以提高網(wǎng)絡(luò)連通度為目的的可控運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)十分必要；在網(wǎng)絡(luò)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(lái)完成消息投遞，為了提高消息投遞成功率和減小網(wǎng)絡(luò)開銷，需要充分利用節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特征來(lái)選擇合適的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)消息。
　　 本文將分別從網(wǎng)絡(luò)連通度問(wèn)題和消息轉(zhuǎn)發(fā)策略問(wèn)題出發(fā)，對(duì)可控運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)的部署、非可控運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)模

4、型檢測(cè)、利用運(yùn)動(dòng)特性的路由算法進(jìn)行研究。
　　 本文的主要研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新之處如下：
　　 (1)針對(duì)部署多個(gè)擺渡節(jié)點(diǎn)時(shí)鄰接關(guān)系對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響，分析了多擺渡節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)路徑設(shè)計(jì)的區(qū)域拓?fù)渑c協(xié)調(diào)方式。
　　 延遲容忍網(wǎng)絡(luò)中有一類特殊的可控運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)，它們像擺渡船只一樣在網(wǎng)絡(luò)中穿梭并為其它節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)消息，被稱為消息擺渡節(jié)點(diǎn)?，F(xiàn)有研究表明，在具有較多擺渡節(jié)點(diǎn)時(shí)，各擺渡節(jié)點(diǎn)采用不同的運(yùn)動(dòng)路徑能使消息投遞延時(shí)更小。在這種多路徑的運(yùn)

5、動(dòng)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(diǎn)的鄰接關(guān)系會(huì)影響區(qū)域間轉(zhuǎn)發(fā)的性能，因此在部署擺渡節(jié)點(diǎn)時(shí)需要考慮能表征鄰接關(guān)系的區(qū)域拓?fù)鋯?wèn)題。通過(guò)對(duì)常用區(qū)域拓?fù)湎孪⑼哆f延時(shí)和節(jié)點(diǎn)緩存需求的分析，本文得到了不同擺渡節(jié)點(diǎn)數(shù)量下各區(qū)域拓?fù)涞男阅懿町悺Ｔ趯?shí)際部署時(shí)，可以利用這一分析結(jié)果在給定的延時(shí)和緩存條件下選擇合適的區(qū)域拓?fù)洹?br>　　 通過(guò)對(duì)消息投遞延時(shí)的分析，我們發(fā)現(xiàn)多路徑的設(shè)計(jì)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(luò)中的部分?jǐn)[渡節(jié)點(diǎn)采用同樣的運(yùn)動(dòng)路徑。分析表明，在普通節(jié)點(diǎn)數(shù)量和擺渡節(jié)點(diǎn)數(shù)量滿足一定條件時(shí)，采用混合部署的方式具有更小的消息投遞延時(shí)。在實(shí)際部署時(shí)，需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)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(dòng)模型檢測(cè)框架，利用鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制獲取本地連通性信息并實(shí)時(shí)地檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)模型。
　　 在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，大部分節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是不可控的，所能做的就是盡可能利用它們的運(yùn)動(dòng)來(lái)提高消息投遞

7、成功率。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)往往并不是完全隨機(jī)的，如果能識(shí)別其移動(dòng)模型，將可以預(yù)測(cè)它們之間的聯(lián)系機(jī)會(huì)，從而輔助節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由決策。本文提出了一種基于本地信息的移動(dòng)模型檢測(cè)框架，利用本地連通性信息得到連通新矩陣，通過(guò)對(duì)連通性矩陣的處理，可以實(shí)時(shí)地檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)模型。這樣的方式能較好地識(shí)別出一些典型的移動(dòng)模型，并且具有易于實(shí)現(xiàn)、開銷小、檢測(cè)率較高等優(yōu)點(diǎn)。獲取節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)模型后，可以利用移動(dòng)模型優(yōu)化路由決策，根據(jù)實(shí)時(shí)移動(dòng)模型信息在傳統(tǒng)路由和存

8、儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)方式之間動(dòng)態(tài)選擇。
　　 (3)提出了一種基于投遞概率預(yù)測(cè)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(guò)限制消息的拷貝數(shù)量來(lái)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(guān)鍵問(wèn)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(dá)到最高的投遞成功率。由于這種最佳決策的復(fù)雜度過(guò)高，本文隨后提出了一種基于投遞概率預(yù)測(cè)的配額路由算法，利用節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系機(jī)會(huì)預(yù)測(cè)

9、節(jié)點(diǎn)間的投遞概率，然后根據(jù)投遞概率的差別來(lái)分配消息拷貝配額。由于投遞概率可以反映出節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)系機(jī)會(huì)，因此，這樣的方式能充分利用節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性規(guī)律，從而提高消息投遞成功率，同時(shí)，由于消息的拷貝數(shù)量受到了嚴(yán)格限制，這種算法的網(wǎng)絡(luò)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(lái)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(diǎn)，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