延迟容忍网络的拥塞控制算法研究与设计

摘要

延迟容忍网络（DTN，Delay Tolerant Network）是一种新兴的网络架构，具有高延迟、低数据率和连接频繁中断等特点，为实现异构机会网络间的互联和互操作及异步消息的可靠传输，DTN网络提供了Bundle、保管传输和存储转发等机制。DTN网络具有广泛的应用前景，如深空网络、传感器网络、军用Ad hoc网络、车辆Ad hoc网络、全球移动网、水下声学调制通信等，受到学术界和工业界的广泛关注。由于延迟容忍网络与传统互联网存在巨大差异，传统成熟的路由算法和拥塞控制策略并不适用于延迟容忍网络。因此适用于延迟容忍网络路由和拥塞控制算法成为了许多学者的研究热点。
　　本文围绕延迟容忍网络的拥塞技术这一主题展开研究，侧重于解决拥塞避免和拥塞控制问题。针对这两类问题，提出了一些拥塞策略，主要工作如下:
　　(1)在拥塞避免策略的研究上，研究使用单份复制策略进行路由，以减少因多份复制造成的存储空间不足而导致拥塞的风险，在节点选择下一跳时，使用概率路由策略，使消息到达目的节点的期望值达到最大。据此提出将整个网络等分成若干个区域，计算出每个节点出现在每个区域内的概率，并存储于一个概率矩阵中。节点在选择下一跳路由时，通过查询概率矩阵来选择最佳下一跳节点，由于每次选择下一跳都是以最大概率到达目的节点为条件，增加了消息传输成功率。实验结果表明，基于区域划分的拥塞避免策略在概率矩阵的协助下，能有效选择避免拥塞发生的路由路径，并提高消息到达目的节点的传输成功率。
　　(2)在拥塞控制策略的研究上，研究当拥塞发生时，通过释放拥塞节点存储空间内的消息包裹，以避免其因剩余存储空间不足而出现拒绝接收新消息，从而加深拥塞的现象。据此提出基于分布式存储的拥塞控制算法，使用AMED算法作为路由算法计算路由路径，当拥塞发生时，拥塞节点通过将自身存储的消息包裹转存到合适的邻节点中，使其不再因为自身存储容量过满而拒绝接收新消息，从而快速缓解拥塞的程度。在拥塞解决后，再将邻节点中的消息包裹取回。实验结果表明，基于分布式存储的拥塞控制策略在拥塞发生时能有效缓解拥塞的发生，且均衡了整个网络存储的消耗，延长了整网的生存周期。