DTN中基于传递效用的路由协议和缓存管理研究

摘要

目前因特网在全球范围内应用非常广泛，主要是基于TCP/IP协议连接着大量的通信设备。随着应用场景的不断拓展，网络技术已经应用到很多极端恶劣的环境，比如战场网络、星际网络等，这些环境中，网络具有间歇性连接的特点，现有的协议和传统的端到端的数据收发方式将不再适用这些特殊的网络环境。2002年Kevin Fall等人提出了容滞网络(Delay TolerantNetworks，DTN)的概念，它可应用于节点稀疏且具有间歇性连接的网络环境。DTN利用聚束层进行报文的异步传输。聚束层是一种新的协议层，位于应用层与传输层之间，使用储存-携带-转发的方式进行数据传输。
　　DTN是由星际互联网发展而来，可以应对间歇性连接、大延迟、高误码率等极端网络环境，处理由于网络中的节点稀疏分布、移动以及资源有限等条件造成的节点和节点之间的链路不稳定性。DTN主要有三种路由算法:蔓延路由、散发等待路由和概率路由。散发等待路由在确定散发报文副本数时存在盲目性，没有考虑到节点接收报文的能力，导致节点有可能无法接收或丢弃报文，从而降低报文的递交率、增大开销率。本文在散发等待路由的基础上，提出了一种改进的路由算法并结合缓存管理来动态地确定散发报文副本数，从而提高了报文的递交率，改善了网络的性能。
　　本文研究了DTN的网络体系结构、DTN区域和几种主要的路由协议算法，其中对散发等待路由协议进行了深入研究，完成了以下工作:
　　(1)利用博弈论的原理，给出DTN中有关激励和效用的概念。考虑到每个节点的缓存空间有限、等待时间比较短以及节点的稀疏性等特点，提出了节点的传递效用概念。根据节点的缓存空间和等待时间来计算节点的传递效用，源节点或中继节点依据节点的传递效用来动态地确定散发报文的副本数。
　　(2)在散发等待路由算法的基础上，提出了基于节点传递效用的散发等待路由算法;同时引入缓存管理策略。通过对缓存空间的管理，减少节点缓存空间中的冗余报文，使得更有用的报文被储存-携带-转发，提高了报文的递交率，进而提高了网络的整体性能。
　　(3)使用The ONE仿真器对二分散发等待路由协议、基于节点传递效用的散发等待路由协议、基于节点传递效用的缓存管理进行了仿真，并对结果进行了分析比较。
　　综上所述，本文提出的路由算法和缓存管理策略，可以提高报文的递交率，并缓解节点缓存空间的压力，具有一定的理论意义和使用价值。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 DTN的概述

1．2．1 DTN的定义

1．2．2 DTN的特点

1．2．3 DTN的结构

1．2．4 DTN的技术

1．2．5 DTN区域

1．3 论文的选题及意义

1．4 本文的主要内容和结构

1．5 本章小结

第二章 DTN中主要的路由协议

2．1 路由协议的概述

2．2 基于知识的路由算法

2．2．1 最小期望延迟算法

2．2．2 最早传递算法

2．3 基于洪泛策略的路由算法

2．3．1 蔓延路由(Epidemic Routing)

2．3．2 散发等待路由(Spray and Wait Routing)

2．4 基于概率估计的路由算法

2．5 本章小结

第三章 节点的效用及缓存管理

3．1 博弈论原理

3．1．1 博弈论中基本要素

3．1．2 博弈的类型

3．2 DTN中节点的激励和效用

3．3 DTN中基于节点效用的散发等待路由协议分析

3．4 节点的缓存管理

3．4．1 DTN中拥塞控制分析

3．4．2 DTN中拥塞问题

3．4．3 DTN中缓存管理分析

3．5 本章小结

第四章 基于节点传递效用的路由协议和缓存管理

4．1 相关工作

4．2 节点的传递效用

4．2．1 节点的空间效用

4．2．2 节点的时间效用

4．2．3 节点的传递效用

4．3 散发报文

4．4 基于节点传递效用的缓存空间管理方法

4．4．1 节点的传递效用和报文的关系

4．4．2 基于节点传递效用的缓存空间管理方法

4．5 仿真结果

4．5．1 仿真工具

4．5．2 环境配置

4．5．3 仿真结果分析

4．6 本章小结

第五章 总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文