延迟容忍网络中拥塞控制策略研究

摘要

随着无线通信的快速发展，越来越多的数据通过无线网络进行传输。在深空通信、灾难救援网络、军用通信网络以及移动车载网络等无线网络中，存在节点频繁移动、链路时断时续、无法保证端到端路径、网络拓扑结构动态变化的问题，传统的TCP/IP网络协议不再适用于这些挑战性网络，因此Kevin等提出了一种面向消息的可靠覆盖层网络体系结构，称为延迟容忍网络（Delay Tolerant Network，DTN），来实现这些挑战性网络的通信。DTN虽然被广泛应用，但是由于网络链路频繁中断、长延迟、资源受限等特征及其采用的存储-携带-转发通信方式，很容易使网络受限资源快速耗尽，导致网络拥塞，进而使网络性能下降，所以实现拥塞控制是延迟容忍网络中的一个研究重点。 本文在对DTN的网络特性及体系结构进行深入学习的基础上，重点从路由方法和缓存管理两个方面对网络拥塞控制进行研究，主要研究工作如下： （1）对DTN传统路由算法进行深入研究，通过分析比较，指出各自的优缺点；对现有的典型缓存管理方案进行学习与分析，归纳现有的典型缓存管理方案的优点与存在的问题；对DTN通信进行建模，并搭建DTN仿真平台。 （2）针对基于社会感知的路由算法对节点的能量与缓存资源考虑不足的问题，本文提出一种改进的基于社会感知的路由算法。该算法引入节点的能量与缓存资源作为衡量节点选择下一跳的依据，避免选择转发能力大但存在拥塞的节点作为下一跳节点，从而可以平衡节点的传输能力和负载，保证消息递交率的同时减少网络资源消耗，有效地预防网络拥塞。仿真结果表明，该算法在保证了消息递交率的基础上，同时延长了网络生命周期。 （3）针对现有的基于消息权重的缓存管理方案普遍只采用单一度量标准，不能合理丢弃消息的问题，本文提出一种改进的基于消息权重的缓存管理方案。该方案将节点缓存区分为源、中继、目标消息队列，每个队列根据不同消息属性设定的丢弃度量标准，为队列中的消息分配权重。当网络拥塞时，依据目标、中继、源消息队列的顺序，优先丢弃队列中权重较高的消息，从而缓解网络拥塞。仿真结果表明，该方案提高了消息递交率，降低了网络开销和平均递交延时。 （4）基于对DTN拥塞控制中路由方法和缓存管理的研究，进一步提出一种路由方法与缓存管理联合的拥塞控制策略。该策略首先根据中继选择度量选择合适的下一跳节点，然后依据改进的基于消息权重的缓存管理方案确定消息的丢弃顺序，且引入逐跳ACK确认机制，及时删除网络中已经传递到目的节点的消息及消息副本。仿真结果表明，该联合拥塞控制策略进一步提高了网络性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景及意义

1.3 国内外研究现状及存在的问题

1.3.1 DTN中拥塞控制面临的主要挑战

1.3.2 拥塞控制中路由方法的研究现状及存在的问题

1.3.3 拥塞控制中缓存管理的研究现状及存在的问题

1.4 论文组织结构

第2章 相关研究

2.1 DTN概述

（1）DTN特性

（2）DTN体系结构

2.2 DTN网络模型构建

（1）网络模型

（2）节点移动模型

（3）网络约束条件

2.3 DTN拥塞控制策略分析

2.4 本章小结

第3章 改进的基于社会感知的路由算法

3.1 传统DTN路由算法

3.1.1 单副本路由算法

3.1.2 多副本路由算法

3.1.3 路由算法与拥塞控制

3.2 基于社会感知的路由算法

3.3 改进的基于社会感知的路由算法

3.3.1 节点社交性分析

3.3.2 节点接收能力判定模型

3.3.3 节点中继效用值计算模型

3.3.4 SABRA算法流程描述

3.4 仿真评估

3.4.1 仿真平台搭建

3.4.2 仿真场景及参数设置

3.4.3 仿真结果及分析

3.5 本章小结

第4章 改进的基于消息权重的缓存管理方案

4.1 缓存管理与拥塞控制

4.2 典型DTN缓存管理方案

4.2.1 基于网络性能的缓存管理方案

4.2.2 基于消息权重的缓存管理方案

4.3 改进的基于消息权重的缓存管理方案

4.3.1 WBMS数据分析

4.3.2 WBMS缓存管理方案

4.4 仿真评估

4.4.1 仿真场景及参数设置

4.4.2 仿真结果及分析

4.5 本章小结

第5章 路由方法与缓存管理联合的拥塞控制策略

5.1 基于SABRA与WBMS联合的拥塞控制策略

5.2 SAB-WBMS联合拥塞控制策略性能评估

5.2.1 仿真场景及参数设置

5.2.2 联合拥塞控制策略仿真及分析

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 下一步研究工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间科研成果