机会网络中的链路预测和路由策略研究

摘要

近年来，随着无线通信技术的发展和大量智能移动终端的出现，机会网络研究在学术界受到了广泛的关注。本文就机会网络链路预测和路由策略展开研究。报文的投递成功率是衡量网络性能的一项重要指标，如何进行科学合理的路由判断，选择合适的转发时机或者转发节点是提升投递成功率的关键。现有的路由算法大多选用基于投递效用的策略，然而单纯的基于投递效用高低的转发选择缺乏最优性，且对于机会网络的动态性和规律性考量有限，本文将从投递效用的动态刻画和最优性选择两个方面进行机会网络路由策略的研究。
　　首先，本文提出基于最优停止策略的机会网络路由方法OSR(Optimal Stopping theory basedRouting method)，为路由判断提供最优化选择。在OSR方法中，节点的投递效用是节点与目的节点之间的平均相遇时间间隔。携带报文的节点观察所遇到的节点的投递效用，然后根据最优停止规则选择合适的节点复制转发报文。最优停止模型通过权衡投递效用收益和等待成本，最小化期望投递延迟。这一模型旨在解决报文转发过程中的盲目性和最优性选择问题，目标是最大化有限转发次数下的转发收益。并且通过仿真实验，验证了OSR算法的有效性。
　　对未来链路的不确定性导致了机会网络路由的盲目性，为此本文提出了基于核回归的机会网络链路预测方法KRLP(Kernel Regression Link Prediction)。在KRLP预测方法中，首先从网络拓扑中提取出节点对的特征向量，用来表征拓扑随时间的演化，随后，利用核回归估计方法，对拓扑的历史变化进行建模并计算出链路概率。最终通过实验对比的方式，验证了KRLP方法在预测准确率上有较优表现。利用该方法能够对网络链路的变化情况进行预测，并为机会路由提供路由知识指导。
　　最后，本文总结这两部分工作，提出了基于链路预测的最优停止路由策略LP-OSR(Link Predictionbased Optimal Stopping Routing)。以链路预测结果代替节点平均相遇时间间隔作为节点的投递效用，对OSR方法进行了优化，弥补了原投递效用值的不足，更好的反应了节点间链路的动态性和规律性。LP-OSR方法旨在解决两个机会网络路由的重要问题:投递效用刻画的准确性和转发选择的最优性。实验结果验证了LP-OSR性能表现，结果表明该方法能够在有限的延迟和路由成本下，提升报文投递成功率。

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摘要

图目录

表目录

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．3 论文研究内容与主要工作

1．4 论文组织结构

第二章 研究基础

2．1 机会网络路由策略

2．1．1 基于泛洪的路由策略

2．1．2 基于投递效用的路由策略

2．1．3 基于社区的路由策略

2．2 机会网络链路预测

2．2．1 基于上下文历史信息的链路预测

2．2．2 基于相似性的链路预测

2．3 本章小结

第三章 基于最优停止策略的机会网络路由

3．1 网络模型

3．1．1 假设条件

3．1．2 节点路由知识

3．2 最优停止策略建模

3．2．1 优化目标描述

3．2．2 最优停止规则建模

3．2．3 合理性分析

3．3 路由策略设计

3．3．1 转发节点选择策略

3．3．2 分布式方案

3．3．3 集中式方案

3．4 仿真实验

3．4．1 仿真环境和参数

3．4．2 独立同分布验证

3．4．3 不同方案的误差分析

3．4．4 时隙粒度和报文跳数的选择

3．4．5 路由性能对比

3．5 本章小结

第四章 基于核回归的机会网络链路预测

4．1 问题描述

4．2 核回归预测算法设计

4．2．1 网络拓扑快照

4．2．2 链路特征向量

4．2．3 核回归预测建模

4．2．4 优化计算

4．3 实验数据分析

4．3．1 实验设置

4．3．2 经典预测指标性能表现

4．3．3 预测准确率对比

4．3．4 活跃节点预测准确率

4．3．5 不同时段预测准确率

4．4 本章小结

第五章 基于链路预测的最优停止路由策略

5．1 问题描述

5．2 动态链路预测

5．2．1 分布式链路预测方法

5．2．2 可行性分析

5．3 最优停止问题建模

5．3．1 节点路由知识

5．3．2 优化目标

5．3．3 模型描述

5．4 路由策略

5．5 实验结果分析

5．5．1 实验设置

5．5．2 假设条件验证

5．5．3 路由性能对比

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

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参考文献