机会网络中基于混合任务调度的路由协议

摘要

在一些自组织网络应用中，由于节点移动、障碍物造成信号衰减等多种原因造成网络大多数时候不能连通，在这种网络环境下，传统的MANET通信模式无法使用，机会网络正是针对该类问题而出现的一种新型网络，它采用“存储-携带-转发”的模式，利用节点移动带来的相遇机会实现源节点和目标节点之间的通信。机会网络中通常会受到节点移动、节点存储受限和网络流量受限等原因使数据不能正常传递，所以，如何在存储、携带和转发三个方面设计好的高效的路由算法对提高机会网络的性能和消息传输率具有极大作用。
　　在一些实际机会网络应用中，存在多种不同服务质量要求的任务，某些任务由于重要程度较高，需要尽快的并可靠的传输出去，而某些任务只需要被传输出去，对传输质量没有特殊要求，在这类环境中，需要对不同任务进行区分服务，以便在网络资源有限的情况下，平衡各类任务的传输质量需求。论文讨论的是一个多任务同时存在的机会网络环境，网络中的移动节点拥有有限的带宽、内存，为有效区分各种不同服务质量要求的任务，并为它们提供有区别的服务，主要对机会网络路由协议、节点调度算法方面进行了深入探讨。论文的主要工作如下：
　　(1)提出了混合任务机会网络节点调度算法，针对多种任务同时存在的应用场景，提出节点的消息分发模型，并根据节点效用动态调整紧急消息优先级，以便更准确的将紧急消息传输给合适的节点，从而保证紧急消息能够尽快可靠的传输出去。本算法中针对当前节点上的每条消息选择效用值最大的邻居节点，并依据效用值对消息进行重排列，按照排列后的顺序将消息逐一传递出去。
　　(2)提出了混合任务机会网络路由协议，在节点缓存受限环境下，该协议能够根据任务的不同特性，为其做出不同的路由选择，从而为不同的任务提供有区别的服务。在多任务同时存在的网络环境中，本算法对不同任务产生的消息赋予不同数量的副本数，为了更有效地将消息分发给合适的节点，在路由的分发阶段，采用二叉树的分发方式将消息传输给未存储该消息且效用值较大的节点，在设计丢弃策略的时候，根据判断消息的传染进度来选择适当消息进行丢弃，考虑到缓存受限的约束，在设计效用函数的时候加入了缓存空闲率的因子。该算法在缓存空间受限情况下，能够提高紧急消息的传输率并将普通消息传输率的变化控制在一定范围之内。
　　(3)利用仿真工具TheONE对论文提出的节点调度算法、路由协议进行了仿真实验，验证了副本总数、节点移动速度、缓存大小及通信半径对协议性能的影响。研究结果表明，不管副本总数如何变化，论文提出的调度算法和路由协议在紧急消息传输率方面都有所提高；在不同的节点通信半径、缓存大小下，紧急消息传输率也有所提高，虽然普通消息传输率略显劣势，但总体性能表现较好；在不同缓存下表现出的紧急消息网络开销比、普通消息网络开销比也下降了许多，呈现出了良好的性能。