基于网络编码的DTN路由算法研究

摘要

延迟容忍网络（Delay Tolerant Network，DTN）的概念最早由Kevin Fall在2003年的国际会议上提出。作为一种新型的网络体系结构，延迟容忍网络具有无基础设施支持、网络间断连接的特点，主要应用于特定环境下的无线通信。移动自组织网络(Adhoc)、车联网、天地一体化信息网络都属于其范畴。由于延迟容忍网络存在间断连接的特点，设计高效的路由算法能够提高网络的连接性。随着网络编码技术的出现，结合网络编码的DTN路由算法设计成为目前的研究热点。
　　本文对延迟容忍网络的体系结构、网络特点和应用场景进行了简单介绍，并详细阐述了网络编码的基本原理以及DTN路由技术。针对现有的动态分段编码路由算法DSNC和基于动态半马尔可夫路径搜索模型的DTN分簇路由算法CRSMP进行了深入研究和改进，完成的具体工作和主要成果包括以下两个方面:
　　(1)为了解决DTN中基于动态分段编码的路由算法(DSNC)存在的数据冗余编码和节点投递成功率低的问题，提出了一种基于传输容量控制的DTN动态分段编码路由算法NC-TCC(routing algorithm based on dynamic segmented Network Coding andTransmission Capacity Control)。在源节点处，采用AONT矩阵对分段数据进行编码，以减少原始数据重复编码的次数。在中间节点处，利用构造的节点运动模型计算当前连接的传输容量。在满足传输容量的前提下，选择优先级较高的数据包进行编码。仿真结果表明，NC-TCC算法能够有效地减少网络开销，提高数据传输成功率。
　　(2)为了解决基于动态半马尔可夫路径搜索模型的DTN分簇路由方法(CRSMP)存在的存储开销大和平均传输时延长的问题，提出了一种基于主路径编码的分簇路由方法CRMPC(Clustering Routing method based on Main Path Coding)。该方法提出限制链表最大长度的存储方案，以减少网络节点在运行后期的存储开销。在分簇阶段，通过降低集合的平均相似度构建包含更多节点的分簇集合。在路由传输阶段，结合分簇结果和路径搜索算法生成对应的多条传输路径，并在主路径中采用网络编码的方式进行数据转发。利用仿真软件ONE（Opportunistic Network Environment）完成CRMPC算法的仿真实验，结果表明CRMPC算法可以有效减少网络开销和数据传输时延。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 延迟容忍网络概述

1．2．1 DTN的特点

1．2．2 DTN的应用

1．3 研究现状

1．4 本文的组织结构

第2章 网络编码与DTN路由

2．1 网络编码技术

2．1．1 网络编码原理

2．1．2 随机网络编码

2．2 DTN路由技术

2．3 DTN路由算法

2．3．1 基于泛洪策略的算法

2．3．2 基于网络编码的算法

2．3．3 基于路径设计的算法

2．3 本章小结

第3章 一种基于传输容量控制的分段编码路由算法

3．1 DSNC算法介绍

3．1．1 算法概述

3．1．2 算法流程

3．2 NC-TCC算法设计

3．2．1 预编码矩阵选择

3．2．2 传输容量计算

3．3 性能分析

3．3．1 AONT矩阵分析

3．3．2 网络开销分析

3．3．3 传输时延分析

3．4 仿真结果

3．4．1 网络开销

3．4．2 节点投递成功率

3．4．3 平均端到端时延

3．5 本章小结

第4章 基于主路径编码的分簇路由方法

4．1 CRSMP算法介绍和问题分析

4．1．1 算法概述

4．1．2 问题分析

4．2 CRMPC算法设计

4．2．1 有限长度的链表

4．2．2 多节点分簇算法

4．2．3 路径搜索策略

4．2．4 网络编码策略

4．3 理论分析

4．3．1 平均端到端时延

4．3．2 投递成功率

4．3．3 网络开销

4．4 仿真分析

4．4．1 平均端到端时延

4．4．2 投递成功率

4．4．3 网络开销

4．5 本章小结

总结与展望

总结

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果