机会移动网络中的数据传输机制研究

摘要

随着无线便携设备（如:ipad、PDAs、智能手机等）的大量普及，机会移动网络应运而生。这类网络突破了传统网络对实时连通性的要求限制，更适合实际的自组网需求。机会移动网络在传感器网络、野生动物追踪、车载网络和不发达地区的网络服务等领域具有广阔的应用前景，极大地改善了人们的生产和生活方式，因而近年来引起了学术界的密切关注。
　　在机会移动网络中，由于时变的网络拓扑，网络中节点到节点之间很难保证有一条稳定的连通的路径。因此，节点如果有数据需要去传输的话只能先存储需要发送的数据，然后转发给和它机会性接触的其它节点。这个数据交换过程被称为“存储-携带-转发”机制，是机会移动网络中传输数据的一种基本策略。目前已经有很多的学者对机会移动网络中的数据传输问题进行了研究，但是现有的数据传输研究存在两个方面的不足:
　　1）没有考虑节点的能量限制;
　　2）缺乏合适的激励机制。
　　本文结合该方向的最新研究成果，首先对邻居发现过程中的能量节省问题进行了研究，然后考虑占空比模式下的数据转发和自私环境下的数据分发问题，并提出了相应的数据转发机制和数据分发激励机制。本文主要工作和贡献包括以下几个方面:
　　1.简要回顾了机会移动网络的产生背景、概述、主要特性、应用领域及其研究现状。
　　2.研究了机会移动网络在随机路点模型(Random Way-Point model)下能量效率和接触机会之间的折衷。首先提出了一种理论模型去研究基于随机路点模型的接触探测过程，分别得到了单点探测概率和双点探测概率的表达式。然后，基于提出的理论模型，分析了在不同情况下能量效率和有效接触总数之间的折衷。实验结果表明，“好的折衷点”会随着节点移动速度的变化而显著变化。
　　3.研究了机会移动网络中占空比模式下的邻居发现过程，并且为占空比机会移动网络中的邻居发现过程设计了一种能量有效的自适应工作机制。提出的自适应工作机制使用节点间过去的接触历史记录去预测节点间未来的接触信息，从而在每个周期内自适应地配置网络中每个节点的工作机制。实验结果表明，自适应工作机制在有效的接触数、递送率和递送延时方面的表现，都要优于随机工作机制和周期性工作机制。
　　4.研究了占空比机会移动网络中占空比操作对数据转发的影响，并且为占空比机会移动网络设计了一种能量有效的数据转发策略。该策略考虑了节点间的接触频率和接触时长，并且设法将数据包沿着可以最大化占空比模式下数据传递概率的路径转发。实验结果表明，提出的数据转发策略的递送率和传染路由(Epidemic Routing)的递送率相比比较接近，但是相应的递送开销却要比传染路由的递送开销减少很多。同时，提出的数据转发策略的递送率比Bubble Rap协议和Prophet协议的递送率都要高，但是相应的递送开销却只是稍微大于Bubble Rap的递送开销。
　　5.研究了机会移动网络中自私环境下的数据分发问题，并且提出了一种适用于自私机会移动网络的基于激励驱动的发布/订阅数据分发机制。该机制采用“针锋相对”(Tit-For-Tat，简称为TFT)机制来激励网络中的节点互相合作。同时，该机制也提出了一种新颖的数据交换协议来实现两节点接触过程中的数据交换，目的是最大化节点缓存中储存的数据的效用值。在大量基于真实数据集的性能评估中，提出的机制在总新鲜值、总传递数据和总传输开销方面都优于已有机制。
　　最后对全文进行了总结，并对未来的研究方向进行了展望。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 机会移动网络的产生背景

1．1．2 机会移动网络概述和主要特性

1．1．3 机会移动网络的应用

1．1．4 机会移动网络中的数据传输

1．2 研究现状

1．2．1 机会移动网络中的邻居发现问题

1．2．2 路由机制

1．2．3 数据分发

1．2．4 其他研究问题

1．3 研究内容

1．3．1 研究思路

1．3．2 具体内容

第2章 机会移动网络中能量有效的接触探测

2．1 引言

2．2 网络模型

2．3 接触检测过程建模

2．3．1 单点探测概率

2．3．2 双点探测概率

2．4 最优接触探测策略

2．5 模型验证

2．6 能量效率和有效接触总数之间的折衷

2．7 本章小结

第3章 占空比机会移动网络中能量有效的自适应工作机制

3．1 引言

3．2 网络模型

3．3 研究动机

3．4 自适应工作机制

3．5 性能评估

3．5．1 仿真实验设置

3．5．2 性能比较

3．5．3 参数T的影响

3．6 本章小结

第4章 占空比机会移动网络中基于接触模式的数据转发策略

4．1 引言

4．2 网络模型

4．3 占空比机会移动网络中节点间接触过程的建模

4．3．1 接触发现概率

4．3．2 能量消耗和接触发现概率之间的关系

4．4 理论模型验证

4．5 占空比机会移动网络中的数据转发策略

4．5．1 真实移动数据集中节点对的接触时长分布

4．5．2 占空比机会移动网络中的机会转发路径

4．5．3 基于最大化数据包递送概率的转发策略

4．6 性能评估

4．6．1 仿真实验设置

4．6．2 性能比较

4．6．3 参数T和TTL的影响

4．7 本章小结

第5章 机会移动网络中基于激励驱动的数据分发机制

5．1 引言

5．2 模型和假设

5．2．1 节点接触模型

5．2．2 信道和数据模型

5．2．3 假设

5．3 提出的机制ConDis

5．3．1 ConDis的体系结构

5．3．2 计算数据效用值

5．3．3 数据交换协议

5．4 性能评估

5．4．1 实验设置

5．4．2 性能比较

5．4．3参数w的影响

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

6．2．1 资源有效协议

6．2．2 安全和隐私保护

参考文献

攻读博士期间主要研究成果及参与的科研项目