DTN网络中基于效用路由方案研究

摘要

容滞网络（DTN）是近年来发展起来的一种新兴网络技术。主要应用于大延迟、超长等待时间、间歇连通等极端环境下的网络通信。由于能够适应极端恶劣的通信环境，容滞网络一经发展，便倍受青睐，在军事、交通、海洋监测、野生动物追踪、卫星通信等多方面得到了应用，成为各国研究的热点。容滞网络的健壮性导致了其路由算法的复杂性和多样性。近年来，学者们针对不同的应用场合，开发了不同的算法和协议。其研究热点问题主要包括 3个方面:路由技术、节点移动模型和基于DTN的数据分发和检索等.本论文致力于研究路由机制。
　　 由于DTN的特殊性，DTN中存在很多不确定性，如动态拓扑结构、队列缓存、节点寿命、连接持续时间等，所以路由技术一直是DTN技术的难点和热点之一。
　　 针对DTN环境的特殊性，许多相关的路由协议被不断的提出，其中较具影响的有Epidemic，Spray and Wait，Prophet等协议。这些路由协议可以分成单复制和多复制算法，在单复制方案中，网络节点间只存在唯一一个中继使得信息可以传递到终点，例如消息的拷贝可能在每个相遇节点基于一个效用函数被转发；在多复制方案中，消息的拷贝允许或者不被允许成倍散发出去。在洪泛机制里,在相遇情况下，节点简单的相互交换数据。当消息拷贝被限制的时候,就要采用一种变化的方式进行散发，包括只有源节点可以对其他节点散发消息的方案和中继节点在到达目的节点前允许向相遇节点散发消息的方案。
　　 以上Epidemic方案, 网络中的聚束（Bundle）数量无法得到控制，势必网络开销比较大，Spray and Wait方案在源端控制聚束的数量为L，但是也没给出如何对L进行取值，Prophet方案是Epidemic路由与效用路由结合来减小网络开销比较成功的例子，此处的效用被定义为根据历史信息计算的碰面概率，但它控制网络中聚束的数量不具有收敛性，即只要满足相遇节点到目标节点的概率比自身到目标节点的概率大就会递交这个消息，实质上是一种受控的洪泛，且控制粒度很粗。另外还存在一种数据包无法递交的情况，比如说，如果源端节点到目标节点的概率是0.9，那么在网络中可能不存在到目标节点的概率比0.9更大的中间节点，此时就退化为直接递交，甚至根本无法递交。
　　 本文首先对DTN的概念、体系结构、及其各种常见路由进行分析和总结，针对上述问题，提出下列方案：
　　 1、一种基于效用和冗余的混合转发机制----可变效用路由机制，它用数据包已经递交的次数与相遇节点到目标节点的概率两个参数来共同决定这个数据包是否转发给相遇节点。它有如下特点：克服了单复制的路由机制的递交率不高的缺陷；克服了泛洪路由机制的网络开销太大的缺陷；克服了PROPHET路由协议中数据包数量在网络里可能无限增大的缺陷，大大减小了退化为直接递交的可能性。
　　 2、另一种效用和冗余的混合转发机制----效用递增的路由机制。在基于效用的路由算法---PROPHET的基础之上进行的改进，把每个数据包关联一个效用值，每个节点也有一个到其他节点的效用值，用数据包的效用值与相遇节点到目标节点的效用值来共同决定这个数据包是否转发给相遇节点。由于减小了递交次数，但是每次递交都是递交给大效用的节点，从而提高了递交率，减小了延迟。
　　 3、构建DTN网络仿真系统，对改进后方案进行模拟和仿真，并给出仿真结果和分析。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章 绪论

第二章 DTN 网络路由协议

第三章 一种可变效用的DTN 路由方案研究

第四章 一种基于效用和冗余的混合路由算法------递增效用路由机制

第五章 结束语

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文