基于社会属性的延迟容忍网络路由协议研究
发布时间：2020-01-21 08:40
【摘要】：延迟容忍网络(Delay Tolerant Networks,DTN)是一种不同于传统TCP/IP类型网络的新型资源限制型特种网络。该类型网络与传统MANET网络不同:网络中的移动节点之间不存在稳定的端到端的传输路径,因此在该类网络中报文数据传输到目标节点的具体时延无法进行预测。并且由于延迟容忍网络属于资源受限网络,网内移动节点的本地报文队列大小也会有一定限制,网络中也经常发生丢包的现象。为解决延迟容忍网络中报文数据难以成功传输的问题,各种延迟容忍网络路由算法被先后提出。传统的延迟容忍网络路由算法主要基于报文数据的复制数量进行分类,通常被划分为单副本转发型路由协议和多副本分发型路由协议两种。单副本转发路由算法在网络中对于特定报文只保存唯一副本,这样的路由算法往往会由于连接的突然中断或网络环境过大无法遇到目标节点而导致报文成功投递率不高。然而使用这一策略可以有效降低网络负载比率及节点额外资源消耗,尤其在资源受控严格的野外环境中,该类方法更加适用。相反,多报文副本分发路由算法主要通过增加各报文数据在网络中的数量,尽量提高成功投递到目标节点的概率。但这样也会导致路由算法资源消耗大,容易发生网络拥塞反而导致性能下降。由于延迟容忍网络中节点的频繁移动性、资源受限性以及网络拓扑结构的多变性,提出解决各类问题的高效路由算法已经成为当今该领域的热门议题。本文针对DTN的如上问题,提出了若干基于延迟容忍网络社会属性的路由算法,分别从投递率、传输时延以及网络负载等方面提升了算法的性能。主要做了如下研究工作:(1)改进基于运动趋势的DTN路由算法。由于传统基于移动节点地理信息的路由算法,选择的中继节点无法满足报文投递准确性的要求。针对该缺点,本文提出了基于运动信息进行节点选择的路由算法。按一定频率获取移动节点的地理信息,根据移动节点具有社会属性、移动具有规律性、运动趋势相对更加稳定且可预见的特点。计算节点的运动位移的方向和移动距离,选择使用类洪泛路由算法,根据节点运动状态选择权值高的方向对节点报文进行分发。(2)针对现有延迟容忍网络路由算法在报文传递过程中报文分发策略不够灵活而导致延迟大、投递率低的问题。本文基于预期值计算的路由算法,提出了基于移动节点通话历史记录计算预期通断时长以及报文传递延迟值,并根据结果选择中继节点、分配副本数量进行报文扩散转发的基于预期延迟值的扩散转发路由。算法分为多副本分发和单副本转发两个阶段。在多副本分发阶段,根据邻居节点的活跃度选择中继节点,再由两节点间的预期通断时长分配传递报文的副本数目,加快报文在网络中的分发,降低传输延迟。同时为保证报文TTL到期前传递成功,在单副本转发阶段增加自身和邻居节点到目标节点的相遇等待时长的考虑,选择最优节点再转发,降低无效传输带来的报文冗余。(3)提出了基于移动节点社会属性的分簇混合路由算法。算法分为移动节点热启动分簇阶段和报文路由分发阶段两个部分,将具有中心相似性的移动节点通过定义的分簇方法进行分组。因为同组移动节点属性相近,移动习惯、与其他移动节点的接触频率也相像,因此可将簇集合看作一个单一移动节点。同时为提高簇内与簇间的报文分发效率,本算法分别对两种不同状态进行区分,选择使用不同的分发策略进行报文数据的投递传播,以达到最优报文投递率、平均传输时延以及尽量低的报文冗余率。本文借鉴了前人提出的路由算法中的优秀思想,在此基础上对相关算法进行优化。并更进一步提出在将人视为移动节点的场景下,如何利用节点的社会属性来提升路由算法性能。将移动节点的缓存队列管理方法与报文选择分发策略相结合,证明了相对只考虑节点的相遇概率或者刻意去增加网络中报文副本的数目的传统路由算法,本文所提出的路由算法在各项性能上更具优势。
【图文】：
与传统ＴＣＰ／ＩＰ协议不同，延迟容忍网络放宽了一些假设条件：允许连接链路中逡逑断和报文传输的长时延，网络连接拓扑图频繁变化以及连接其他异构网络。延迟容逡逑忍网络通过在传输层上添加了邋Ｂｕｎｄｌｅ层来创建覆盖网的体系结构［１７］，图２．１为传统逡逑ＴＣＰ／ＩＰ网络协议和ＤＴＮ传输协议的结构比较。逡逑７逡逑
在固定场所进行互动的人或团体。研究发现，，相同组织中的人之间更容易产生联系。逡逑由于智能移动设备的逐渐普及，因此将组织性这一概念引入到延迟容忍网络通逡逑信中来进行研究也是一太趋势图２．２举例了一个拓扑图中的３个组织结构，由于逡逑在相同组织内的成员间接触机会更大，因此选择将报文传递给与目标节点同组织的逡逑移动节点作为中继节点可以有效增加报文成功投递率＾逡逑S肧缅义希縎缅危垮危垮义蟂肧缅蜸茫垮义希浚浚浚垮义贤迹玻采缁嵬缱橹峁瑰义希疲椋珏澹玻插澹裕瑁邋澹螅簦恚悖簦酰颍邋澹铮驽澹簦瑁邋澹螅铮悖椋幔戾澹睿澹簦鳎铮颍脲义希ǎ玻┲行男藻义显谕绶治鲋校行男允瞧琅幸桓鲆贫诘懔芰苤匾亩攘恐怠Ｔ谘映馘义先萑掏缰校诘阒行男裕郏玻保莸拇笮⊥ǔ１挥美雌琅懈靡贫诘闶欠袷屎献魑屑探阱义系恪叮拗翟酱笤绞屎献魑屑探诘阈⒈ㄎ摹Ｖ行男酝ǔ１环治郑仁行腻义闲允亲罴虻サ闹行男远龋赣虢诘阒苯酉嗔钠渌诘愕谋叩氖俊＝诘愣仁行腻义闲栽礁撸肫渌诘憬哟サ幕嵩酱螅虼耸呛芎玫南⒆⒄摺Ｖ屑渲行男约屏垮义狭送ü媒诘愕淖疃搪肪兜氖俊Ｆ溆懈咧屑渲行男缘慕诘憧梢钥刂苹蛘甙镏诘沐义霞涞牧樱允潜ㄎ慕换恢欣硐氲闹屑探诘恪＝咏行男允侵傅剿衅渌诘愕腻义献疃搪肪兜钠骄怠Ｈ绻诘憷肷缁嵬缤贾行暮芙
本文编号：2571525
【图文】：
与传统ＴＣＰ／ＩＰ协议不同，延迟容忍网络放宽了一些假设条件：允许连接链路中逡逑断和报文传输的长时延，网络连接拓扑图频繁变化以及连接其他异构网络。延迟容逡逑忍网络通过在传输层上添加了邋Ｂｕｎｄｌｅ层来创建覆盖网的体系结构［１７］，图２．１为传统逡逑ＴＣＰ／ＩＰ网络协议和ＤＴＮ传输协议的结构比较。逡逑７逡逑
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