命名數(shù)據(jù)無線移動自組織網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與存儲機制的研究.pdf

1、命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(Named Data Networking，NDN)是一種新的革命式的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)，目前在學術(shù)界和工業(yè)界受到了越來越多的關(guān)注，是下一代互聯(lián)網(wǎng)絡的研究熱點。NDN在無線移動自組織網(wǎng)絡上的應用研究也逐漸開展，并體現(xiàn)出了多方面的優(yōu)勢。然而，NDN應用于無線移動自組織網(wǎng)絡的研究剛剛起步，很多問題亟待解決。內(nèi)容獲取是NDN設計的初衷，將NDN應用于無線移動自組織網(wǎng)絡中實現(xiàn)高獲取成功率、低延遲和小開銷的高效內(nèi)容獲取極具挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和

2、存儲機制是命名數(shù)據(jù)無線移動自組織網(wǎng)絡實現(xiàn)高效內(nèi)容獲取的兩個關(guān)鍵問題。如何設計有效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議和存儲機制，更好的為命名數(shù)據(jù)無線移動自組織網(wǎng)絡中的內(nèi)容獲取提供服務，面臨著許多新的挑戰(zhàn)。
　　NDN應用在無線移動自組織網(wǎng)絡中有兩種典型的網(wǎng)絡環(huán)境，一種以連通為主要特征，網(wǎng)絡有時會分割成不同子網(wǎng)的移動自組織網(wǎng)絡(Mobile Adhoc Networks，MANET);另一種以間斷為主要特征，節(jié)點因移動偶爾接觸的延遲容忍網(wǎng)絡（Delay

3、Tolerant Networks，DTN）。本文研究命名數(shù)據(jù)MANET(NDMANET)和命名數(shù)據(jù)延遲容忍網(wǎng)絡(NDDTN)下的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，以及NDMANET下的存儲機制。因此，本文首先考慮NDMANET中，節(jié)點分布和移動不受限的環(huán)境下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的設計問題;然后，進一步考慮節(jié)點隨機移動的NDDTN下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的設計問題;最后，考慮NDMANET中節(jié)點存儲空間有限的環(huán)境下，NDMANET存儲機制的設計問題，最終在命名數(shù)據(jù)無線移動自

4、組織網(wǎng)絡中實現(xiàn)高效的內(nèi)容獲取。
　　論文的創(chuàng)新性成果包括以下幾個方面:
　　1.提出了NDMANET中基于貪婪和鄰居感知的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議(GNA)。利用節(jié)點的位置信息，采用貪婪的方法選擇距離上一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點最遠的節(jié)點作為下一個轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，以最大化單跳傳輸距離、減少轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù);采用鄰居感知的方法有選擇地增加轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的數(shù)量，擴大信息的傳輸范圍，提高內(nèi)容獲取的成功率;采用基于布隆過濾器的映射方法，壓縮節(jié)點間用于交換的鄰居信息表的大小，簡化

5、鄰居信息的傳輸。仿真實驗結(jié)果表明，和貪婪轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議相比，在節(jié)點任意移動的環(huán)境中，在較低的節(jié)點密度下，GNA協(xié)議最大可以提高50％左右的內(nèi)容獲取成功率，并具有相似的傳輸延遲。GNA協(xié)議付出的代價是增加了一定的網(wǎng)絡開銷，優(yōu)勢在于適用于節(jié)點任意移動的環(huán)境并能大幅提高內(nèi)容獲取成功率。
　　2.提出了NDDTN中基于活躍度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議(ADF)。采用周期性的一跳廣播消息，維護節(jié)點的鄰居信息和本地的活躍度表;考慮到節(jié)點在不同時間遇到節(jié)點的數(shù)量

6、，給出了節(jié)點活躍度的增強和衰減算法，保證了活躍度的有效性;給出了轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的選擇機制，選擇活躍度較高的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)興趣包或數(shù)據(jù)包，有效減少了網(wǎng)絡開銷。仿真實驗結(jié)果表明，采用真實的移動軌跡數(shù)據(jù)，和Epidemic協(xié)議相比，在網(wǎng)絡負載重的情況下，ADF協(xié)議在取得和Epidemic協(xié)議相似內(nèi)容獲取成功率的同時，可以有效降低傳輸延遲，以及有效減少網(wǎng)絡開銷。
　　3.提出了有限空間下的NDMANET優(yōu)化存儲協(xié)議(SLAMS)。采用為每個數(shù)據(jù)維護K

7、個副本的機制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，提高數(shù)據(jù)的可用性;考慮NDMANET網(wǎng)絡拓撲的頻繁變化，采用分布式的方法維護網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)的副本;采用基于隨機等待時鐘的方法選擇要維護的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)副本維護的異步性;考慮移動節(jié)點存儲空間的有限性，將數(shù)據(jù)副本按需的存放在空閑空間比較大的節(jié)點中，避免了由于空間已滿的節(jié)點接收新數(shù)據(jù)而刪除舊數(shù)據(jù)導致的數(shù)據(jù)丟失問題，同時降低了副本的收斂時間。仿真實驗結(jié)果表明，相對于Phoenix協(xié)議，SLAMS協(xié)議在節(jié)點空間有限的情況下