移動(dòng)容遲網(wǎng)絡(luò)中的路由及與基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)合的技術(shù)研究.pdf_第1頁(yè)
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1、移動(dòng)容遲網(wǎng)絡(luò)(Mobile Delay Tolerant Networks)是容遲網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)移動(dòng)自組網(wǎng)的融合,使得后者在間歇性連通的不理想環(huán)境下也能實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)通信。鑒于其巨大的發(fā)展?jié)摿?,移?dòng)容遲網(wǎng)絡(luò)在近些年來(lái)已經(jīng)成為熱門(mén)的研究領(lǐng)域。移動(dòng)容遲網(wǎng)絡(luò)的核心是引入容遲網(wǎng)絡(luò)中“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”的數(shù)據(jù)傳遞方式,使得數(shù)據(jù)可以隨著節(jié)點(diǎn)做物理移動(dòng),從而以“移動(dòng)輔助”的形式利用節(jié)點(diǎn)間接觸的機(jī)會(huì)進(jìn)行傳播。
  在移動(dòng)容遲網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)之間的通信機(jī)會(huì)有限且難以

2、預(yù)知,設(shè)計(jì)高效的路由協(xié)議是主要挑戰(zhàn)。先前的研究成果表明,理想的路由協(xié)議應(yīng)在分析節(jié)點(diǎn)間關(guān)系的基礎(chǔ)上,對(duì)復(fù)制機(jī)會(huì)進(jìn)行有效的篩選,同時(shí)設(shè)法減緩網(wǎng)絡(luò)擁塞,在資源使用和網(wǎng)絡(luò)性能之間尋求平衡。另一方面,移動(dòng)容遲網(wǎng)絡(luò)雖為無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境而設(shè)計(jì),但現(xiàn)實(shí)中廣泛存在的Wi-Fi熱點(diǎn)卻提供了一個(gè)嶄新的機(jī)會(huì),將容遲網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)合起來(lái)有望實(shí)現(xiàn)可觀的性能提升。
  有鑒于此,本文將圍繞移動(dòng)容遲網(wǎng)絡(luò)中的路由及與基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)合的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行討論,探索高效的路由及

3、數(shù)據(jù)分發(fā)機(jī)制,同時(shí)嘗試將容遲網(wǎng)絡(luò)的概念和通信基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合以提高網(wǎng)絡(luò)性能。
  首先,本文提出一個(gè)擁塞感知的高效DTN路由協(xié)議CADR。該協(xié)議基于歷史接觸信息為節(jié)點(diǎn)計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)效用,并通過(guò)引入獨(dú)立的間接轉(zhuǎn)發(fā)效用合理體現(xiàn)多跳路徑的作用,為數(shù)據(jù)的復(fù)制提供方向;同時(shí),通過(guò)評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)包傳遞所要承擔(dān)的責(zé)任,優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)資源的使用。而在擁塞控制方面,該協(xié)議針對(duì)容遲網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),采取了讓各節(jié)點(diǎn)自主探測(cè)并從存儲(chǔ)管理角度管控網(wǎng)絡(luò)擁塞的方式,謹(jǐn)慎處理丟包

4、情形,并能在必要時(shí)抑制復(fù)制的進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)表明,該協(xié)議能有效利用網(wǎng)絡(luò)資源,相比經(jīng)典的DTN路由協(xié)議性能優(yōu)勢(shì)明顯,在測(cè)試場(chǎng)景中傳達(dá)率高出20個(gè)百分點(diǎn)以上,而網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷卻是最低的;即便在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和負(fù)載提升時(shí),其性能依然能維持在較好水平。
  其次,本文提出一個(gè)新的移動(dòng)容遲網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議。數(shù)據(jù)分發(fā)擁有眾多的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,并且其靈活、低耦合的特點(diǎn)適合動(dòng)態(tài)環(huán)境,因此有必要設(shè)計(jì)高效的協(xié)議在移動(dòng)容遲網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分發(fā)??紤]到現(xiàn)實(shí)中移動(dòng)設(shè)備通常由人來(lái)攜帶

5、,移動(dòng)設(shè)備的移動(dòng)模式會(huì)受到用戶社會(huì)行為的影響,通過(guò)對(duì)社會(huì)關(guān)系的分析應(yīng)可有效提高網(wǎng)絡(luò)效能。沿著這個(gè)思路,新協(xié)議綜合考慮了社會(huì)接觸模式和用戶對(duì)內(nèi)容的偏好,在概率分析的基礎(chǔ)上依據(jù)邊際效用選擇中繼節(jié)點(diǎn),將數(shù)據(jù)引導(dǎo)向感興趣的用戶,同時(shí)盡力避免過(guò)度復(fù)制。結(jié)合對(duì)有限存儲(chǔ)空間的管理機(jī)制,該協(xié)議可以達(dá)到較高的成本效率。本文進(jìn)行的trace-driven模擬也驗(yàn)證了這一點(diǎn),在兩個(gè)真實(shí)場(chǎng)景中該協(xié)議表現(xiàn)穩(wěn)定,能夠?qū)崿F(xiàn)最高的網(wǎng)絡(luò)效用和成本效率,與其他協(xié)議相比優(yōu)勢(shì)

6、明顯;同時(shí),該協(xié)議還能通過(guò)參數(shù)設(shè)定來(lái)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)效用與成本效率之間的平衡,以適應(yīng)不同的實(shí)際需求。
  另外,本文還討論了如何將移動(dòng)容遲網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合以提高網(wǎng)絡(luò)性能。近年來(lái),Wi-Fi熱點(diǎn)作為無(wú)線接入基礎(chǔ)設(shè)施在各地獲得了廣泛部署,雖因傳輸距離所限無(wú)法提供良好的信號(hào)覆蓋,但熱點(diǎn)之間高速互聯(lián)的特性卻為數(shù)據(jù)在廣大地域內(nèi)的高效傳播提供了便利。本文在CADR的基礎(chǔ)上加以擴(kuò)展,提出一種基礎(chǔ)設(shè)施增強(qiáng)的DTN路由協(xié)議IEDR,嘗試將Wi-Fi

7、接入點(diǎn)(AP)作為輔助數(shù)據(jù)傳播的有效途徑,并分別針對(duì)數(shù)據(jù)的上傳和下載設(shè)計(jì)了相關(guān)機(jī)制。實(shí)驗(yàn)表明,該協(xié)議使用少量AP即可實(shí)現(xiàn)性能提升,在節(jié)點(diǎn)密度較高時(shí)傳達(dá)率比不使用AP的CADR提高了3個(gè)百分點(diǎn)以上,說(shuō)明IEDR能更好應(yīng)對(duì)規(guī)模較大的網(wǎng)絡(luò);同時(shí),IEDR的平均傳輸延遲相比CADR降低了10%左右,而網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷也有接近6%的降幅。
  從另一個(gè)角度考慮,容遲網(wǎng)絡(luò)中的異步路由機(jī)制也可以用來(lái)擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)施的作用。通過(guò)Wi-Fi熱點(diǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入是很

8、有吸引力的選項(xiàng),然而其信號(hào)覆蓋范圍有限,用戶在移動(dòng)過(guò)程中只能在臨近熱點(diǎn)時(shí)體驗(yàn)到間歇性的網(wǎng)絡(luò)連接。為了填補(bǔ)熱點(diǎn)之間的空隙,本文提出一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)框架,讓移動(dòng)終端進(jìn)行協(xié)作以提高網(wǎng)絡(luò)性能。具體來(lái)說(shuō),當(dāng)目的終端移出基礎(chǔ)設(shè)施的范圍時(shí),本框架會(huì)預(yù)測(cè)其他終端與該終端在近期內(nèi)相遇的機(jī)會(huì),讓附近的AP在到訪的移動(dòng)終端中挑選中繼節(jié)點(diǎn)。如果路過(guò)的移動(dòng)終端有機(jī)會(huì)與目的終端相遇,對(duì)應(yīng)的AP就會(huì)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給這些中繼,以“存儲(chǔ)—攜帶—轉(zhuǎn)發(fā)”的方式完成數(shù)據(jù)傳遞。

9、  此處中繼的選擇是關(guān)鍵也是難點(diǎn),因?yàn)閱渭兲暨x地理位置臨近的終端并不高效。作為應(yīng)對(duì),該框架在AP上設(shè)置啟發(fā)式規(guī)則以過(guò)濾到訪的移動(dòng)終端,識(shí)別適合作為中繼的終端并讓其捎帶數(shù)據(jù)。為了預(yù)測(cè)移動(dòng)終端間的相遇機(jī)會(huì),本文采用了兩種方式:首先,AP通常固定在某個(gè)位置,進(jìn)而可以被用作路標(biāo),利用移動(dòng)終端對(duì)AP的訪問(wèn)歷史記錄就可以預(yù)測(cè)終端的移動(dòng)軌跡;其次,還可以對(duì)移動(dòng)終端的AP訪問(wèn)序列進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘,找出相遇模式,將過(guò)去移動(dòng)終端作為群體表現(xiàn)出的規(guī)律用作預(yù)測(cè)兩個(gè)

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