基于生物網(wǎng)絡(luò)的延遲容忍網(wǎng)絡(luò)容錯研究.pdf

1、延遲容忍網(wǎng)絡(luò)(Delay Tolerant Network，以下簡稱DTN)，是Internet研究任務(wù)組(IRTF)的DTN研究組(DTNRG1)近年來提出的一種新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、無線自組織網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中有著廣泛應(yīng)用前景。其特點是能夠?qū)崿F(xiàn)受限網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，提供任意異步消息的可靠轉(zhuǎn)發(fā)，并且可以和TCP/IP聯(lián)合使用，但端到端之間存在著高延遲、數(shù)據(jù)傳輸率低，且網(wǎng)絡(luò)鏈接斷開頻繁，使得網(wǎng)絡(luò)擁塞控制、網(wǎng)

2、絡(luò)流量控制實現(xiàn)起來相對困難。而現(xiàn)有的Internet體系結(jié)構(gòu)和其中的許多協(xié)議一般都假定端到端存在持續(xù)通信，分組丟失相對較少，因此無法很好地適用于這類網(wǎng)絡(luò)。
　　 在DTN中提高網(wǎng)絡(luò)傳輸控制的可靠性是一個關(guān)鍵問題。目前國際上開展DTN研究的時間較短，很多機制有待進一步完善。容錯技術(shù)是提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性的主要方法，可使得網(wǎng)絡(luò)在發(fā)生故障的情況下仍能實現(xiàn)有效的通信。然而由于DTN節(jié)點能量受限，網(wǎng)絡(luò)拓撲非結(jié)構(gòu)化且隨時間變化，單純采用容錯技

3、術(shù)還不能有效解決可靠性問題，需要研究智能化程度更高、實用性更強的方法。本文基于生物網(wǎng)絡(luò)智能機制針對系統(tǒng)可靠性問題進行DTN容錯研究，主要研究成果有：
　　 首先對DTN路徑失效進行容錯研究。在DTN網(wǎng)絡(luò)傳輸中，路徑失效是一個主要問題。已有的一些研究成果都是在確定網(wǎng)絡(luò)延遲、網(wǎng)絡(luò)容量以及確定網(wǎng)絡(luò)是否斷開的前提下考慮選擇路徑的，而現(xiàn)實情況往往無法提前預(yù)知這些信息。本論文給出了延遲容忍網(wǎng)絡(luò)中的一種路徑失效問題模型，反映了在路徑完全正常、

4、存在部分失效以及完全失效時消息交付情況，并針對這一問題提出一種將糾刪編碼和完全副本相結(jié)合的容錯方法，通過合理的分配策略有效地提高消息的成功交付率。設(shè)計的交通延遲容忍網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用仿真實例驗證了該方法的性能。
　　 其次，在生物網(wǎng)絡(luò)研究的基礎(chǔ)上，提出了一種面向DTN網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)纳锞W(wǎng)絡(luò)智能結(jié)構(gòu)，用來模擬DTN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。該結(jié)構(gòu)由分布式終端層、生物網(wǎng)絡(luò)層、生物網(wǎng)絡(luò)擴展層、機制層以及應(yīng)用接口層組成，通過多個生物智能體聚集突現(xiàn)形成所需的服務(wù)和應(yīng)用

5、。
　　 第三，提出了一種基于生物網(wǎng)絡(luò)的保管傳遞容錯機制。在面向DTN網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)纳锞W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中加入保管傳遞容錯設(shè)計層，設(shè)計具有免疫行為的生物智能體并代理保管束，生物智能體通過自組織協(xié)作完成保管傳遞，從而提高束傳遞的可靠性，降低分組丟失率。結(jié)合智能服裝無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用仿真實例對該機制進行分析與性能評價。試驗結(jié)果表明使用基于生物網(wǎng)絡(luò)的保管傳遞容錯機制能夠有效地提高束的傳輸性能。
　　 第四，提出了一種基于生物網(wǎng)絡(luò)的通道容

6、錯結(jié)構(gòu)。在面向DTN網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)纳锞W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中加入通道容錯設(shè)計層，通過生物智能體親合力匹配，以及智能體之間的協(xié)商、協(xié)作規(guī)則來判斷通道狀態(tài)，一旦通道延遲時間超過失效檢測時間，則判定通道存在失效，立即切換到備用通道，從而實現(xiàn)通道容錯。與已有通道容錯方式相比，這種設(shè)計結(jié)構(gòu)縮短了分組延遲時間，同時又充分利用了帶寬預(yù)留。仿真實驗驗證了它的通信效率。
　　 第五，給出了一個基于生物網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。分析了某水廠容錯監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為了提高系統(tǒng)