移動容遲網(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

1、移動容遲網(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)境下也能實現(xiàn)組網(wǎng)通信。鑒于其巨大的發(fā)展?jié)摿?，移動容遲網(wǎng)絡(luò)在近些年來已經(jīng)成為熱門的研究領(lǐng)域。移動容遲網(wǎng)絡(luò)的核心是引入容遲網(wǎng)絡(luò)中“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”的數(shù)據(jù)傳遞方式，使得數(shù)據(jù)可以隨著節(jié)點做物理移動，從而以“移動輔助”的形式利用節(jié)點間接觸的機(jī)會進(jìn)行傳播。
　　在移動容遲網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點之間的通信機(jī)會有限且難以

2、預(yù)知，設(shè)計高效的路由協(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)點間關(guān)系的基礎(chǔ)上，對復(fù)制機(jī)會進(jìn)行有效的篩選，同時設(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，移動容遲網(wǎng)絡(luò)雖為無基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境而設(shè)計，但現(xiàn)實中廣泛存在的Wi-Fi熱點卻提供了一個嶄新的機(jī)會，將容遲網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)合起來有望實現(xiàn)可觀的性能提升。
　　有鑒于此，本文將圍繞移動容遲網(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)點計算轉(zhuǎn)發(fā)效用，并通過引入獨立的間接轉(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，通過評價節(jié)點對數(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)議針對容遲網(wǎng)絡(luò)的特點，采取了讓各節(jié)點自主探測并從存儲管理角度管控網(wǎng)絡(luò)擁塞的方式，謹(jǐn)慎處理丟包

4、情形，并能在必要時抑制復(fù)制的進(jìn)行。實驗表明，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)勢明顯，在測試場景中傳達(dá)率高出20個百分點以上，而網(wǎng)絡(luò)開銷卻是最低的;即便在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和負(fù)載提升時，其性能依然能維持在較好水平。
　　其次，本文提出一個新的移動容遲網(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、低耦合的特點適合動態(tài)環(huán)境，因此有必要設(shè)計高效的協(xié)議在移動容遲網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)分發(fā)?？紤]到現(xiàn)實中移動設(shè)備通常由人來攜帶

5、，移動設(shè)備的移動模式會受到用戶社會行為的影響，通過對社會關(guān)系的分析應(yīng)可有效提高網(wǎng)絡(luò)效能。沿著這個思路，新協(xié)議綜合考慮了社會接觸模式和用戶對內(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，將數(shù)據(jù)引導(dǎo)向感興趣的用戶，同時盡力避免過度復(fù)制。結(jié)合對有限存儲空間的管理機(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模擬也驗證了這一點，在兩個真實場景中該協(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

6、明顯;同時，該協(xié)議還能通過參數(shù)設(shè)定來調(diào)整網(wǎng)絡(luò)效用與成本效率之間的平衡，以適應(yīng)不同的實際需求。
　　另外，本文還討論了如何將移動容遲網(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，Wi-Fi熱點作為無線接入基礎(chǔ)設(shè)施在各地獲得了廣泛部署，雖因傳輸距離所限無法提供良好的信號覆蓋，但熱點之間高速互聯(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(AP)作為輔助數(shù)據(jù)傳播的有效途徑，并分別針對數(shù)據(jù)的上傳和下載設(shè)計了相關(guān)機(jī)制。實驗表明，該協(xié)議使用少量AP即可實現(xiàn)性能提升，在節(jié)點密度較高時傳達(dá)率比不使用AP的CADR提高了3個百分點以上，說明IEDR能更好應(yīng)對規(guī)模較大的網(wǎng)絡(luò);同時，IEDR的平均傳輸延遲相比CADR降低了10％左右，而網(wǎng)絡(luò)開銷也有接近6％的降幅。
　　從另一個角度考慮，容遲網(wǎng)絡(luò)中的異步路由機(jī)制也可以用來擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)施的作用。通過Wi-Fi熱點實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入是很

8、有吸引力的選項，然而其信號覆蓋范圍有限，用戶在移動過程中只能在臨近熱點時體驗到間歇性的網(wǎng)絡(luò)連接。為了填補(bǔ)熱點之間的空隙，本文提出一個新的網(wǎng)絡(luò)框架，讓移動終端進(jìn)行協(xié)作以提高網(wǎng)絡(luò)性能。具體來說，當(dāng)目的終端移出基礎(chǔ)設(shè)施的范圍時，本框架會預(yù)測其他終端與該終端在近期內(nèi)相遇的機(jī)會，讓附近的AP在到訪的移動終端中挑選中繼節(jié)點。如果路過的移動終端有機(jī)會與目的終端相遇，對應(yīng)的AP就會將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給這些中繼，以“存儲—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，因為單純挑選地理位置臨近的終端并不高效。作為應(yīng)對，該框架在AP上設(shè)置啟發(fā)式規(guī)則以過濾到訪的移動終端，識別適合作為中繼的終端并讓其捎帶數(shù)據(jù)。為了預(yù)測移動終端間的相遇機(jī)會，本文采用了兩種方式:首先，AP通常固定在某個位置，進(jìn)而可以被用作路標(biāo)，利用移動終端對AP的訪問歷史記錄就可以預(yù)測終端的移動軌跡;其次，還可以對移動終端的AP訪問序列進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，找出相遇模式，將過去移動終端作為群體表現(xiàn)出的規(guī)律用作預(yù)測兩個