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延迟容忍网络(Delay Tolerant Networks, DTNs)作为一个新兴的研究方向,是一种利用节点移动所带来的相遇机会实现消息传输的自组织网络。作为实现“受限网络”互联问题的主要解决方案,延迟容忍网络极大地拓展了无线网络的应用,并推动了网络技术的不断发展。延迟容忍网络不满足传统互联网的基本假设,其端到端之间不存在稳定持续的链路,无法使用现有的“存储-转发”路由模式进行消息传输,其采用“存储-携带-转发”的路由模式进行消息传输。然而,随着移动网络标准化的快速发展,以及无线通信技术的进步与智能移动终端设备的普及,通过人或车等携带的移动终端设备进行通信必将成为未来网络发展的一个热点和趋势,延迟容忍网络的相关技术也将不可避免地被应用在社会网络场景中。因此,面向社会网络场景研究延迟容忍路由技术,对未来移动互联网的发展具有十分重要的科学意义和应用价值。据此,本文在充分总结延迟容忍网络研究现状并深入分析其发展趋势的基础上,针对延迟容忍网络应用在社会网络场景,设计路由机制过程中所面临的节点移动性、规律性、自私性、资源有限等问题,提出了以提升网络性能与用户体验为目标的新方法,为面向社会网络场景下路由机制的改进与完善提供参考。本文研究内容主要包括:
首先,针对节点具有移动轨迹规律性,如何使得网络中消息能够高效的被转发,提出一种基于社会网络移动规律的延迟容忍路由算法。该算法在网络节点密集区建立基站,充当网络控制中心以及消息收集中心。除此之外,对网络中节点进行分簇,在每个簇中分配一定数量的令牌,使得节点获得令牌才可以转发消息。实验结果表明,在节点移动轨迹具有规律性的情况下,该算法不仅能够实现网络中消息的高效转发,还能减少网络中消息递交的时延以及网络开销。
其次,针对节点的移动性导致消息在传输过程中需要经历较长的时延和较多的跳数,在社会网络场景下,由于节点具有社会性,使得节点通常希望短时延、少跳数的节点为自身转发消息,提出一种基于社会网络时延和跳数评估的延迟容忍路由算法。该算法首先对中继节点到目的节点的时延和跳数进行评估,并构造一个关于时延和跳数的权重函数,通过中继节点的权重值选出到目的节点时延相对较短、跳数相对较少的节点作为中继节点。实验结果表明,该算法在不影响网络中消息的递交率的前提下,能够有效的减少网络中消息递交给目的节点的时延以及跳数。
再次,针对节点的移动性导致节点所携带的资源(缓存、电量等)极度有限,在社会网络场景下,不可避免地存在不同程度的消极节点乃至恶意节点不愿消耗自身的资源为其他节点转发消息,所引起的网络性能差、资源不能有效的被利用,提出一种基于社会网络激励机制的延迟容忍路由算法。该算法首先定义了一个贡献函数,用于度量节点所消耗缓存资源和能量资源的多少,通过贡献函数值来确定节点在请求转发消息过程中,该消息被中继节点接收的概率。实验结果表明,在缓存资源和能量资源有限的情况下,该算法能够通过激励节点协作转发消息来增加消息的递交率,同时也能有效的较少消息时延以及网络开销。
最后,针对采用多副本路由算法进行消息传输,容易引起节点缓存溢出的问题,提出一种面向社会网络多副本延迟容忍路由的缓存管理算法。该算法根据消息属性对节点中的消息进行队列划分,并通过判断当前正在接收消息的节点是否是新接收消息的目的节点,来选择不同消息队列中的消息进行丢弃。实验结果表明,该算法通过有效的利用节点有限的缓存资源,不仅提升了消息投递率、还降低了时延以及网络开销。
首先,针对节点具有移动轨迹规律性,如何使得网络中消息能够高效的被转发,提出一种基于社会网络移动规律的延迟容忍路由算法。该算法在网络节点密集区建立基站,充当网络控制中心以及消息收集中心。除此之外,对网络中节点进行分簇,在每个簇中分配一定数量的令牌,使得节点获得令牌才可以转发消息。实验结果表明,在节点移动轨迹具有规律性的情况下,该算法不仅能够实现网络中消息的高效转发,还能减少网络中消息递交的时延以及网络开销。
其次,针对节点的移动性导致消息在传输过程中需要经历较长的时延和较多的跳数,在社会网络场景下,由于节点具有社会性,使得节点通常希望短时延、少跳数的节点为自身转发消息,提出一种基于社会网络时延和跳数评估的延迟容忍路由算法。该算法首先对中继节点到目的节点的时延和跳数进行评估,并构造一个关于时延和跳数的权重函数,通过中继节点的权重值选出到目的节点时延相对较短、跳数相对较少的节点作为中继节点。实验结果表明,该算法在不影响网络中消息的递交率的前提下,能够有效的减少网络中消息递交给目的节点的时延以及跳数。
再次,针对节点的移动性导致节点所携带的资源(缓存、电量等)极度有限,在社会网络场景下,不可避免地存在不同程度的消极节点乃至恶意节点不愿消耗自身的资源为其他节点转发消息,所引起的网络性能差、资源不能有效的被利用,提出一种基于社会网络激励机制的延迟容忍路由算法。该算法首先定义了一个贡献函数,用于度量节点所消耗缓存资源和能量资源的多少,通过贡献函数值来确定节点在请求转发消息过程中,该消息被中继节点接收的概率。实验结果表明,在缓存资源和能量资源有限的情况下,该算法能够通过激励节点协作转发消息来增加消息的递交率,同时也能有效的较少消息时延以及网络开销。
最后,针对采用多副本路由算法进行消息传输,容易引起节点缓存溢出的问题,提出一种面向社会网络多副本延迟容忍路由的缓存管理算法。该算法根据消息属性对节点中的消息进行队列划分,并通过判断当前正在接收消息的节点是否是新接收消息的目的节点,来选择不同消息队列中的消息进行丢弃。实验结果表明,该算法通过有效的利用节点有限的缓存资源,不仅提升了消息投递率、还降低了时延以及网络开销。