基于社会网络的移动容迟网络转发策略研究

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移动容迟网络是在星际互联网体系结构研究的基础上抽象而来的一种更具代表性的受限网络模型,具有网络间歇性连通、网络节点资源有限与高传播时延等特点。与传统通信网络模型不同,移动容迟网络中不存在稳定可靠的端到端链路,使得现有的基于端到端连通性假设的网络协议不再适用。在移动容迟网络中,网络节点之间利用移动带来的通信机会,采用“存储—携带—转发”的方式进行通信。随着应用场景的不断增多,如偏远地区通信、野生动物追踪与环境监测等,移动容迟网络已成为无线传感器网络研究领域的研究热点之一。数据转发算法是移动容迟网络研究的一个重要方面。相比传统无线传感器网络的路由算法,移动容迟网络的数据转发算法不仅要提高网络节点的能量效率、延长网络生存期,对如何提高消息传输成功率、降低消息传输时延与通信开销的研究则更加具有实际意义。现有的移动容迟网络数据转发算法大致可分为:基于消息复制的转发算法、基于历史信息的转发算法、基于先验知识的转发算法、基础设施辅助的转发算法和基于社会网络的转发算法。随着微电子和通信技术的发展,具备无线通信、存储与计算能力的手持设备(如智能手机、平板电脑等)得到普及。利用数量庞大的手持设备进行分布式组网成为了移动容迟网络的一个新的应用场景。手持设备通常由人随身携带,而人的移动性通常难以估计。相对于变化较快的网络拓扑结构,人与人之间的社会关系则相对较为稳定。因此,在由手持设备组成的移动容迟网络中,基于社会网络的数据转发算法更加适用。本文针对由手持设备组成的移动容迟网络的特点,对如何提高数据传输效率进行了研究,并在移动节点相遇规律分析与分布式社团检测算法的基础上设计了适用于该应用场景的基于社会网络的数据转发算法。具体的研究内容包括以下几个方面:1)利用实验数据对网络中各节点之间的相遇间隔时间、单个节点与其他节点的相遇间隔时间,以及单个节点与其他节点的相遇次数进行了统计分析,得出了以上三个随机变量均服从指数截断的幂律分布的结论,并且提出了可以利用单位时间内单个节点与其他节点相遇次数的均值作为阈值进行分布式社团检测。2)针对手持设备组网的应用场景,提出了动态分布式社团检测算法。在移动节点相遇规律分析的结论基础上,利用单位时间内单个节点与其他节点累积相遇持续时间与相遇次数的均值确定朋友集合,构建并更新各节点的本地关系图,并且在各节点的本地关系图上利用多社团检测算法得到各节点的不同社团结构。相比单社团检测,该方法有助于在数据转发过程中进一步降低通信开销。3)针对基于中心度的转发算法,研究了节点中心度对消息传输成功率、传输时延与通信代价的影响,提出了基于中心度与关系度的数据转发算法。该算法在消息转发过程中同时比较中心度与关系度。该方法利用了因单纯比较节点中心度而错失的数据交换机会。仿真结果表明该方法可有效提高数据传输效率。4)针对移动容迟网络中的数据共享,提出了基于社团的源路由算法。该算法将移动容迟网络中的数据共享过程分为三个阶段:摘要消息广播、兴趣消息回传与内容数据转发。与传统无线传感器网络中的源路由算法不同,该算法将摘要消息广播过程形成的基于社团的路径作为一条连接源节点与目的节点的逻辑链路,从而将兴趣消息与内容数据沿着该社团路径进行转发。仿真结果表明,在一定条件下,该方法能够达到与多消息副本转发方式类似的消息传输成功率与消息传输时延。由于采用了单消息副本的转发方式,该方法明显地降低了消息传输过程的通信代价。
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