基于用户兴趣和信任关系的机会网络路由算法研究

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近年来,随着无线通信技术的快速发展以及移动通信设备(智能手机、PDA等)的大量普及,人们利用蓝牙、WiFi等短距离无线通信接口通过自组织的方式完成彼此之间数据的传输和信息的共享,使得在不具备基础通信设施的网络环境下进行通信成为可能,从而催生了一种新型的移动自组织网络——机会网络(Opportunistic Networks)。这种新型的网络在车载网络、偏远地区网络通信、灾后紧急救援、媒体信息共享等领域有着巨大的应用前景。机会网络是一种不需要源节点和目标节点之间存在完整链路,利用节点移动带来的相遇机会实现通信的无线自组织网络,其网络通信基于“存储-携带-转发”的路由模式。由于机会网络的拓扑结构动态变化,传统的网络协议已不再适用,因此如何更好地利用网络中用户之间的机会连接,使得消息的传输得以高效、可靠的进行是研究工作者主要关注的问题,而解决这个问题的根本在于能否设计出合理的节点移动模型以及高效的路由算法。本文首先介绍了研究机会网络的背景意义、现阶段国内外的研究状况以及机会网络的主要应用领域,其次介绍了机会网络的相关理论知识,对当前现有的节点移动模型和路由算法进行了总结和分析。虽然现有的路由算法在某些设定的网络环境下能取得较好的性能,但是没有更好的利用节点的兴趣特征以及移动规律,同时也没有很好的解决网络中由于节点自身资源受限所表现出的自私行为。因此,本文基于这两个方面,进行如下的研究工作:(1)基于用户兴趣的路由算法。首先,通过社会网络学理论对用户移动行为特征进行了分析,发现人们的社会关系存在一定的依赖性,其运动方式表现出小世界现象,往往由于某些共同的兴趣爱好以及社会联系聚集在一起,形成一个个运动的群体,也被称为社区。基于此,本研究通过网络中节点之间的连接强度和兴趣相似度两个方面周期性的将网络动态自适应的划分为多个兴趣社区,其消息的传输过程分为兴趣社区内和兴趣社区间传输。接着,详细介绍了相应的消息传输策略,兴趣社区内的消息传输根据相遇节点和当前消息的效用值决定是否转发消息,使得消息沿着和目的节点具有更高效用值的方向移动,社区间根据和目的节点所在社区的访问概率选择转发消息的下一条节点。最后通过仿真实验表明,该算法在网络性能上有了明显的提升,具有良好的消息投递率、较低的消息平均传输延时,并且提高了网络资源的利用效率。(2)基于节点间信任关系的路由算法。首先,本研究分析了机会网络中节点自私行为的产生原因,指出相关工作中存在的不足。然后综合考虑节点间的直接信任关系和间接信任关系,通过节点间的历史交互信息以及可信邻居节点的推荐信息建立信任评估模型,根据总体信任度建立信任关系矩阵。同时结合历史交互信息,采用机器学习的方法——朴素贝叶斯法对节点间的朋友关系进行分类。在进行消息传输的过程中,确保相遇节点和目的节点为朋友关系的前提下,通过已建立的信任关系矩阵选择和目的节点信任度更高的节点作为转发消息的中继节点,并根据信任度动态分配消息副本,使得消息沿着信任度递增的方向传输。最后通过仿真实验表明,在网络存在自私节点的情况下,该算法具有良好的消息投递率、较低的消息传输延时、以及较小的系统开销率和丢包数目。
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