容迟网络单播路由技术研究

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容迟网络(DTN)指具有延迟大、错误率高、间断性连接等通信特征的网络,其研究起源于上世纪美国国防研究部对星际网络的研究。2003年,Kevin Fall在国际会议上正式地提出了容迟网络的组网结构,吸引了很多研究人员的关注,其路由问题一直是研究的热点问题。在研究DTN网络的模型中,结点设为处于移动中,不存在端到端连接,网络中结点的通信主要依靠结点移动过程中形成的短暂链路。即结点会将消息发送给相遇的结点,接收消息的结点会携带该消息,直到遇到其它可以传输的结点,这样周而复始,直到消息到达目的结点。这就是容迟网络采用的存储-携带-转发通信模型。在这种模式的基础上,研究人员提出了Epidemic、Spray and Wait等路由协议。路由协议通过发送同一消息的多个副本到网络中,并且独立传输相应副本,达到增强路由的健壮性的目的。但是,相关路由过程中存在冗余副本问题,即当消息的某一个副本到达目的结点后,其它副本仍会存在于网络中,占据缓存空间,并可能会继续被转发,浪费网络带宽,造成网络性能的下降。容迟网络中的消息副本主要依靠TTL和拥塞控制离开网络,冗余副本也藉此被删除,但这两种策略都属于被动的冗余消除策略,而且可能误删没有到达目的结点的消息的副本。为了更有效地进行冗余删除,本文提出了一种基于反馈机制的主动冗余消除策略。该策略在路由消息的首部添加一个反馈字段,反馈字段记录已经到达目的结点的消息的ID。该字段由源结点选择当前已收消息的对应ID来进行填充。在路由消息传输过程中,收到相应消息的结点根据反馈字段去检查本地缓存空间,如果发现本地缓存空间里消息ID与反馈字段中的相同,就删除对应的消息副本。当结点再次转发消息时,根据一定准则去更新消息的反馈字段,即用自己已收消息的ID去替换反馈字段中的原有消息ID,其出发点是为了更好地消除网络冗余副本。在更新过程中参考的主要标准是消息到达目的结点的时间和反馈次数。为了验证本文提出的策略的效果,本文使用机会网络仿真器OpportunisticNetwork Environment(ONE)平台进行仿真验证。我们首先对平台进行了扩展,修改了消息的结构和路由模块,在Epidemic和Spray and Wait协议的基础上实现了主动冗余消除策略,与被动冗余消除策略进行了仿真性能比较。仿真结果显示,和传统被动冗余消除策略相比,论文提出的主动冗余消除策略能够有效删除冗余副本,并提高消息递交率,降低网络开支。本文的主要研究工作为:(1)深入研究和分析了容迟网络的路由协议,指出了多副本路由协议中的冗余副本问题,在此基础上提出了基于反馈机制的主动冗余副本消除策略。(2)使用ONE平台对提出的策略进行了仿真,通过与传统被动冗余副本消除策略对比,验证了主动冗余副本清除策略在删除冗余副本和提升网络性能的作用。
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