资源受限的延迟容忍网络路由调度问题研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:slowfast1981
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延迟容忍网络(容迟网络)是近年来无线网络研究领域中的一个新兴的概念,泛指由于节点移动、射频范围、能量调度、休眠机制和环境干扰等原因而难以维持稳定的端到端传输路径,甚至绝大部分时间处于中断状态的一类网络。延迟容忍网络涵盖了除Internet以外的许多其他网络,如无线自组织网络、卫星网络、野生动物监测网络、战争网络、偏远地区网络和社会网络等。由于节点的移动性、休眠调度、能量限制以及环境因素的干扰等原因,延迟容忍网络往往具有长而变动的延迟、传输中断、高传输错误率、数据传输相对速率差异大等特性。延迟容忍网络的提出就是希望为这些网络在数据包丢失、延迟过大、错误发生、可能暂时性没有连接的环境下提供一定品质的网络服务。延迟容忍网路由调度的关键问题是如何既达到高传输性能(即高成功率和低延迟等)又可以维护低资源消耗(如带宽和节点容量等)。由于网络结构的异构性和多样性,路由调度面临的挑战各不相同,特别是当传输带宽和节点容量受限时,问题将变得更加复杂。因而延迟容忍网络被认为是实现“无处不在的网络”的一项关键技术,具有重要的研究意义。本文在国家973和自然科学基金等项目的支持下,开展了资源受限的延迟容忍网络路由调度问题研究。本文的主要研究内容与创新点如下:1.提出基于动态网络流的集中式延迟容忍网数据传输模型,用以模型化传输带宽和节点容量受限的延迟容忍网路由调度问题,并借助现行的最小费用最大流的经典算法设计并实现最优全局路由策略。实验结果表明此协议在传输成功率、传输延迟和跳数上均优于其他协议;2.提出基于静态网络流算法的半分布式延迟容忍网在线路由调度策略。该策略可应用于大多数延迟容忍网络场景。在数据传输过程中,每个节点都各自建立静态网络流模型,并根据最小费用最大流的结果进行路由调度。实验结果表明此协议的传输延迟比其他协议至少缩短49%。同时,其传输成功率也是比较的协议中最高的;3.提出基于蚁群算法的分布式延迟容忍网路由调度策略。该算法利用蚁群算法的特性提高对延迟容忍网络拓扑动态变化的适应能力,具有分布式、智能优化等特点。仿真结果表明基于转发方式的算法比其他同类型算法至少缩短25.8%的传输延迟,基于复制方式的算法至少降低22.5%的传输延迟;4.设计并实现延迟容忍网路由调度实验仿真平台。该平台可仿真延迟容忍网络场景和路由调度过程,并对仿真结果进行统计分析。仿真平台以相对少的代价(如时间、费用等)评估网络特性,并获取各种数据,而这些数据和实验获得的数据一样有很高的参考价值。
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