移动机会网络中基于社交关系的喷射等待路由算法研究

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与传统Internet普遍使用场景不同的是,容迟网络(Delay Tolerant Network,DTN)—般主要应用在比较极端的挑战性环境下,在此种情况下,由于受节点自身因素及外部环境等各方面的影响,每个节点之间并不一定存在类似于传统Internet中端到端的链路,并且由于节点自身的移动性,整个容迟网络的网络拓扑结构呈现动态变化,使得传统无线网络中的路由协议包括距离向量路由协议(DVRP)和链路状态路由协议(LSRP)都无法应用到容迟网络中。移动机会网络起源于容迟网络,一般认为是具有容迟网络特点的无线自组网,同时也可以看成是DTN的一种路由方式,其依赖节点之间的相遇机会来传递信息。路由算法是机会网络技术中研究的重点和核心,而中继节点的选择是路由算法中研究的重点之一。本文介绍了移动机会网络的概念、特点以及体系结构,给出了移动机会网络领域中一些比较经典的路由算法的相关分析,并在研究经典算法之一的喷射等待路由算法的基础上,通过对该经典算法两个阶段的特点进行分析,结合移动机会网络中节点的社会属性和移动轨迹,提出了一种基于社交关系的改进喷射等待路由算法,最后,通过ONE仿真平台进行大量实验实现对改进后算法的评估。主要改进的方面如下:(1)针对Spray&Wait算法在喷射阶段选择中继节点的盲目性问题,提出了基于相遇时间间隔和相遇次数的加权平均值和相遇概率的社交圈喷射策略。首先根据节点的运动特性构建社交圈,把整个移动机会网络中的节点划分到不同的社交圈中,然后将消息的传递方式划分为在目的节点的社交圈内传播和目的节点的社交圈外传播,并分别采用与目的节点平均相遇时间间隔和相遇次数的加权平均值和以及与目的节点的相遇概率这两个指标作为圈内外选择中继节点的标准来解决中继节点的盲目性选择问题。(2)针对Spray&Wait算法在等待阶段传输消息的局限性问题,提出了基于多副本策略的社交圈等待策略。不同于SW算法的等待阶段,在构建了社交圈后,利用社交圈中的节点有更高的相遇概率的特性,将此阶段看成上述改进喷射阶段的另一种特殊形式,只是当携带消息的节点和其相遇的节点到目的节点的相遇概率都比较小时,采用多副本策略,即根据节点的缓冲区占用情况进行不同副本数量的复制喷发,通过多副本策略,增多了整个移动机会网络中携带该副本消息的节点数量,从而增大与该副本消息的目的节点接触机会。(3)针对Spray&Wait算法在节点缓存中的消息管理方面略显单一的策略,考虑到节点和消息的多个不同属性,提出了基于消息调度优先级的缓存管理方案。具体来说就是根据消息的多个指标得出消息的优先级,并基于此数值构建消息队列,其中对于每个指标的权重分配运用了数学建模中常用的层次分析法解出,构建完节点的消息队列后主要应用在以下两方面:消息的删除机制即在节点的缓冲区不足时,优先考虑删除调度优先级低的消息;消息的传输机制即在传递消息时,优先传输调度优先级高的消息。最后,基于ONE仿真平台,将本文改进的算法作为实验组,其他经典算法包括Prophet算法、Epidemic算法和Spray&Wait算法作为对照组,采用不同的指标进行分析比对,可以看出改进后的算法和原算法对比在投递率和时延方面都有不错的性能提升。
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