容滞网络中的节能与路由方案研究

【摘要】：因特网(Internet)在互联全球异构的网络中数以千万计的通信设备方面取得了巨大成功,其成就要归功于TCP/IP协议族。然而对于像军事无线自组织网络、星际网络及无线传感器网络等这样的受限网络来说,网络容易出现断开的现象,源节点与目的节点之间可能没有稳定的端到端的连接路径,当前的TCP/IP模型并不能很好地为其提供服务。为了实现这些网络之间的互联,2002年Kevin Fall在ICIR会议上提出了一种面向消息的覆盖层体系结构,这种体系结构被称为容滞网络(Delay Tolerant Network, DTN)。容滞网络利用存储-携带-转发的路由方式,使报文可以逐跳向目的节点转发,实现了受限网络环境下的通信。 DTN网络中,由于节点的运动性、节点分布的稀疏性以及节点资源的受限性(能量、带宽、缓存大小)等特点,通信链路为间歇连通的,这就使得网络中的数据很难及时、可靠地传输到目的节点,从而导致网络的通信开销大、数据传输延迟高、可靠性低。目前,对DTN的研究主要集中在路由技术方面,主要目标是以更低的传输延迟和开销来实现更高的数据传输的递交率。而节点的能量消耗是一个关键的问题,它直接影响到网络的寿命。针对DTN网络的特点,设计高效合理的数据传输机制,减少网络能量消耗,快速可靠地将数据传输到目的节点,并达到数据传输成功递交率、开销、延迟的有效平衡,就成了DTN所要解决的首要问题。 本文首先对DTN的概念、体系结构、节点的移动模型、节点的连接探测机制以及几种典型的路由协议进行了介绍,进而对DTN中节能方案进行了分析和研究,最后对现有的散发等待路由协议进行了改进。本文的主要研究方案及内容如下： 1.在现实的容滞网络中,节点需要不断地发出探测信号来发现其通信半径内的邻居节点。本文假设网络中存在少量能量充足的节点(称为核心节点),并持续不断地发出探测信号,从而提高探测成功率,同时缓解普通节点的能量消耗。文中首先推导出在有核心节点的网络中,普通节点连接时间(link Duration)的概率分布,在此基础上得出普通节点在理论上的能量消耗。与没有核心节点的网络相比,不仅节能,在成功递交率和平均延迟方面也有所改善。 2.针对节点自身性能的差异,避免散发等待(Binary Spray and Wait, BSW)路由协议中报文转发的随机和盲目性,给出了节点能力(Capability of Node)的概念。并在此基础上,提出了基于节点能力的自适应散发等待路由算法(CoN-ASW)。该路由算法根据节点能力的大小来动态的散发报文的副本数以及决定是否将报文转发给相遇的节点。这种自适应性的散发和转发策略更能够适应网络的动态拓扑结构,从而能够提高报文的递交效用,减小网络的开销。 3.本文使用ONE仿真器对所提出的核心节点辅助下的节能和路由研究方案,以及基于节点能力的自适应散发等待路由算法进行仿真评估,然后对仿真结果进行了分析比较。 【关键词】：容滞网络 节能 路由算法 核心节点 节点能力
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 DTN概述9-15
• 1.1.1 DTN研究背景9-10
• 1.1.2 DTN基本特性10-12
• 1.1.3 DTN体系结构12-14
• 1.1.4 DTN应用14-15
• 1.2 论文的选题及意义15-16
• 1.3 论文的主要内容和结构16-17
• 1.4 本章小结17-18
• 第二章 DTN中的数据传输研究现状18-26
• 2.1 节点移动模型18-20
• 2.1.1 随机移动模型18-19
• 2.1.2 基于社会的移动模型19
• 2.1.3 基于地图的移动模型19
• 2.1.4 基于真实数据统计的模型19-20
• 2.2 节点的连接探测机制20-21
• 2.3 路由技术21-25
• 2.3.1 不依赖知识的路由22-23
• 2.3.2 依赖知识的路由23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 基于核心节点节能的连接探测机制26-38
• 3.1 引言26-27
• 3.2 网络模型及假设27
• 3.3 网络中普通节点连接时间的概率分布27-32
• 3.3.1 连接时间的概率分布27-28
• 3.3.2 连接时间概率分布的验证28-32
• 3.4 普通节点能量的消耗32-35
• 3.4.1 普通节点总能量消耗的比较32-33
• 3.4.2 普通节点传送单位数据所消耗能量的比较33-35
• 3.5 路由性能仿真35-36
• 3.6 本章小结36-38
• 第四章 基于节点能力的自适应散发等待路由38-46
• 4.1 引言38
• 4.2 相关工作38-39
• 4.3 基于节点能力的自适应散发等待路由39-41
• 4.3.1 间接递交能力的计算40
• 4.3.2 直接递交能力的计算40
• 4.3.3 节点能力的计算40-41
• 4.4 路由过程41
• 4.4.1 散发阶段41
• 4.4.2 等待阶段41
• 4.5 仿真41-45
• 4.5.1 仿真参数设置41-42
• 4.5.2 结果与分析42-45
• 4.6 本章小结45-46
• 结束语46-48
• 参考文献48-51
• 致谢51-52
• 攻读硕士学位期间发表的论文52

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