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容迟网络路由协议及可靠性研究

于海征  
【摘要】:容迟网络作为一种新型的网络体系结构近年来得到了广泛地研究和应用。由于应用的网络环境较为特殊,源节点和目的节点的端到端的路径可能无法存在,节点间缺乏连通性导致网络分裂,给容迟网络的路由协议带来许多挑战。传统的网络路由协议无法适用于容迟网络,因此针对容迟网络研究者提出许多的路由协议。在容迟网络中消息的转交主要依靠节点的移动和节点的接触过程。成功地传递消息,并且尽量减少容迟网络的资源消耗,是设计容迟网络路由协议的重要问题。本文研究了容迟网络中消息路由和可靠性传输的问题,主要包括以下内容: 1.针对容迟网络中多副本路由的消息冗余问题,提出了两种路由机制,一种是基于阈值的多副本冗余消除路由机制,每个节点针对消息建立一个计数器,用来记录携带相同消息的节点的相遇次数。通过网络的环境,理论分析了阈值,得到了选择阈值的合理下限。设置适当的阈值,不但能够保证消息的成功传递,减少延迟,还能有效地控制消息副本的冗余,减少网络负担。另一种是基于生灭过程的多副本冗余消除路由机制,利用一种特殊的马尔可夫链–生灭过程具体刻画了消息的生成、转交和消失的过程。通过计算得出消息副本数的分布,更好的控制网络中消息的数量。 2.针对容迟网络中单副本路由传输的可靠性,提出了基于图的单副本路由方法。在网络中节点随时间运动和相互通信形成DTN连通图,并利用贪婪算法得到相应的贪婪树。利用DTN连通图和贪婪树的特点,比较邻近节点在贪婪树中的位置,每个节点就能够选择合适的下一个中继节点用于转交消息,避开网络中存在的无效节点或自私节点等。 3.针对移动无线传感器网络的应用场景,提出了一种基于移动Sink节点相遇次数阈值的消息拷贝冗余消除机制,通过设置移动Sink节点相遇次数的阈值,不但保证了消息成功地传递到AP,而且有效的减少了网络中的消息拷贝数,降低大量拷贝引起的缓存、带宽和能量的消耗,选取合适的阈值,传递延迟和到达AP的跳数保持与无消除机制一致。 4.提出一种基于随机超图的空间DTN网络的数据传输模型,针对卫星和地面基站的通信传输方式,根据出错的bundle块,构造了一类随机超图模型,不同的图结构对应着不同出错概率,能够具体的分析bundle包的错误概率和所生成超图的结构之间的关系。 5.提出一种针对DTN网络特点的基于社会网络的可靠路由算法,利用基于身份的密码体制(identity-based cryptography, IBC)提高消息的传输安全。根据现实网络的特点,为了防止自私节点及恶意节点破坏消息的传递,提出以社会团队为基础来转交消息,计算了团队间的关系强度矩阵,评估了转交消息的节点的可靠程度,选择合适的下一跳中继节点。同时结合DTN的特点利用IBC确保消息传递的安全性。


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