【摘要】：隨著無線通信的快速發(fā)展,越來越多的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。在深空通信、災(zāi)難救援網(wǎng)絡(luò)、軍用通信網(wǎng)絡(luò)以及移動(dòng)車載網(wǎng)絡(luò)等無線網(wǎng)絡(luò)中,存在節(jié)點(diǎn)頻繁移動(dòng)、鏈路時(shí)斷時(shí)續(xù)、無法保證端到端路徑、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化的問題,傳統(tǒng)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不再適用于這些挑戰(zhàn)性網(wǎng)絡(luò),因此Kevin等提出了一種面向消息的可靠覆蓋層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),稱為延遲容忍網(wǎng)絡(luò)(Delay Tolerant Network,DTN),來實(shí)現(xiàn)這些挑戰(zhàn)性網(wǎng)絡(luò)的通信。DTN雖然被廣泛應(yīng)用,但是由于網(wǎng)絡(luò)鏈路頻繁中斷、長延遲、資源受限等特征及其采用的存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)通信方式,很容易使網(wǎng)絡(luò)受限資源快速耗盡,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞,進(jìn)而使網(wǎng)絡(luò)性能下降,所以實(shí)現(xiàn)擁塞控制是延遲容忍網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)研究重點(diǎn)。本文在對(duì)DTN的網(wǎng)絡(luò)特性及體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)從路由方法和緩存管理兩個(gè)方面對(duì)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制進(jìn)行研究,主要研究工作如下:(1)對(duì)DTN傳統(tǒng)路由算法進(jìn)行深入研究,通過分析比較,指出各自的優(yōu)缺點(diǎn);對(duì)現(xiàn)有的典型緩存管理方案進(jìn)行學(xué)習(xí)與分析,歸納現(xiàn)有的典型緩存管理方案的優(yōu)點(diǎn)與存在的問題;對(duì)DTN通信進(jìn)行建模,并搭建DTN仿真平臺(tái)。(2)針對(duì)基于社會(huì)感知的路由算法對(duì)節(jié)點(diǎn)的能量與緩存資源考慮不足的問題,本文提出一種改進(jìn)的基于社會(huì)感知的路由算法。該算法引入節(jié)點(diǎn)的能量與緩存資源作為衡量節(jié)點(diǎn)選擇下一跳的依據(jù),避免選擇轉(zhuǎn)發(fā)能力大但存在擁塞的節(jié)點(diǎn)作為下一跳節(jié)點(diǎn),從而可以平衡節(jié)點(diǎn)的傳輸能力和負(fù)載,保證消息遞交率的同時(shí)減少網(wǎng)絡(luò)資源消耗,有效地預(yù)防網(wǎng)絡(luò)擁塞。仿真結(jié)果表明,該算法在保證了消息遞交率的基礎(chǔ)上,同時(shí)延長了網(wǎng)絡(luò)生命周期。(3)針對(duì)現(xiàn)有的基于消息權(quán)重的緩存管理方案普遍只采用單一度量標(biāo)準(zhǔn),不能合理丟棄消息的問題,本文提出一種改進(jìn)的基于消息權(quán)重的緩存管理方案。該方案將節(jié)點(diǎn)緩存區(qū)分為源、中繼、目標(biāo)消息隊(duì)列,每個(gè)隊(duì)列根據(jù)不同消息屬性設(shè)定的丟棄度量標(biāo)準(zhǔn),為隊(duì)列中的消息分配權(quán)重。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí),依據(jù)目標(biāo)、中繼、源消息隊(duì)列的順序,優(yōu)先丟棄隊(duì)列中權(quán)重較高的消息,從而緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞。仿真結(jié)果表明,該方案提高了消息遞交率,降低了網(wǎng)絡(luò)開銷和平均遞交延時(shí)。(4)基于對(duì)DTN擁塞控制中路由方法和緩存管理的研究,進(jìn)一步提出一種路由方法與緩存管理聯(lián)合的擁塞控制策略。該策略首先根據(jù)中繼選擇度量選擇合適的下一跳節(jié)點(diǎn),然后依據(jù)改進(jìn)的基于消息權(quán)重的緩存管理方案確定消息的丟棄順序,且引入逐跳ACK確認(rèn)機(jī)制,及時(shí)刪除網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)傳遞到目的節(jié)點(diǎn)的消息及消息副本。仿真結(jié)果表明,該聯(lián)合擁塞控制策略進(jìn)一步提高了網(wǎng)絡(luò)性能。
【圖文】：

是導(dǎo)致高延遲的另一因素。這些特性導(dǎo)致 DTN 中資源和流量分布不均衡，容易發(fā)生擁塞，所以需要制定合理的路由算法，從而提高節(jié)點(diǎn)資源利用率，盡可能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載同時(shí)保證消息遞交率。另一方面，隨著 DTN 中節(jié)點(diǎn)擁塞，節(jié)點(diǎn)緩存區(qū)會(huì)可能會(huì)丟棄新傳入的消息。這會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)消息丟棄率，增加網(wǎng)絡(luò)開銷，帶的低效使用，并進(jìn)一步惡化擁塞狀況。因此對(duì)于節(jié)點(diǎn)的緩存區(qū)管理也重要的，在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)合理丟棄對(duì)影響網(wǎng)絡(luò)性能最小的消息。（2）DTN 體系結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示，DTN 體系結(jié)構(gòu)[51]通過在應(yīng)用層下面疊加一個(gè)稱為捆綁ndle Layer）的協(xié)議層，為在不同傳輸介質(zhì)上運(yùn)行的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) 提出了一種新的通信模式，將端到端通信路徑分解為逐跳會(huì)話，從而在遲或中斷的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)異步消息（即捆綁）傳送。捆綁協(xié)議是端到強(qiáng)異步的和面向捆綁的。

應(yīng)用數(shù)據(jù)單元被集合到一個(gè)或者是多個(gè)稱為“捆綁”的可變長度協(xié)議數(shù)據(jù)單元中。這個(gè)想法是將會(huì)話所需要的信息（即整個(gè)應(yīng)用程序數(shù)據(jù)塊和元數(shù)據(jù)信息）“捆綁”在一起，可以最大限度地減少往返交換的次數(shù)，在往返時(shí)間非常大時(shí)是非常有用的。捆綁協(xié)議還提供可選的可靠傳遞的逐跳傳輸，稱為捆綁保管傳輸，以及可選的端到端確認(rèn)功能。當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收并保管一個(gè)消息時(shí)，承諾保留消息的副本，直到這個(gè)消息被傳輸?shù)搅硪粋�(gè)節(jié)點(diǎn)。DTN 采用存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)（Store-Carry-Forward，SCF)的通信方式，利用節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，避免了連續(xù)連接的需要，被用來在整個(gè)地區(qū)移動(dòng)捆綁。這個(gè)模式可以描述如下：發(fā)起一個(gè)消息的源節(jié)點(diǎn)使用某種形式的永久性存儲(chǔ)（如硬盤）來存儲(chǔ)消息，，并在等待通信機(jī)會(huì)變得可用的同時(shí)攜帶著消息。當(dāng)發(fā)生聯(lián)系機(jī)會(huì)（即兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在通信范圍內(nèi)）時(shí)，根據(jù)逐跳轉(zhuǎn)發(fā)路由算法將該消息轉(zhuǎn)發(fā)到中繼節(jié)點(diǎn)。然后，重復(fù)這個(gè)過程，消息將被逐個(gè)中繼，直到到達(dá)消息的目的節(jié)點(diǎn)，如圖 2-3 所示。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN92

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本文編號(hào)：2612061