多副本DTN网络协议仿真分析与优化研究文献综述

 2022-03-23 20:22:12

本次课题研究拟采用DTN(Delay-Tolerant-Network)技术骨架,以路由网络协议为主要研究载体,进行网络协议的仿真和优化设计。我们日常生活中使用的互联网(Internet)是连续、稳定的网络,本次研究骨架DTN为不连续、没有持续传输条件支持的网络,多用于信号支持薄弱的场景需求和空间通信领域。DTN利用网络路由协议算法容忍信号延迟,适合不稳定的通信。

为更好的切入课题,下面就研究中的核心关键点展开介绍与分析。

1.空间延迟容忍网络:

在空间延迟容忍网络( DTN) 中,由于卫星节点运行轨道的限制,造成节点运动并不具有典型随机性。等因素限制,在由多颗卫星组成的空间自组织网络中,卫星与卫星之间、卫星与地面站之间并不能保证是长连通的,链路可能呈现出大时延、间断可用和双向带宽不对称等特点。这一系列特点使得空间自组织网络中任意2 个节点之间不一定时刻存在端到端连接,不能满足TCP /IP 协议要求的通信基本条件,从而使其满足延迟容忍网( delay tolerantnetwork,DTN) 的典型网络特征[[1]]。DTN 的延迟容忍性主要体现在对消息的“存储- 携带- 转发”过程,将原本建立端到端连接并传输数的方式,转化为由多个中间节点转发的“跳到跳”的方式传输。例如,对于一个由源节点S、目的节点D 和其余若干个节点组成的典型DTN 中,假设其中所有节点的运动都是随机的。在t1时刻,源节点S 需要向目的节点D 传递数据,但此时S 到D 不存在端到端路径,因此S 将数据传递给与自己存在连接关系( 接触) 的节点A,但此时节点A 也不存在合适的传递机会,于是将数据保存在自己的缓存中,并通过运动等待传递机会的产生。当t2时刻时,节点A 与节点B 接触,将数据传递给节点B。[[2]]以此类推,经过多轮节点运动和消息传递后,最终将消息传递给目的

DTN 中目前已有许多经典的路由算法。例如,Epidemic 算法采用泛洪机制,当2 个节点相遇时,他们会相互传递对方不携带的数据[[3]]; PRoPHET 算法会统计历史连接概率,当节点接触时,通过比较历史概率信息而确定路由[[4]]; Spray and wait 算法会控制网络中消息的副本数量,以避免过度泛洪造成的网络拥塞[[5]]; 另外还有FirstContact、Earliest-Delivery 等算法,在网络中没有消息副本产生,但同时投递成功率也较低[[6]]。对于空间延迟容忍网络,卫星节点往往并不是漫无目的随机运动的,每颗卫星都有他们相对固定的运动轨迹,甚至经常存在几颗卫星运动于同一轨道的不同位置且相互间相对位置固定。这一行为特征造成了空间卫星延迟容忍网络与传统DTN 具有明显差异: 由于运动轨道的限制,网络中任意2 个节点可能长期连通,也可能永无接触机会[[7]]。传统的DTN 路由协议虽能兼容这一差异,但在路由设计和选择上并没有利用这一特点进行增强设计。

本文的相关工作PRoPHET 是由Lindgren 等提出的一种基于历史连接信息的概率路由,其主要思想是通过历史连接的统计计算接触概率,并将消息传输到接触概率更大的节点。这一路由算法避免了泛洪路由对消息的盲目复制,通过合理控制网络中消息副本数量,实现路由性能提高的同时降低网络拥塞发生的可能。

定义P( A,B) isin;( 0,1]为节点A 与节点B 的接触概率,PRoPHET 通过以下( 1) ~ ( 3) 式对接触概率进行更新。当2 个节点接触时,通过( 1) 式进行概率更新,以提升两节点的接触概率。

P( A,B) = P( A,B)old ( 1 - P( A,B)old) times; Pinit ( 1)

式中,Pinit isin;( 0,1]是一个初始化常数,表示起始状态的默认概率。

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