容迟网络中基于节点社会属性的路由算法研究

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容迟网络(Delay Tolerant Networks,DTN)作为一种新型的分布式自组网络,可以突破传统网络对全连通要求的限制,采用“存储-携带-转发”的路由机制逐跳转发消息,利用节点移动带来的间歇性连接实现网络通信。与传统网络相比,DTN具有链路中断频繁、节点存储能力较弱、传输时延长等特点,传统的路由机制无法直接应用于DTN。路由算法对DTN网络性能有至关重要的影响,已成为近年来的研究热点。本文首先概述了 DTN的产生背景、网络特征、典型应用及其发展现状,并对DTN的路由算法进行归纳和总结。着重讨论了基于节点社会属性的路由算法,阐述了一些典型算法的主要思想,分析了它们的优缺点。其次,通过分析节点间潜在社会关联,利用节点社会属性对路由算法的积极影响,提出一种基于社区划分与节点活跃度的能量均衡算法。该算法结合节点的物理属性与社会属性,设计一种新的社区划分模型。根据节点间接触时间、接触频率以及接触规律进行多维度节点友谊值的动态调整,并通过节点友谊值与相似度的双重筛选,对节点进行动态社区检测与划分,以增强社区节点间的信息共享。在此基础上,综合考虑节点活跃度与节点能量剩余率,选择具有节点活跃度高且能量水平均衡的节点进行消息中继,可以避免对活跃度高的节点过度消耗,延长其参与中继服务的时间。该算法通过有效的社区划分方法、均衡的选路策略,以及节点缓存不足时的副本控制策略,提高消息投递率,降低平均开销、平均延迟以及平均跳数。随后,针对节点具有自私性等消极社会属性,提出一种基于奖罚机制与节点转发能力的概率路由算法。该算法考虑节点成功转发消息量与节点丢弃消息量,引入节点转发能力以反映节点中继能力,也可间接反映节点的自私程度。综合考虑节点与目的节点之间的历史投递概率、节点的转发能力及其资源状况,计算节点预测投递概率值。同时,为了减少节点短期内高频接触对预测投递概率值的误导,加强时效性控制以减少消息副本转发数量。而且,还根据节点能量水平进行传递性信息筛选,以提高选路的有效性。另外,还以本节点到消息目的节点的预测投递概率值为基础,考虑消息剩余生存时间与消息大小等因素,引入消息价值量概念,并依据消息价值量对节点缓存消息进行排序,优先转发价值量大的消息,缓存溢出时优先删除价值量小的消息。该算法以提高节点预测投递概率值为激励,以降低节点转发能力与消息价值量为惩罚,并优先选择具有高预测投递概率值和高节点转发能力的中继节点,有利于提高消息投递率,减少网络平均开销、消息平均延迟以及平均跳数。最后,利用 Opportunistic Network Environment(ONE)仿真平台构建 DTN 网络模型,对所提算法进行仿真试验,并与文献中已有算法进行对比,验证了所提算法的有效性。
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