基于MANET的协作缓存优化策略研究

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近年来随着科技的不断进步,移动计算和无线通信技术得到了迅速发展。与此同时,人们对移动通信技术的要求也越来越高。目前,有两种不同移动网络的配置方式:基于基础设施(例如基站)和无基础设施(例如MANET网络)。基于基础设施的无线网络使用固定的服务访问点与移动终端进行交互,它广泛应用在无线局域网和全局无线网,但是它也存在一些限制,例如它只能为在基站通信范围内的移动终端提供服务,而且有些区域无法架设基础设施或者基础设施昂贵。然而MANET网络不需要基站,移动终端可以自组织形成临时网络,因此它在战场、灾难救援等领域得到了广泛应用,因此MANET网络得到了很多研究人员的广泛关注。但是在MANET网络中,绝大多数研究集中在开发动态路由协议,虽然路由在MANET网络中是一个重要问题,但是数据访问也是非常重要的,因为使用MANET网络的最终目标是为了向移动节点提供信息访问。在MANET网络中,对于高效的数据分发和共享而言,协作缓存是一种非常有效的技术,然而由于MANET网络自身特性如无线传输媒介、多跳路由、动态拓扑、移动节点资源限制等,一些在传统有线网络和无线网络的协作缓存技术无法应用到MANET网络中,因而亟需开发出适用于MANET网络的协作缓存技术。在本文中,我们首先分析了MANET网络的一些特性,然后研究了一些MANET网络中现有的协作缓存技术,最后我们提出了一种新的协作缓存优化策略(CCOP), CCOP能够通过移动节点间相互协作本地缓存来提高MANET网络中数据的可获得性和数据访问的有效性。CCOP解决了协作缓存中两个最基本的问题:缓存发现和缓存管理。为了提高数据的可获得性和数据访问的有效性,CCOP充分利用数据局部性原理和用户兴趣公共性原理,通过利用协作区域、关键节点和hop-by-hop策略以最小化通信成本来发现数据源。对于缓存管理,CCOP通过最小化协作区域中的缓存复本,使得协作区域可以缓存更多的不同的数据项,从而达到增加协作缓存有效容量的目的。为了验证CCOP的性能,我们使用了数学分析和仿真两种方法。在数学分析中,我们首先从响应延迟和能量消耗两个方面建立数学分析模型,然后研究了不同因素(请求节点到数据中心距离、节点密度、数据访问模式等)对这两个性能指标的影响。在仿真中,我们在NS2平台上配置参数来搭建我们的仿真实验环境,然后让CCOP与其他现存协作缓存策略(SimpleCache和hop-by-hop,基于协作区域策略)在平均响应延迟和平均能量消耗上进行仿真比较。数学分析和仿真结果表明CCOP在与其他协作缓存策略比较时可显著降低响应延迟和能量消耗。
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