盧華庭， 徐 亮， 王貴竹

（安徽大學(xué) 計(jì)算智能與信號(hào)處理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230039）

0 引言

容遲網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，由 Kevin Fall等人首次提出。在這種網(wǎng)絡(luò)中，端到端的路徑并不一直穩(wěn)定存在，甚至可能一直不會(huì)出現(xiàn)。節(jié)點(diǎn)之間的連接經(jīng)常是斷斷續(xù)續(xù)的，而且有著較大的延遲。傳統(tǒng)的基于 TCP/IP路由協(xié)議通常不適用于這種網(wǎng)絡(luò)[1-2]。因此，研究者提出了各種DTN網(wǎng)絡(luò)中的路由算法，例如基于報(bào)文拷貝傳輸?shù)?Epidemic、散發(fā)-等待路由以及基于先驗(yàn)知識(shí)的MED、ED、EDLQ、EDAQ等[3-4]。由于人群網(wǎng)絡(luò)中人的移動(dòng)性導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)刻變化，有時(shí)會(huì)具有容遲網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。因此，人群網(wǎng)絡(luò)也屬于容遲網(wǎng)絡(luò)的研究范疇。

1 相關(guān)工作介紹

文獻(xiàn)[5]中，作者提出了路由度和節(jié)點(diǎn)度的概念，通過(guò)對(duì)Dartmouth學(xué)院收集到的學(xué)生網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，提出在路由設(shè)計(jì)時(shí)，如果能夠事先知道這些節(jié)點(diǎn)，可能會(huì)大大改善網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t和成功率。文獻(xiàn)[6]中，作者通過(guò)多倫多大學(xué)搜集的學(xué)生蹤跡分析，提出了鏈路-狀態(tài)路由協(xié)議。文獻(xiàn)[7]中，作者提出嵌套2跳路由算法（2-MH＊），并在相關(guān)項(xiàng)目所搜集的人群移動(dòng)蹤跡上進(jìn)行了仿真、性能分析。在文獻(xiàn)[8]中，作者提出對(duì)無(wú)線(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類(lèi)，根據(jù)端到端之間的連接性能由好到壞，依次為SPN、strictU -DTN 、U-DTN、strict A-DTN、A-DTN。由于人群網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化性，一個(gè)特定的路由算法很難一直保持好的性能。因此，基于對(duì)路由算法設(shè)計(jì)的考慮，我們提出應(yīng)首先對(duì)人群網(wǎng)絡(luò)的變化規(guī)律進(jìn)行分類(lèi)，然后在不同的時(shí)間段使用不同的適當(dāng)?shù)穆酚伤惴?，即使用多種路由算法切換機(jī)制，從而在整體上提高網(wǎng)絡(luò)的路由性能。

2 人群網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)探索

根據(jù)現(xiàn)實(shí)中人的移動(dòng)及分布情況，我們假定：人群網(wǎng)絡(luò)的分布特點(diǎn)以天為單位不斷循環(huán)。因此，本文提出在研究人群網(wǎng)絡(luò)中路由算法時(shí)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)間建立連接的路徑類(lèi)型，對(duì)人群網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)文獻(xiàn)[8]中對(duì)無(wú)線(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)定義，本文提出把人群網(wǎng)絡(luò)的變化分為3類(lèi)：空間路徑網(wǎng)絡(luò)（Space-Path Networks）、無(wú)需輔助節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(U-DTN：unassisted DTN)、需要（或帶有）輔助節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(A-DTN：assistance-needed DTN)。本文以社區(qū)人群網(wǎng)絡(luò)的分布特點(diǎn)為例，介紹人群網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)。

2.1 空間路徑網(wǎng)絡(luò)

在社區(qū)人群網(wǎng)絡(luò)中，上、下班時(shí)間段，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)活躍，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間碰面的概率很大，節(jié)點(diǎn)的分布有利于報(bào)文的傳輸。此時(shí)，在一個(gè)時(shí)刻，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間直接或者通過(guò)多跳可以建立起端到端的空間連接[8]，并能維持通信所需要的時(shí)間?t。在這種情況下，適合采用MANET網(wǎng)絡(luò)中基于端到端連接的AODV等路由協(xié)議。如圖1所示：源端A發(fā)報(bào)文給目的端B，可以通過(guò)空間路徑建立端到端的連接。

圖1 空間路徑網(wǎng)絡(luò)模型

2.2 無(wú)需輔助節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)

在上午、下午工作時(shí)間段，社區(qū)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)目相對(duì)減少，而且部分節(jié)點(diǎn)趨于靜止，部分節(jié)點(diǎn)移動(dòng)。此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中大部分節(jié)點(diǎn)間不能通過(guò)多跳建立空間路徑。需要利用人的移動(dòng)性，在可容忍時(shí)間t內(nèi)，在源端和目的端之間通過(guò)建立時(shí)空路徑[8]來(lái)傳輸報(bào)文。如圖2所示：源端A傳報(bào)文給目的端B，但是在當(dāng)前時(shí)刻tk，A與B之間并不能通過(guò)多跳建立端到端的連接。此時(shí)，節(jié)點(diǎn)A將報(bào)文傳給中間節(jié)點(diǎn)C，經(jīng)過(guò)一段可容忍時(shí)間t，利用節(jié)點(diǎn)C的移動(dòng)性，當(dāng)其到達(dá)與節(jié)點(diǎn)B能進(jìn)行通信的范圍內(nèi)，將報(bào)文傳遞給 B。在這種情況下，適合采用MEED、MED等基于先驗(yàn)知識(shí)的路由算法。

圖2 無(wú)需輔助節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)模型

2.3 需要輔助節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)

在夜晚時(shí)間段，此時(shí)，人群網(wǎng)絡(luò)分為一個(gè)個(gè)小群體（例如人群分布在2棟居民樓內(nèi)）。在小群體之間，由于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)稀少，無(wú)法在可容忍時(shí)間t內(nèi)，在源端和目的端之間建立時(shí)空路徑，如圖 3所示。在這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，群體之間的通信無(wú)法取得較好性能。為此，人們提出利用擺渡節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)騾子等輔助節(jié)點(diǎn)，在一定程度上改善網(wǎng)絡(luò)中的路由性能。

圖3 需輔助節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)模型

2.4 人群網(wǎng)絡(luò)變化規(guī)律

由于人群網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以天為單位周期性變化，針對(duì)人群網(wǎng)絡(luò)中路由算法的研究，本文提出利用人群網(wǎng)絡(luò)的變化規(guī)律，對(duì)人群網(wǎng)絡(luò)按照時(shí)間段進(jìn)行細(xì)化。采用多種路由機(jī)制，在不同時(shí)間段間進(jìn)行切換，有利于改善網(wǎng)絡(luò)的路由性能。

圖4給出了社區(qū)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型變化循環(huán)圖。由于人的日常生活規(guī)律及其移動(dòng)性，該網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型按照?qǐng)D中所示數(shù)字順序循環(huán)變化。這給設(shè)計(jì)多路由算法循環(huán)切換機(jī)制帶來(lái)了可行性。需說(shuō)明的是，由于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，人群網(wǎng)絡(luò)劃分為哪種類(lèi)型，并不是指在該時(shí)間段內(nèi)任意時(shí)刻都屬于該類(lèi)型，而是指大部分時(shí)間段以該類(lèi)型為主。

圖4 社區(qū)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型變化循環(huán)

3 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)人群網(wǎng)絡(luò)的研究中，使用一種固定的路由算法，往往并不能一直保持較好的性能。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文提出新的思路，根據(jù)人群網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，對(duì)人群網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi)，這對(duì)人群網(wǎng)絡(luò)路由算法設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。在今后的工作中，將根據(jù)真實(shí)的人群網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)蹤跡情況進(jìn)行分析實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)仿真比較多路由算法機(jī)制切換機(jī)制與單一路由算法機(jī)制在延遲、遞交率、網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)占用開(kāi)銷(xiāo)等方面的性能。

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