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DTN(Delay tolerant networks)是一类包含移动节点、节点间间歇性连接的无线网络;它在网络稀疏配置和节点密度降低的情况下都会产生。在军事、交通、灾难救援等领域DTN网络具有广阔的应用前景。由于节点的密度较低,DTN网络中往往不存在端到端的路径,这给DTN路由带来了巨大的困难。为了实现DTN网络中的路由,人们提出了“存储-运载-转发”模型。“存储-运载-转发”模型充分地利用了节点的存储和移动能力,通过多跳转发的方式将消息传递给目标节点。
“存储-运载-转发”模型虽然有效,但是也会面临许多具体的问题。一方面,由于节点间的链路是间歇性存在的,许多因素都会很大程度地影响路由协议的性能,如:消息转发策略、阈值选择策略。所以,选择何种策略需要我们慎重的考虑。另一方面,DTN是开放的网络,并且节点非常地脆弱。在军事和民用场景下,节点极易受到各种攻击。如果路由协议缺乏安全保护机制,其性能将会很低。
显然,上面的这些问题加深了DTN路由的复杂性,给DTN路由研究带来了更大的挑战。针对这些问题,本文做了如下三方面的工作:
(1)为了加深对DTN路由问题的理解,我们分析了DTN网络区别于移动ad hoc网络的一些特性,然后综述了DTN路由研究的相关工作。按照转发策略和拓扑结构变化的不同,我们对以往的工作进行了分类和比较。
(2)我们提出了一种基于效用的定开销路由协议(CCQR)。基于效用的路由协议根据节点效用值的大小来转发消息,在路由开销与效率之间实现了很好的权衡。不过以往的工作大多集中在构造合理的效用函数上,而忽略了阈值选择策略对网络的影响。通过理论分析,我们发现:由于阈值选择不当,大多数协议会遭受节点开销不均衡和高路由开销的问题。CCQR协议利用节点的效用值合理地分发消息副本,有效地避免这两个问题。另外,通过实验我们不但证明了理论分析中得出的结论,而且验证了CCQR协议的良好性能。
(3)我们设计了一种基于单副本传输的路由激励机制(SIR)。在民用的DTN网络中,节点并不是由一个单一的组织来管理,而是归属于个人。在这种场景下,节点往往是理性和自私的;它们以最大化自己的利益为目标,因此并不会主动地转发消息。以往的DTN路由协议假设节点都是合作的,所以并不适用于这种场景。我们设计了SIR协议来激励节点主动地帮助其他节点转发消息,并且诚实地报告自己是否收到了消息。使用博弈论的方法,我们证明了在SIR协议下,所有节点都诚实报告是一个纳什均衡点。