（电磁场与微波技术专业论文）基于链接时间的概率路由算法研究.pdf

摘要 摘要 目前拥有数以亿计的、不同区域的且使用公用语言相互通信的计算机连接而 成的全球网络一因特网是基于t c p i p 协议的，在其o s i 参考模型的网络层中可 通过p 协议进行消息的传送，在传输层中则需要一条可靠的端到端的路径。但 是在人际网络、车辆网络和星际网络等特殊的网络环境下，由于节点存在移动的 随机性，所以是无法找到端到端的可靠路径的，而且也极易出现网络频繁断开的 现象，因此传统的因特网结构是不适用于这样的特殊环境的。 为了能够解决此类网络( 受限网络) 所存在的种种问题，2 0 0 3 年k e v i nf a l 在i c i r 会议上正式提出d t n 网络( d e l a y d i s r u p t i o nt o l e r a n tn e t w o r k ) 的组网 结构。之后，美国国防部高级研究所( d a r p a ) 对其进一步推广和完善，提出 延迟中断可容忍网络的概念。d t n 网络的体系结构中引入了聚束层( b u n d l e l a y e r ) 及聚束协议( b u n d l ep r o t o c 0 1 ) ，并用其来实现消息( m e s s a g e ) 的“存储 携带一转发”，通过各节点问的随机连接来转发消息，从而解决在受限网络环境下 的通信问题。 d t n 网络由于自身具有的长延时、间歇性连接和节点能量低等特点决定了 其独特的路由策略。即为了提高消息的成功提交率和网络性能，网络中常采用多 拷贝路由机制。该机制中允许报文在生命周期中被多次拷贝转发给多个中间节点 并经历多条路径最终传送给目标节点。但是，消息在受限网络中重复拷贝，必然 会造成网络中存在大量的冗余，增大对网络资源和能量的消耗，而且d t n 网络 中的节点大多是手持设备，其存储空间是有限的，所以过多的拷贝必然会导致拥 塞。因此，在综合考虑缓冲区的利用率和网络吞吐量等参数对t t l 产生影响的 同时，适当采用动态的调整方案进行丢包、并采取基于缓存管理的拥塞避免策略 可有效解决拥塞的问题。 本文首先对d t n 网络的基本概念、体系结构、典型的路由协议和拥塞控制 协议进行了分析和总结，重点对d t n 中现有的概率路由协议进行深入的分析， 并针对相遇概率和拥塞控制问题提出两点改进： 1 、鉴于概率路由中对于任意两个节点在一段时间没有再次相遇的情况下所 摘要 求得的相遇概率与实际情形不相符的问题，作者提出了新的看法。作者认为两节 点在链接建立时相遇概率最大，而断开后相遇概率应是比较低的值，随着时间的 。苎堑塑塑塑壅金鱼瑾哩塑立理蚯戥逖堕塑奎堡堡墨型垦奎篁：因此，应该考 虑到两节点问的历史链接信息，依据此信息计算出平均链接间隔时间，从而推导 出自当前时间到下次建立链接所需的时间，以此为系数得出更为准确的相遇概 率。 2 、概率路由协议是依据相遇概率的值来进行消息的转发，即两节点相遇时， ，- 一。、 - 首先通过交换概率矢量来判断是否需要传递消息，通常是到达目的节点概率低的 节点将消息副本传递给到达目的节点概率高的节点，直到遇到目的节点。如此网 络中便会产生大量的消息冗余，产生拥塞。作者提出在将消息进行转发之前，首 先查看一下接收消息的节点与目的节点间的链接几率，并计算出新的概率。在实 际的消息转发过程中，综合地考虑相遇概率和链接几率的概率，从而使得报文既 可以快速传送到目标节点，又能减少拥塞的产生，提高网络性能。 3 、本文使用t h eo n e 4 1 仿真器对文中提出的方案进行仿真模拟，并对结 果进行了比较分析，得出改进方案的可行性。 关键字：d t n 网络；路由协议；拥塞控制策略；相遇概率；间隔时间； c u r r e n t l y , t h eg l o b a ln e t w o r k - t h ei n t e r a c tc o n n e c t e db yh u n d r e d so fm i l l i o n so fc o m p u t e r s f b md i 伍：咖ta r e a sw h i c hu s et h ec o m m o nl a n g u a g et oc o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e r , a l lo ft h e m a r eb a s e do nt c p i p m e s s a g e sc a nb ef o r w a r d e dt h r o u g ht h ei pp r o t o c o li nt h eo s i r e f e r e n c e m o d e lo fn e t w o r k , a n dar e l i a b l ee n d - t o - e n dp a t hw i l lb er e q u i r e di nt h et r a n s p o r tl a y e r w h i l ei n t h ei n t e r p e r s o n a ln e t w o r k s ，v e h i c l en e t w o r k s ，i n t e r p l a n e t a r yn e t w o r k sa n do t h e rs p e c i a ln e t w o r k e n v i r o n m e n t , d u et ot h er a n d o m l ym o v i n go ft h en o d e s ，i ti su n a b l et of i n dar e l i a b l ee n d - t o - e n d p a t h , a n dt h ec o n n e c t i o no fn e t w o r k i s i n t e r r u p t e df r e q u e n t l y , s ot h et r a d i t i o n a l i n t e r n e t a r c h i t e c t u r ei sn o ta p p l i c a b l et ot h i ss p e c i a le n v i r o n m e n ta n ym o r e i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m se x i s t i n gi nt h i sn e t w o r k ( r e s t r i c t e dn e t w o r k ) ，k e v i nf a l f o r m a l l yp u tf o r w a r dn e wn e t w o r ka r c h i t e c t u r eo fd t n ( d e l a y d i s r u p t i o n t o l e r a n tn e t w o r k ) a t t h ei c i rm e e t i n gi n2 0 0 3 l a t e r , t h eu s d e p a r t m e n to fd e f e n s ea d v a n c e dr e s e a r c hi n s t i t u t e ( d a r p a ) p r o m o t e da n di m p r o v e di tf u r t h e r , a n dp r o p o s e dt h ed e l a y i n t e r r u p t e da n d t h et o l e r a n t n e t w o r kc o n c e p t t h eb u n d l el a y e ra n db u n d l ep r o t o c o l ，w h i c hu s es t o r e a n d - f o r w a r ds e r v i c e w e r ei n 打o d u c e di n t ot h ea r c h i t e c t u r eo ft h ed t n t h r o u g ht h er a n d o m l yc o n n e c t e dn o d e s , m e s s a g ec a r lb ef o r w a r d e d t h ec o m m u n i c a t i o np r o b l e mi n t h er e s t r i c t e dn e t w o r ke n v i r o n m e n t c a nb es o l v e d t h ec h a r a e t e r so ft h ed t nn e t w o r ki t s e l fi nl o n gl a t e n c y ，i n t e r m i t t e n tc o n n e c t i o na n dl o w n o d ee n e r g yd e t e r m i n et h eu n i q u em u t i n gs t r a t e g y i no r d e rt oi m p r o v et h ed e l i v e r y r a t eo f m e s s a g ea n dt h ep e r f o r m a n c eo ft h en e t w o r k , t h i sn e t w o r ku s u a l l ya d o p t sm u l t i p l e 。c o p yr o u t i n g m e c h a i l i s m t h i sm e c h a n i s ma l l o w sm u l t i p l ec o p i e so fm e s s a g ea n df o r w a r d i n gt oan u m b e ro f r e l a yn o d e si nt h et t la n du l t i m a t e l yt h em e s s a g ec a l lb es e n tt ot h ed e s t i n a t i o nn o d eh o w e v e r , t h ed u p l i c a t ec o p i e so fm e s s a g ei nt h er e s t r i c t e dn e t w o r k , w i l li n e v i t a b l yr e s u l tm a n yr e d u n d a n c y mt h en e t w o r k , i n c r e a s i n gt h ec o n s u m p t i o no fn e t w o r kr e s 0 1 1 r c e sa n de n e r g y t h ed t n n e t w o r k n o d e sa 佗m o s t l yh a n d h e l dd e v i c e s ，a n dt h es t o r a g es p a c ei sl i m i t e d , s ot o om u c hc o p yw i l l i n e v i t a b l yl e a d t oc o n g e s t i o n t h e r e f o r e ，i nc o n s i d e r a t i o n o ft h ei m p a e t i o no ft h en e t w o r k p a r a m e t e r ss u c ha sb u f f e ru t i l i z a t i o na n dt h r o u g h p u to ft h en e t w o r k , n o d ed r o p so l dm e s s a g e s a c c o r d i n gt od y n a m i ca d j u s t m e n t , a n da d o p t sc o n g e s t i o nm a n a g e m e n ts t r a t e g y b a s e do nc a c h e m a n a g e m e n tt os o l v e t h ep r o b l e mo fc o n g e s t i o n i i i f i r s t l y , t h i sp a p e ra n a l y z e da n ds u m m a r i z e db a s i cc o n c e p t , s y s t e ms t r u c t u r e ，t y p i c a lr o u t i n g p r o t o c o l sa n dc o n g e s t i o nc o n t r o lp r o t o c o lo ft h ed t nn e t w o r k ，a n dt h e nf o c u s e do na n a l y s i so f p r o b a b i l i s t i cr o u t i n gp r o t o c o l e x i s t e di nt h ed t n ，a n dp r o p o s e dt w oi m p r o v e m e n t so nt h e e n c o u n t e rp r o b a b i l i t ya n dc o n g e s t i o nc o n t r 0 1 1 ，i np r o b a b i l i t yr o u t i n ga l g o r i t h m ，t h eg i v e np r o b a b i l i t yo ft w on o d e sw h i c hh a v en o t e n c o u n t e r e de a c ho t h e rf o rap e r i o do ft i m e ，d o e sn o tm a t c ht h ea c t u a ls i t u a t i o n t h ea u t h o r p r o p o s ean e wv i e wt h a tt h ec o n n e c t i o nb e t w e e n t w on o d e sa r ee s t a b l i s hb a s e do nam a x i m u m p r o b a b i l i t y ，w h i l et h ee n c o u n t e rp r o b a b i l i t yi sl o w e rv a l u ei nt h ed i s c o n n e c ts i t u a t i o n e n c o u n t e r p r o b a b i l i t yw i l lg r a d u a l l yi n c r e a s ew i t ht i m eu n t i lt h e y m e e ta g a i n t h e n ，t h ep r o b a b i l i t yi s r e s t o r e dt ot h em a x i m u mv a l u e t h e r e f o r e ，w es h o u l dc o n s i d e r a t et h eh i s t o r i cl i n ki n f o r m a t i o no f t w on o d e sa n dc a l c u l a t et h ea v e r a g ec o n n e c t i o ni n t e r v a l ，t h u sd e r i v e dt h et i m ei n t e r v a lb e t w e e n t h ec u r r e n tt i m ea n dt h et i m ew h e nn e x tc o n n e c t i o ne s t a b l i s h e d t h e n ，w ec o u l dd e r i v em o r e a c c u r a t ee n c o u n t e rp r o b a b i l i t y 2 ，p r o b a b i l i s t i cr o u t i n gp r o t o c o ld e t e r m i n e sw h e t h e rf o r w a r d sm a s s a g ea c c o r d i n g t o e n c o u n t e rp r o b a b i l i t y w h e nt w on o d e se n c o u n t e r , t h e yw i l lf i r s td e t e r m i n ew h e t h e rt of o r w a r dt h e m e s s a g et h r o u g he x c h a n g i n gt h ev e c t o ru s u a l l yt h ec o p i e so fm e s s a g ew i l lb ef o r w a r d e df r o ma l o wp r o b a b i l i t yn o d et oah i g hp r o b a b i l i t yn o d eu n t i lt h ed e s t i n a t i o nn o d e s ot h en e t w o r kw o u l d e x i s tg r e a td e a lo fm e s s a g ec o p i e s ，r e s u l t i n gi nc o n g e s t i o n t h ea u t h o rs u g g e s t st h a tb e f o r e f o r w a r d i n gt h em e s s a g e ，f i r s tc h e c k sw h e t h e rt h en o d ei nt h eo t h e re n dh a sc o n g e s t i o na n d c a l c u l a t e st h en e wp r o b a b i l i t y i nt h ea c t u a lm e s s a g ef o r w a r d i n gp r o c e s s ，c o n s i d e r i n gp r o b a b i l i t y o fe n c o u n t e ra n dc o n g e s t i o np r o b a b i l i t y , t h ep a c k e tc a nb ed e l i v e r e dq u i c k l yt ot h et a r g e tn o d e ， a n dr e d u c ec o n g e s t i o n , i m p r o v i n gn e t w o r kp e r f o r m a n c e 3 ，t h i sp a p e ru s e st h eo n e l 4 1 t os i m u l a t et h er o u t i n gi nt h ep a p e r w ec o m p a r ea n d a n a l y s i st h ed i f f e r e n tr e s u l t st ov e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo f t h er o u t i n ga l g o r i t h m k e y w o r d ：t h e d t nn e t w o r k ；r o u t i n gp r o t o c o l ；c o n g e s t i o nc o n t r o ls t r a t e g y ；e n c o u n t e r p r o b a b i l i t y ；i n t e r v a l ； i v 符号说明 符号说明 d t n ：d e l a y d i s r u p t i o nt o l e r a n tn e t w o r k a r p a ：a d v a n c e dr e s e a r c hp r o j e c t sa g e n c y c c p ：c o m m u n i c a t i o nc o n t r o lp r o c e s s o r t c p i p ：t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l i n t e m e tp r o t o c 0 1 月刀：r o u n d t r i p t i m e i p n ：i n t e r - p l a n e t a r yn e t w o r k i i 盯f ：i n t e m e tr e s e a r c ht a s kf o r c e p s n ：p o c k e ts w i t c h e dn e t w o k g p r s ：g e n e r a lp o c k e tr a d i os e r v i c e map ：m o b i l ea c c e s sp o i n t s s w i m ：s h a r e dw i r e l e s si n f o s t a t i o nm o d e l o s p f ：o p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t r i p ：r o u t i n gi n f o r m a t i o np r o t o c o l d s r ：d y n a m i cs o u r c er o u t i n g a o d v ：a dh o eo n d e m a n dd i s t a n c ev e c t o r p r o p h e t ：p r o b a b i l i s t i c r o u t i n gp r o t o c o lu s i n gh i s t o r y o fe n c o u n t e r sa n d t r a n s i t i v i t y 叫r a ：m u l t i r o u t e a l g o r i t h m n r a ：n o d er e l a y i n ga l g o r i t h m f r a ：f e r r yr e l a y i n ga l g o r i t h m r t 0 ：r e t r a n s m i s s i o nt i m e o u t t t l ：t i m et ol i v e t h eo n e - t h e o p t i m i s t i cn e t w o r ke n v i r o n m e n t v i i 箜二童缱迨 第一章绪论 1 1d t n 网络概述 1 1 1 因特网i l l 因特网是i n t c r n e t 的中文译名，它的前身是美国国防部高级研究计划局 ( a r p a ) 支持研制的“阿帕网”( a r p a n c t ) 。从1 9 6 9 年仅能连接4 台计算机的 阿帕网，发展到当下遍布世界各地并拥有超过数十亿用户的因特网，它己成为名 副其实的全球网络。 因特网能够获得如此迅猛的发展，主要归功于它有如下几个特点： l 、支持资源共享，是一个信息资源和资源共享的集合； 2 、使用通信控制处理机( c c p ) ，采用分组交换和分布式控制技术； 3 、采用分层的网络通信协议t c p i p 协议( 传输控制协议网络协议) ； 2 t c p i p 协议详细描述了电子设备接入i n t e r a c t 的方式，以及相互间传输数 据的标准。t c p 协议主要承担拆分文件成包或聚集信息的任务，以实现可靠的传 输；为了让报文能够准确传送至目的节点，i p 协议会给每个数据包的包头中添 加有关目的节点的地址信息。从协议分层模型方面来讲，该协议是一个由网 络接口层、网络层、传输层和应用层组成的分层体系结构，高层通过低层 提供的服务来完成自身的需求。 因特网通过使用t c p i p 协议簇来进行路由转发和保证可靠地数据交换，虽 没有明确指出，但通常而言其平稳运行主要还是依赖于一些重要的假设： l 、数据源和目的之间存在一个连续的、双向的路径，主要用于端到端的通 信； 2 、源端与目的端之间的双向数据传输速率要相对一致；3 、任意两个网络节 点问的最大往返时间( r 广r ) 不能太长； 4 、每条链路上损坏或丢失的数据量较少。 现如今，因特网早已成为一个覆盖全球、可供所有人进行开发和共享资源的 信息海洋，它改变了我们的生活方式，也丰富了我们的工作方式和娱乐方式。 基于链接时间的概率路由算法研究 但是，随着计算机技术、微电子技术的快速发展以及军事和其它相关领域研 究的需要，越来越多的新型网络出现了，如陆地移动网络、道路检测网络、星际 网络等。这些网络通常会违反上述的一些假设，如没有端到端的链路连接、非常 巨大的传播延时、没有持续的能量供给、缺乏大的存储能力等，这使得端到端的 t c p i p 协议不再能很好地为其提供服务，也对现有的因特网体系结构和应用提 出了严峻的挑战。为了能够解决此类网络所存在的种种问题，人们提出了延巡 中断可容忍网络( d t n ) 1 3 1 的概念。 1 1 2d t n 网络的兴起 近年来，越来越多的研究人员开始致力于间歇性连接、时延较长、能量和存 储均有限的网络的研究，如战地网络、农村网络、道路监测网络和星际网络等。 为使受限网络能够更好地与现有的因特网之间进行互操作，并改善网络的传输性 能，2 0 0 3 年i n t e l 公司伯克利研究实验室的j k e v i nf a l l 等科学家在i c i r 会议上 提出了延迟中断可容忍网络( d t n ) 。 d t n 的概念最早来自对深太空中星际间的网络i p n i 4 】的研究，是一种抽象的 网络模型。在星际通信中，由于通信实体间存在较大星体的阻挡或很长的通信距 离，因此常表现为较大的通信延迟、较低的数据率、较高的误码率和间歇性连接 等特点，如图1 1 所示。 ， 八卫星被星体挡住，无法通信 图1 1 深太空星际通信 f i g1 1 i n t e r s t e l l a rc o m m u n i c a t i o ni nd e e ps p a c e 传统因特网中的t c p i p 协议无法应用于这种星际通信中，于是在受限网络 2 f 圆坳 杏一 蔓二童鳖迨 环境研究的热潮之下，国际互联研究组( 盯f ) 成立了溶滞网络研究组( d t n r g ) ， 将此网络体系结构定为不同于传统网络的通用d t n 网络，并对其体系结构和协 议类型进行专门的研裂5 1 。2 0 0 3 年k e v i nf a l 在i c i r 会议上正式提出d t n 网络 的组网结构【6 】，如图1 2 所示。之后，美国国防部高级研究所( d a r p a ) 对其进 一步推广和完善，提出容断网络的概念。 图1 2 d t n 网络体系结构 f i 9 1 2t h ea r c h i t e c t u r eo fd t n d t n 概念提出后，国内外许多学者和研究机构纷纷开始关注这个新型网络， 主要研究d t n 网络的路由算法、拥塞控制和节能方案等，同时也吸引了a d - h o c 网络、海底网络、深空探测、传感器网络、军事网络和其他受限网络领域研究者 的广泛参与，并取得了一定的研究成果。 d t n 网络为互联网的后续发展做出了重要的补充，美国t i m e 杂志于2 0 0 8 年将其评为年度十大科学发明。 1 1 3d t n 网络的特点 d t n 网络是一种通用的、面向消息的、可靠的新型网络体系结构，是由若 干个区域网络( 包括因特网) 组成，且位于区域网络之上的覆盖网络。 d t n 能够满足处于移动状态或功率较小的通信设备进行相互问的通信，因 其能适应网内或网间较大的时延，实现节点间消息的代理转发，采用“存储一携带 基于链接时间的概率路由算法研究 转发”机制来摆脱传统因特网对于无线网络中设备接入的种种束缚，如节点的移 动速度、移动范围和密度等。通常具有如下特剧7 】： 1 、间歇性连接：d t n 网络中环境较差，发送端与接收端之间缺少端到端的 路径，节点常常为了节约资源而暂时关闭电源或运动导致超出通信范围，所以连 接时间非常有限，即网络的大部分时间是处于断开状态。这些中断可以是随机的， 如传感器网络；也可以是有一定规律可寻的，如卫星网络。 2 、较长或可变的时延：d t n 网络中的节点间具有较长的传播时延和可变的 排队时延，如地球与火星问的距离最近时，光传播需4 分钟，而最远时则会超过 2 0 分钟。这对于以毫秒来计算传播时间的t c p i p 协议来说是无法应对的，也是 迥异于依赖快速反馈应答的因特网应用。 3 、数据速率不对称：d t n 网络中的双向数据传输速率是不对称的，即系统 输入流量和输出流量的数据速率存在差异。在完成空间任务时，二者的速率比可 达到1 0 0 0 ：l ，甚至更高。 4 、节点资源有限：d t n 网络常分布于战场、深空和湖面等特殊环境中，网 络中的节点受自身体积和重量的限制，能够携带的电源和设备资源均有限，故其 应用效能有限，且为了节省资源也必然会采取一些可能影响其链路性能的策略。 5 、高误码率和低信噪比：在光通信系统中，其误码率一般在1 0 。1 5 - 1 0 。1 2 之 间。而在d t n 网络中，由于环境导致的低信噪比往往会引起信道中信号的高误 码率，如深空通信中，误码率甚至达到1 0 ，这极大地影响了接收端对传输信号 的解码和恢复能力。 基于以上特点可见，d t n 网络在性能特性和网络体系结构等方面都和因特 网不同，如果仅仅是通过修改或加强原有协议来进行新的应用是难以适应的，即 便是构造一个覆盖层代理使得它可适时使用t c p i p 协议，也不是非常理想。为 此，溶滞网络研究组( d t n r g ) 提出了面向d t n 网络的“容忍延迟的面向消息 的覆盖层体系结构”。 1 1 4d t n 网络的体系结构 d t n r g 提出的d t n 网络的分层体系结构，与传统的因特网的分层体系结 构是不同的，其具体的分层结构如图1 3 所示。 4 传输层 网络层 数据链路层 物理层 应用层 b u n d l el a y e r 、 传输层 网络层 数据链路层 物理层 因特网分层d t n 分层 图1 3 因特网与d t n 网络的分层体系结构 f i g1 3h i e r a r c h i c a la r c h i t e c t u r eo fi n t e r n e ta n dd t n 所有d t n 区 域都相同 每一d t n 区 域可能不同 由图1 3 可见，d t n 网络的体系结构中引入了聚束层( b u n d l el a y e r ) 及聚 束协议( b u n d l ep r o t o c 0 1 ) ，并用其来实现消息( m e s s a g e ) 的“存储携带转发”。 单一的聚束层协议可用于全网，构成d t n ；而聚束层之下则选择与各异构网络 通信环境相适应的协议层。 聚束也称为报文，聚束层的消息转发是对多个报文进行存储聚合之后再传 输，并逐跳保证可靠性和安全性，所以d t n 体系结构实现了存储转发报文交换， 此机制如同古代的驿马快信和现代的邮政系统，同样在语音邮件和电子邮件系统 中得到了应用。 聚束层是面向异步消息传输的覆盖层，可位于不同网络的传输层之上，并兼 容多种不同的传输协议；聚束协议也可运行于不同网络协议之上，且相互对等 b p 层之间可相互通信，并与特定区域的各种底层协议相互配合，实现应用程序 即便跨越多个网络仍可保持通信，如图1 4 所示。 应用程序应用程序 。一一。- ：o -聚束层r ：o 0 特定区域 特定区域特定区域特定区域特定区域 协议层 协议层协议层协议层协议层 图1 4d t n 聚束层 f i g1 4t h eb u n d l ei nd t n 所以，d t n 网络中所有应用层数据首先经过聚束层处理，如对数据帧的装 配、数据存储处理、身份注册验证等工作，再由底层的通信协议进行转发。聚束 5 基于链接时间的概率路由算法研究 层对应用层屏蔽底层的通信方式，应用层不必关心底层是采用何种通信协议，只 要调用聚束层协议提供的通信接口即可。其通信方式如图1 5 所示。 数据传输流程 = 今逐级应答流程 口区域a 底层通信协议( t c p i p ) 囡区域b 底层通信协议( 非t c 朋p ) 图1 5d t n 通信示意图 f i g1 5d i a g r a mf o rc o m m u n i c a t i o ni nd t n 聚束协议主要包括以下功能：可处理间歇式连接；可利用预定、预测和机会 连接( 除持续性连接外) ；基于保管方式的重传；网络地址可通过聚束层端节点 标识符绑定。在国际互联网研究组i r t f 2 0 0 7 年制定的r f c 5 0 5 0 中对聚束协议进 行了详细的描述，包括聚束协议的基本术语、聚束数据格式、聚束处理过程等。 聚束扩展了由互联网协议执行的数据对象的封装层次，其长度是任意的，可 以由三部分组成：发送端应用层的用户数据；用来说明怎样对数据进行存储、加 工、删除等操作的控制信息；由聚束层插入的聚束头标。 聚束层可能会将一个完整的聚束分解成若干碎片，然后在信宿端的聚束层重 组这些碎片，如图1 6 所示。 6 应用层匿 二二二二二二二二二二二二二二二二二二 l 堂查塑型塑塑型堡皇塑堕塑星墼堡! 旦旦塑塑! ， 肋n c n e 层圈 二二二= 二二二 鲞：。呈竺旦璺堡； 奎、 传输层匡蕊江二二二二二二二重 二二二二二二二】蚕二二二 仓! 婴垦 箨、弋 、 网络层111111111111ll!；li；j；15|lii!i5：1iiilp、 i p 数据报 心、：、 、 链路层重l 薹錾鋈江二二二二二二二匡薹薹 二二二二二二l 耋【二二二二 i 数据帧 i 物理层 二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二 t些堑亟 _ 目i n t e r n e t 头标 图d t n 头标 厂 用户数据 图1 6 b u n d l e 层封装 f i g1 6b u n d l ee n c a p s u l a t i o n 由于d t n 网络具有间歇式连接、时延较大的特点，如t c p 的会话式协议是 无法正常工作的，因为会需要花费更长的时问甚至完全失败。所以，d t n 的聚 束层采用非会话式协议，通信时仅仅选择节点间的有关信息来逐跳传递，即聚束 层之间的通信仅使用很少甚或无需往返的简单会话，而不要求通信双方如会话式 协议那样保持状态信息，如图1 7 所示。 图1 7 非会话式的聚束层和会话式的底层 f i g1 7n o nc o n v e r s a t i o n a lb u n d l el a y e ra n dc o n v e r s a t i o n a ll o w e rl a y e r 7 基于链接时间的概率路由算法研究 d t n 网络中，聚束的信源或信宿被称作节点，是带有聚束层的实体，通常 可以是主机、路由器、网关或其组合。 主机：主机是聚束传输中用来发送或接收聚束的信源或信宿，可以有选 择地支持监管传输( c u s t o d yt r a i l s f e r ) ，但不能转发聚束。当产生较大 延迟时，主机的聚束层要有持久存储( p e r s i s t e n ts t o r a g e ) 能力，以便对 聚束进行排队，直到输出链路可用。 路由器：在单个d t n 区域内转发聚束时，路由器可以作为主机使用。 网关：在两个或多个d t n 区域间转发聚束时，网关也可作为主机使用， 同时网关还可对跨越的异构网的低层协议进行转换。 d t n 网络中，由于传输层协议无法跨越d t n 实现端到端的运作，所以若出 现数据丢失或被破坏的情形，借助于监管传输，聚束层便可支持节点到节点之间 的重传，从而实现端到端传输的可靠性，如图1 8 所示。 源节点 目的节点 应用层 聚束层 传输层 网络层 链路层 物理层 l 监管j 1 了点监管节点 _ 漪在延睚 j 、产在延时 t j i 满在延时 1 j 潜在延睚 - - - 一 - i i l i _ i 一 i 一 - - - i i i il - _ - l - l i 一 i l - i - i - - - - l_ -_ 书 永久存储 一束的监管传输 c t监管传输能力 一一 监管传输确认应答 图1 8 d t n 的监管传输 f i g1 8s u p e r v i s i o nt r a n s f e ri nd t n 监管传输是在发送端的应用层发出传输请求之后，相继节点的聚束层便开始 进行。发送端的聚束监管者( c u s t o d i a n ) 向后继节点传递一个聚束，请求监管传 输并打开重传定时器来确认时间，同时保存该聚束。若后继节点的聚束层接受了 监管，则向发送方返回确认信息；若在规定的时间内没有返回确认，发送方便会 重传该聚束。重传定时器的确认时间的值可以由路由信息得出，也可以根据特定 节点的历史记录在本地计算出，故不同节点的确认时间值是可以不同的，且该值 蓥二童缱迨 应当足够大，才能保证低层的传输层协议有足够的机会来完成可靠的传输。 d t n 的聚束层在使用传输层协议和监管传输来实现端到端的可靠性的同 时，还会将重传点不断地向信宿方向移动。重传点的向前推进会减小潜在的重传 跳数，减小由于重传而导致的网络额外负荷，减小将聚束传输到信宿所需的时间， 这种逐跳重传比端到端的重传所花费的开销要低地多，所以很适用于如同d t n 这种具有长延时、高损耗的网络。 d t n 网络具有独特的技术特点，有着十分广阔的应用前景，目前主要应用 在深空通信、人群网络、车辆网络、军事网络、乡村通信、野生动物研究、传感 器网络、湖水质量监测等领域，还有更多领域的应用j 下在不断地研究中。可以说 d t n 已经开始融入人们的生活，而随着诸多研究的同渐成熟，相信它的应用范 围将更加广阔，将会给人们的生活和工作带来更多的方便和效益。 1 2 论文的选题和研究意义 自2 0 0 3 年k e v i n 等科学家在国际会议上提出d t n 网络之后，针对d t n 技 术的研究工作迅速开展起来，目前已成为全球研究的重点和热点之一。越来越多 的研究者和研究机构就其体系结构、路由技术、拥塞控制和安全隐私等方面展开 大量的工作，并形成一系列草案，其中尤以d t n r g 研究组为著。很多的国际会 议和顶级期刊都相继推出d t n 专题讨论或专刊，使得越来越多的人认识了d t n ， 并将很多在传统的因特网中无法得到很好支持的挑战网络、受限网络等区分开来 单独研究，建立通用的体系结构，推进该类网络的应用和发展。 与此同时，d t n 网络的应用前景也是越来越广阔，非常适用于具有大延迟、 间歇性连接的恶劣环境下的网络通信，如深空、战场、交通、水面以及野生动物 追踪等网络，且目前已经进入到实用阶段，并取得相当大的成果。如农村网络建 设、湖泊水质监测、生物入侵监控、斑马群和海洋鲸类的追踪以及北欧社区联网 等项目。随着d t n 研究的日趋成熟，我们完全可以相信，d t n 的应用范围会更 加广阔，会有更多的项目从中获益，d t n 终将完全融入到我们的生活和工作中。 不同于因特网的尽力而为模型，d t n 在体系结构上有了很大的突破，延巡 中断容忍的网络技术在路由算法、协议设计、拥塞控制、安全隐私及稳定性等方 面极具挑战，本文主要针对d t n 的路由技术和拥塞控制策略进行了整理和综述， 9 基丁链接时间的概率路由算法研究 并针对概率路由协议的相遇概率的计算提出新的看法，主要的研究内容如下： 1 、d t n 网络的路由协议 与传统的因特网不同，在d t n 网络的研究领域中，由于d t n 网络所具有的 大延迟、间歇性连接的特点，使得路由技术成为其关键技术。许多研究者都将目 光投放于此，在各种特定的应用环境下相继提出了很多有效的d t n 路由协议， 具体的内容将会放在第二章中进行专门的阐述。 2 、d t n 网络的拥塞控制 由于不均衡的网络流量和网络资源的分布，网络极易出现拥塞，而能够保证 网络通畅，用户的服务质量有保障且拥有最大的网络流通量的技术就成为拥塞控 制。合理的拥塞控制是获得d t n 网络的可靠性、稳定性和可接受性的关键技术。 d t n 的体系结构不同于因特网，t c p 协议也被充分证明不适用于d t n 网络，如 最大吞吐量、公平性、吞吐率稳定性等问题f 1 3 】，所以d t n 的拥塞控制技术具有 因特网所没有的约束条件，需要针对这些特点研究出新的拥塞控制技术。目