延迟容忍网络关键技术研究

论文摘要

近年来,无线网络的发展非常迅速,已经逐渐成为人们日常生活中不可或缺的一部分。技术的发展也推动着人们对新型的网络进行研究,更多类型的无线网络为了能够适应新的应用场景而出现,如星际网络、卫星网络、野生动物监测网络等等。在这些新型的无线网络中,传统的数据传输所依赖的端到端连接通常是不稳定的,这就提出了如何在这样的网络中进行可靠数据传输的新问题。为了解决这一问题,延时容忍网络的概念应运而生。延时容忍网络是一系列的端到端连接不稳定的网络的统称,它采用了“存储-等待-转发”模式来进行数据传输。随着延时容忍网络应用的场景越来越多,延时容忍网络也在逐渐成为学术界的研究热点,研究者们提出了许多新的技术以保证数据的可靠传输,这些技术包括了新的数据链路层协议、新的路由算法、新的传输层协议、Bundle层协议等等。本论文在国内外延时容忍网络的已有研究成果的基础上,深入研究对于延时容忍网络的性能有着决定性作用的数据链路层协议、路由算法以及Bundle层协议这几项关键技术。论文的主要研究内容与创新点如下:1.回顾延时容忍网络发展至今的历程,对一些基于延时容忍网络的科研项目进行充分调研,总结近年来学术界和工业界对延时容忍网络进行的研究工作,分析现有延时容忍网络关键的几项技术,如Bundle层技术和延时容忍网络中的研究热点路由算法,发现其中的不足。2.提出适合于分簇延时容忍网络的新的TDMA时隙分配算法EASA。EASA采用动态决定帧长,根据簇内每个节点的不同数据传输要求进行动态的时隙分配,通过这种方法提升网络内的带宽利用率。进行了不同场景内的一系列实验,实验结果验证了EASA在延时容忍网络中对网络性能的提升效果。3.提出一种新的延时容忍网络广播路由算法AEBP。AEBP借鉴了延时容忍网络中现有的广播路由算法,使用自适应阈值选取技术和依据跳数等参数衰减的方法,能够显著降低延时以及广播时的网络开销。在多个不同场景的仿真实验结果表明,AEBP相比传统的泛洪算法能够大大的降低数据传输次数,而相比EBP等算法能够很好的提升数据包到达率,能够从整体上提高网络性能。4.提出一种新的Bundle层数据包丢弃策略HWDP。通过仿真实验,发现现有的数据包丢弃策略在延时容忍网络环境下无法满足网络需求。为了解决这一问题,HWDP使用收集历史信息、分析数据包到达目的地的概率等方法来确定数据包权值,并通过比较缓存内部数据包的权值来决定应当丢弃哪个数据包。仿真实验表明此HWDP能够提高网络的数据包到达率,获取比传统数据包丢弃策略高出很多的数据包到达率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 延时容忍网络产生的背景
• 1.1.2 延时容忍网络的应用场景
• 1.1.3 研究延时容忍网络技术的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 延时容忍网络面临的关键问题
• 1.3.1 数据链路层协议
• 1.3.2 延时容忍网络单播、组播和广播路由算法
• 1.3.3 Bundle 层协议
• 1.4 主要研究工作和全文组织结构与安排
• 1.4.1 主要研究工作
• 1.4.2 全文组织结构与安排
• 参考文献
• 第二章 延时容忍网络关键技术分析
• 2.1 延时容忍网络应用项目
• 2.1.1 DieselNet
• 2.1.2 城市环境监测系统 EMMA
• 2.1.3 KioskNet
• 2.1.4 高机动性多跳空中遥测网络
• 2.1.5 UK-DMC 项目
• 2.2 延时容忍网络协议栈
• 2.3 延时容忍网络Bundle 层协议分析
• 2.3.1 Bundle 层所需提供的功能
• 2.3.2 存储转发模式
• 2.3.3 可靠性和保管传输
• 2.3.4 邮政式的发送选项和管理记录
• 2.3.5 Bundle 层存储转发所需改进之处
• 2.4 延时容忍网络路由算法分析
• 2.4.1 确定性路由
• 2.4.2 随机性路由
• 2.4.3 延时容忍网络路由算法的不足
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 一种分簇延时容忍网络中的 TDMA 时隙分配算法
• 3.1 引言
• 3.2 相关研究工作
• 3.3 分簇延时容忍网络
• 3.4 高效自适应时隙分配算法EASA
• 3.4.1 EASA 设计思想
• 3.4.2 EASA 算法细节
• 3.5 仿真实验及结果分析
• 3.5.1 仿真平台及仿真场景描述
• 3.5.2 仿真结果及分析
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第四章 一种延时容忍网络中的自适应高效广播路由算法：AEBP
• 4.1 引言
• 4.2 相关研究工作
• 4.2.1 延时容忍网络单播路由算法
• 4.2.2 延时容忍网络广播路由算法
• 4.3 延时容忍网络中的自适应高效广播路由算法AEBP
• 4.3.1 AEBP 设计思想
• 4.3.2 AEBP 协议实现
• 4.4 仿真工具、场景及结果分析
• 4.4.1 仿真软件及场景描述
• 4.4.2 仿真实验及结果分析
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 一种新的延时容忍网络包丢弃策略 HWDP
• 5.1 引言
• 5.2 相关研究工作
• 5.2.1 Bundle 层数据处理流程
• 5.2.2 路由算法对数据包丢弃策略的影响
• 5.2.3 现有数据包丢弃策略
• 5.2.4 延时容忍网络环境下的传统数据包丢弃策略性能比较
• 5.3 延时容忍网络数据包丢弃策略HWDP
• 5.3.1 HWDP 设计思想
• 5.3.2 HWDP 实现
• 5.4 仿真场景描述，仿真结果及分析
• 5.4.1 仿真场景描述
• 5.4.2 仿真结果及分析
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 未来研究展望
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 攻读博士学位期间参与的科研项目