论文题目: 移动自组网络中数据复制技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 计算机科学与技术
作者: 郑静
导师: 卢锡城
关键词: 移动自组网络,无线网络,数据复制,副本放置,分簇,渗流,组通信,概率可靠组通信,模拟
文献来源: 国防科学技术大学
发表年度: 2005
论文摘要: 移动自组网络是一种在没有骨干网络条件下由移动节点通过分布式协议自组织起来的无线网络系统。由于不需要固定网络基础设施的支持,移动自组网络在数字战场、抢险救灾等特殊环境中有着广泛的应用。 数据复制技术对提高数据的可用性和数据访问的性能有着重要的意义。移动自组网络由于其自组性、移动性、多跳性、资源有限性等特点使数据复制技术面临新的挑战。本文针对移动自组网络给数据复制带来的问题,提出了基于分簇的数据复制协议CDRP。 CDRP协议主要包括分簇算法、元数据管理、副本管理和概率可靠的分发协议四部分。其主要目标是提高数据可用性,并在此前提下减少数据访问的通信开销和协议带来的网络负载,以提高数据访问的性能并增强协议的可扩展性。本文着重研究了CDRP协议中的分簇算法α-SPCA、副本放置算法和概率可靠分发协议PLPD。 基于α-稳定路径的分簇算法α-SPCA是CDRP协议的基础,其目的是通过分簇预测网络分割。该算法根据节点的当前位置和移动模式预测邻居节点间的连接概率,从而预测两个节点间的路径可用概率;并基于节点间的路径可用概率对节点进行分簇,使簇内任意两个节点间的路径可用概率大于某个预定阈值。由于α-SPCA算法基于路径可用概率分簇,因此形成的簇能适应节点的移动性,并且可以有效地预测网络分割。本文对算法的复杂性进行了理论分析,对簇的性质进行了理论证明和实验分析。 副本放置管理决定数据项副本的数量和位置。一方面,节点的移动性常常会引起链路断接甚至网络分割,网络分割可能导致数据项不可访问,从而降低数据的可用性。为了提高数据可用性,本文提出了基于分簇的副本放置算法CDRA,该算法在分簇算法α-SPCA的基础上动态复制每个簇所需的数据项。每个簇首节点根据簇内节点存储空间大小和簇内节点对各数据项访问频度的总和决定本簇需要复制的数据项,并完成节点加入/离开簇时的数据项副本管理。由于CDRA算法通过α-SPCA分簇预测网络分割,并在网络分割前复制数据,因此提高了网络分割情况下的数据可用性。另一方面,移动自组网络中数据访问的通信开销是影响数据访问性能的最重要因素之一,为了提高数据访问的性能,本文提出了簇内基于稳定邻居的动态自适应副本放置算法EARAM_SN。该算法根据簇内节点对数据项读写请求的动态变化以及簇内节点的动态分布自适应地调整簇内数据项副本的位置和数量,以减少簇内数据访问的通信开销,提高数据访问的性能。 CDRP协议中的概率可靠分发协议PLPD用于在簇间分发数据索引目录和数据项副本的更新消息,以维护簇首间的数据索引目录以及数据项副本的一致性。与其它概率分发协议不同,PLPD协议是拓扑感知的组通信协议,其组成员管理不需要全网泛洪控制信息。该协议中每个组成员维护其邻近区域里的部分组成员视图,并以概率向这些组成员转发数据消息。由于PLPD协议考虑了节点的地理位置,将组成员管理和消息分发限制在局部区域内,因此该协议在保证高概率可靠性前提下有效地减少了网络负载,具有良好的可扩展性。本文使用渗流理论对PLPD协议的概率分发过程进行建模和分析,从
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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 移动自组网络简介
1.1.1 基本概念
1.1.2 移动自组网络的应用背景
1.1.3 移动自组网络环境中的研究热点
1.2 移动自组网络环境中的数据复制技术
1.2.1 固定网络中的数据复制技术
1.2.2 传统移动通信网络环境中的数据复制技术
1.2.3 移动自组网络环境中的数据复制技术
1.3 本文工作
1.4 论文结构
第二章 相关技术与相关研究工作
2.1 数据复制技术
2.1.1 固定网络中的相关研究
2.1.2 传统移动通信网络环境中的相关研究
2.1.3 移动自组网络环境中的相关研究
2.2 分簇技术
2.2.1 分簇算法评价标准
2.2.2 分簇算法分类
2.2.3 现有分簇算法简介
2.3 组通信技术
2.3.1 基于mesh的协议
2.3.2 PBM协议
2.3.3 基于Gossip的组播
2.4 小结
第三章 基于分簇的数据复制协议框架
3.1 概述
3.2 问题描述
3.2.1 网络模型和假设
3.2.2 问题描述
3.3 CDRP协议设计的基本思路
3.3.1 提高数据可用性
3.3.2 提高数据访问性能
3.3.3 提高数据一致性协议的可扩展性
3.3.4 冲突消解
3.4 CDRP协议框架
3.4.1 分簇算法
3.4.2 元数据管理
3.4.3 副本管理
3.4.4 概率可靠分发协议
3.5 小结
第四章 基于α-稳定路径的分簇算法
4.1 概述
4.2 问题描述
4.2.1 问题描述
4.2.2 形式化描述
4.3 基于α-稳定路径的分簇算法
4.3.1 计算邻居节点问的连接概率
4.3.2 构造α-稳定图的分布式算法
4.3.3 构造α-稳定图的完全子图的启发式算法
4.3.4 基于α-稳定路径的分簇算法
4.4 模拟与分析
4.4.1 模拟实验参数
4.4.2 模拟结果
4.5 小结
第五章 基于分簇的副本放置算法
5.1 概述
5.2 基于分簇的副本放置算法
5.2.1 数据结构
5.2.2 算法描述
5.3 模拟与分析
5.3.1 模拟程序设计
5.3.2 模拟实验参数
5.3.3 模拟结果
5.4 小结
第六章 簇内动态自适应副本放置算法
6.1 概述
6.2 问题描述
6.2.1 通信开销模型
6.2.2 副本放置问题
6.3 基本的自适应副本放置算法
6.4 改进的自适应副本放置算法
6.5 簇内动态自适应副本放置算法
6.6 模拟与分析
6.6.1 模拟程序设计
6.6.2 模拟实验参数
6.6.3 ARAM算法和EARAM算法的性能实验
6.6.4 EARAM_SN算法的性能实验
6.7 小结
第七章 基于渗流理论的概率可靠分发协议
7.1 概述
7.2 假设和问题描述
7.2.1 网络模型和假设
7.2.2 问题描述
7.3 概率可靠分发协议PLPD
7.3.1 基本数据结构
7.3.2 组成员管理
7.3.3 PLPD协议描述
7.4 协议性能分析
7.4.1 渗流理论
7.4.2 协议性能分析
7.4.3 用Pull的方法提高PLPD协议的可靠性
7.5 模拟与分析
7.5.1 模拟平台
7.5.2 模拟程序设计
7.5.3 环境参数
7.5.4 状态突变现象实验
7.5.5 和RDG协议性能的比较实验
7.5.6 Pull方法对协议性能影响的实验
7.6 小结
第八章 总结与未来工作
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
参考文献
发布时间: 2005-11-07
参考文献
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