命名数据移动自组织网络路由策略研究

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移动自组织网络(Mobile Ad-hoc Network,MANET)是一种典型的无中心架构网络,不仅具有窄带宽、易受干扰、难拓展等无线网络的普遍问题。还因网络的无中心性与节点移动性而引入弱连接、传输不可靠等全新挑战。命名数据移动自组织网络(NDMANET)作为命名数据网络(NDN)技术与传统移动自组织网络(MANET)的有机结合,能够有效解决MANET因节点移动、链路频繁通断和拓扑动态时变特性所引起高丢包率、高误码率、连接频繁中断等系列问题。包路由策略作为网络数据路由体系的关键,对NDMANET性能具有重要影响。当前所采用的信息包路由策略源于NDN在有线网中的实践,并未针对高动态移动自组网的链路特征和拓扑特性进行有效优化,因此具备较大的性能提升空间。论文以提升NDMANET网络服务质量为研究目标,针对其节点、链路和拓扑的动态特性,借鉴已应用于容断/容延网络转发策略中的“节点活跃度”概念,研究将其应用于NDMANET包路由策略中,对网络所有节点的活跃度进行周期性动态计算,据此将网络节点划分为高活跃度和低活跃度两种不同类型,仅利用高活跃度节点进行兴趣包和数据包的存储与路由,以期提升包路由效率,降低因路由无效冗余信息带来的网络带宽消耗。具体地,论文首先针对当前NDMANET中所采用的信息包路由算法存在的不足,创新性地提出了一种基于网络节点活跃度的包路由策略。此策略无须改变NDMANET节点网络协议架构、仅需在NDN原生兴趣包和数据包中添加节点活跃度信息,具备良好的兼容性;接着,面向NDMANET节点改进信息包路由流程,添加诸如节点活跃度统计、节点活跃度对比、特殊节点判定、路由决策等关键步骤,完善了论文所提策略;然后,论文基于业界广泛应用的开源NS-3/ndnSIM仿真框架,构建了针对NDMANET网络的包路由策略仿真测试程序,以对比验证和准确测试各类主流包路由策略性能;同时,论文还提出了主要包含基本数据结构、协议栈、上下层接口、兴趣包/数据包编写、编解码以及上层实际应用等模块的NDMANET实物测试平台设计方案;其次,论文基于所构建的NDMANET仿真测试程序,针对系统默认的洪泛路由策略、典型的最短路径路由策略和论文提出的基于节点活跃度的路由策略进行了性能对比测试。实验结果表明,在中高动态MANET场景中,基于节点活跃度的包路由策略能够依靠合理增加数据源节点数量,保持较低的平均请求时延,取得更优的请求响应率、消耗更少的网络带宽。最后,论文以策略在无人机蜂群网络场景中的应用为案例,通过仿真实验展示出该策略相较于LFBL策略能提升了55%文件传输量,同时降低了69%平均时延与43%网络流量,为其实际部署和应用提供了重要的参考。
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