机会网络中数据传输策略研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhang1xiao123321
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无线自组织网络是一种无需基础设施、以自组织和多跳的方式构成的无线网络,并且具有部署便捷、组网灵活等优点,所以得到了广泛的应用。但是,在一些实际应用环境中,由于节点移动、节点稀疏,以及节点通信能力受限等因素会造成无线自组织网络的传输链路出现间断性连通。为了在上述环境中实现有效的数据通信,机会网络应运而生。机会网络是一种特殊的自组织网络,它能够利用节点移动带来的相遇机会以“存储-携带-转发”的方式实现间断性连通环境下的数据通信。这种特殊的通信方式给机会网络中数据传输策略的设计带来极大的挑战。因此,本文主要围绕机会网络中数据传输所面临的一些挑战性问题展开研究,研究内容包括以下几个部分:第一,提出了一种基于接入控制的机会路由策略ORAC。传统路由策略在数据传输中无法有效利用无线网络的广播特性,一旦选定的链路中断必须重新寻路再次发送。因此,设计有效的传输策略为用户提供良好的服务质量是一个有意义但是富有挑战性的工作,尤其在多种业务流并存且资源受限的情况下。受此启发,本文提出了一种基于接入控制的机会路由传输策略ORAC,它采用一种新的考虑节点各种资源(带宽、缓存和能量)的接入控制策略来选择节点的候选集,并且改进了原有机会路由机制使其能有效地为多种类型的业务流服务。ORAC策略可以有效地解决由于网络拥塞造成的丢包,进而提高传输效率,为各种类型的业务流提供更好的服务质量。最后,通过仿真实验,比较了ORAC策略与经典的机会路由策略在三类不同业务流共存时的传输时延。此外,还比较了ORAC与基于接入控制的带宽感知机会路由在系统吞吐量、流接受率、平均时延、开销、节点平均能耗和网络寿命方面的性能,并通过仿真结果验证了ORAC策略在上述各方面具有较好的性能。第二,提出了一种基于合作博弈论的路由转发策略Game R。机会网络中现有的路由策略分为单拷贝策略和多拷贝策略。单拷贝策略可以节省网络资源,但具有较长的传输时延和较低的成功传输率。多拷贝策略可以增加网络的鲁棒性、减少数据传输时延,但消耗大量的网络资源、具有较大的开销。因此,在资源受限的情况下,如何在单拷贝和多拷贝之间做一个很好的折中显得非常重要。受此启发,本文提出一种基于纳什议价解(Nash bargaining solution)的路由策略Game R。它将分布式数据传输映射为一个多方议价博弈模型,通过构造合适的效用函数实现数据的有效传输。Game R策略结合了单拷贝和多拷贝策略的优点,可以有效利用网络资源,并提高了数据的成功传输率,减少网络开销。通过实验仿真,分别比较了Game R路由策略与经典的单拷贝路由、多拷贝路由,以及固定副本数的路由策略在消息的成功传输率、平均时延、开销、有效吞吐量,以及一个综合指标五个方面的性能。实验表明,Game R路由策略在成功传输率、有效吞吐量,以及综合性能方面明显优于其他所比较路由策略,并且其开销和平均时延也较小。第三,针对机会网络中节点自私的情况,提出了一种基于博弈论的激励感知路由策略IAR-GT。机会网络中的节点可能由于资源不足或意愿性等因素表现出一定的自私性,这种自私性又可分为个体自私和社会自私。现有的大部分研究工作都是分别考虑这两种自私性,但在机会网络中,这两种自私性可能同时存在。因此,在机会网络中,如何兼顾这两种自私性设计一种有效激励路由策略是一个非常有意义又具有挑战性的问题。针对此问题,本文提出了一种基于鲁宾斯坦恩-斯塔尔议价博弈的激励感知路由策略。它将两个自私节点之间的数据转发映射为鲁宾斯坦恩-斯塔尔议价博弈,并且利用虚拟货币和构建博弈双方的价格函数来实现自私节点间的数据传输。利用真实数据集的仿真实验,在网络中节点自私的情况下,分别比较了IAR-GT路由策略与三种经典机会网络路由策略以及一种基于激励的路由策略在消息的成功传输率、平均时延、开销、以及一个综合指标四个方面的性能。实验表明,IAR-GT策略在成功传输率、平均时延、以及综合性能方面都优于其他几种路由策略。第四,在机会网络中节点存在恶意攻击的情况下,提出了一种基于社会信任的安全路由协议,SSNCR。机会网络主要通过节点移动机会与相遇节点进行通信,它不存在一条端到端的路径,并且链路经常变化及具有延迟容忍特性,这将使恶意行为对网络有更大的机会进行攻击,从而损害了整个网络性能。因此,如何设计安全高效的路由策略显得尤为重要。针对此问题,本文提出了一种基于社会信任的安全路由策略。该策略采用一种新的基于节点状态信息和社会关系的安全路由度量标准,并且根据此标准所选信任节点进行数据转发,从而实现数据传输中对节点的预先答应而丢包,信任聚集和诽谤三种攻击的有效防护。同时,该策略采用网络编码技术将要发送的数据包进行编码操作,加快了可信节点的数据传输进程并减少数据冗余。最后,利用真实数据集的仿真实验,分别比较了所提安全路由SSNCR与两种经典路由以及一种安全路由策略在成功传输率、平均传输时延、传输开销,以及平均信任值方面的性能。仿真实验表明,随着网络中异常节点数比例的增加,所提策略可以有效阻止恶意节点攻击,并且其成功传输率,传输时延和开销方面都取得较优的结果。
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