命名數(shù)據(jù)無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與存儲(chǔ)機(jī)制的研究.pdf

1、命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(Named Data Networking，NDN)是一種新的革命式的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，目前在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界受到了越來(lái)越多的關(guān)注，是下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)。NDN在無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用研究也逐漸開(kāi)展，并體現(xiàn)出了多方面的優(yōu)勢(shì)。然而，NDN應(yīng)用于無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的研究剛剛起步，很多問(wèn)題亟待解決。內(nèi)容獲取是NDN設(shè)計(jì)的初衷，將NDN應(yīng)用于無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)高獲取成功率、低延遲和小開(kāi)銷(xiāo)的高效內(nèi)容獲取極具挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和

2、存儲(chǔ)機(jī)制是命名數(shù)據(jù)無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高效內(nèi)容獲取的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。如何設(shè)計(jì)有效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議和存儲(chǔ)機(jī)制，更好的為命名數(shù)據(jù)無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)中的內(nèi)容獲取提供服務(wù)，面臨著許多新的挑戰(zhàn)。
　　NDN應(yīng)用在無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)中有兩種典型的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，一種以連通為主要特征，網(wǎng)絡(luò)有時(shí)會(huì)分割成不同子網(wǎng)的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)(Mobile Adhoc Networks，MANET);另一種以間斷為主要特征，節(jié)點(diǎn)因移動(dòng)偶爾接觸的延遲容忍網(wǎng)絡(luò)（Delay

3、Tolerant Networks，DTN）。本文研究命名數(shù)據(jù)MANET(NDMANET)和命名數(shù)據(jù)延遲容忍網(wǎng)絡(luò)(NDDTN)下的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，以及NDMANET下的存儲(chǔ)機(jī)制。因此，本文首先考慮NDMANET中，節(jié)點(diǎn)分布和移動(dòng)不受限的環(huán)境下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的設(shè)計(jì)問(wèn)題;然后，進(jìn)一步考慮節(jié)點(diǎn)隨機(jī)移動(dòng)的NDDTN下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的設(shè)計(jì)問(wèn)題;最后，考慮NDMANET中節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)空間有限的環(huán)境下，NDMANET存儲(chǔ)機(jī)制的設(shè)計(jì)問(wèn)題，最終在命名數(shù)據(jù)無(wú)線移動(dòng)自

4、組織網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)高效的內(nèi)容獲取。
　　論文的創(chuàng)新性成果包括以下幾個(gè)方面:
　　1.提出了NDMANET中基于貪婪和鄰居感知的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議(GNA)。利用節(jié)點(diǎn)的位置信息，采用貪婪的方法選擇距離上一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)作為下一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，以最大化單跳傳輸距離、減少轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù);采用鄰居感知的方法有選擇地增加轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，擴(kuò)大信息的傳輸范圍，提高內(nèi)容獲取的成功率;采用基于布隆過(guò)濾器的映射方法，壓縮節(jié)點(diǎn)間用于交換的鄰居信息表的大小，簡(jiǎn)化

5、鄰居信息的傳輸。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，和貪婪轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議相比，在節(jié)點(diǎn)任意移動(dòng)的環(huán)境中，在較低的節(jié)點(diǎn)密度下，GNA協(xié)議最大可以提高50％左右的內(nèi)容獲取成功率，并具有相似的傳輸延遲。GNA協(xié)議付出的代價(jià)是增加了一定的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，優(yōu)勢(shì)在于適用于節(jié)點(diǎn)任意移動(dòng)的環(huán)境并能大幅提高內(nèi)容獲取成功率。
　　2.提出了NDDTN中基于活躍度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議(ADF)。采用周期性的一跳廣播消息，維護(hù)節(jié)點(diǎn)的鄰居信息和本地的活躍度表;考慮到節(jié)點(diǎn)在不同時(shí)間遇到節(jié)點(diǎn)的數(shù)量

6、，給出了節(jié)點(diǎn)活躍度的增強(qiáng)和衰減算法，保證了活躍度的有效性;給出了轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的選擇機(jī)制，選擇活躍度較高的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)興趣包或數(shù)據(jù)包，有效減少了網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用真實(shí)的移動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，和Epidemic協(xié)議相比，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載重的情況下，ADF協(xié)議在取得和Epidemic協(xié)議相似內(nèi)容獲取成功率的同時(shí)，可以有效降低傳輸延遲，以及有效減少網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)。
　　3.提出了有限空間下的NDMANET優(yōu)化存儲(chǔ)協(xié)議(SLAMS)。采用為每個(gè)數(shù)據(jù)維護(hù)K

7、個(gè)副本的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，提高數(shù)據(jù)的可用性;考慮NDMANET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞念l繁變化，采用分布式的方法維護(hù)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的副本;采用基于隨機(jī)等待時(shí)鐘的方法選擇要維護(hù)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)副本維護(hù)的異步性;考慮移動(dòng)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)空間的有限性，將數(shù)據(jù)副本按需的存放在空閑空間比較大的節(jié)點(diǎn)中，避免了由于空間已滿的節(jié)點(diǎn)接收新數(shù)據(jù)而刪除舊數(shù)據(jù)導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題，同時(shí)降低了副本的收斂時(shí)間。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)于Phoenix協(xié)議，SLAMS協(xié)議在節(jié)點(diǎn)空間有限的情況下