基于节点差异的Prophet路由算法的优化与仿真

作     者：朱人杰 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈清华;魏松杰

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：延迟容忍网络 Prophet路由算法 节点差异 拥塞控制 

摘      要：延迟容忍网络（Delay Tolerant Networks,DTN）提供了一种基于节点中继、托管、转发的,容迟容断的网络服务,最早被用于星际网络（Interplanetary Network,IPN）中,以应对网络中节点间歇性连接、易中断、高误码率的情况。但随着DTN在野生动物追踪网络、战地网络、乡村网络等等“挑战网络场景中的研究与应用越来越深入,网络中的节点性能、状态差异愈发明显,节点产生的数据量增大并且有集中化的趋势。前者造成了许多经典路由算法的性能下降,选择的路由节点不够优质,后者则造成了挑战网络中的拥塞问题越发严重。针对这两个问题,本文基于节点差异对Prophet路由协议进行了优化,并且面向改进后的算法设计了一种基于效用量化与邻居代理的DTN拥塞控制策略。主要内容如下:首先,本文针对节点复杂、多样化的使用环境,基于节点差异设计了Prophet路由算法的改进算法Prophet-BSAS。在相遇概率的基础上加入了对节点传输速率考虑,选择出传输过程中表现出更高的速率上限的节点;加入了对节点剩余缓存区的考虑,选择出拥有更加充裕的剩余缓存区的节点;加入了对节点传输平均成功率的考虑,选择的节点可以有效规避Prophet路由算法固有的“停车场问题。通过对以上因素进行效用量化,对Prophet路由算法的递交概率公式进行优化,仿真实验表明,优化后的Prophet-BSAS多属性决策路由算法相比Prophet路由算法无论在节点移动偏随机还是偏社会性的场景中,都拥有更高的消息到达率、更低的平均时延、更小的网络开销比和更少的平均跳数。然后,面向Prophet-BSAS路由算法,本文设计了一种基于效用量化与邻居代理的分阶段的可控DTN拥塞控制策略CUQNA。将节点拥塞状态分为四个状态——安全态、正常态、近拥塞态与拥塞态,在近拥塞态与拥塞态执行拥塞控制策略。通过效用量化进行消息的筛选,在近拥塞态进行消息避免,在拥塞态再增加缓存区的释放。同时,在缓存区释放时,通过邻居代理减少了消息的直接抛弃,减轻了拥塞控制策略对消息到达率可能的不利影响。在实验中,通过层次分析法确定效用函数中各权重系数的值。最终的实验结果表明,CUQNA相对于经典的丢弃最早到达节点的消息（Drop Front,DF）、丢弃最后到达节点的消息（Drop Last,DL）、丢弃剩余生命周期最短的消息（Drop Shortest Life Time First,SHLI）拥塞控制策略,消息到达率更高、平均时延更低、网络开销比更小。通过路由算法Prophet-BSAS与拥塞控制算法CUQNA,DTN可以为日益复杂的挑战网络环境提供更加高效的、可信的、低消耗的网络服务。