基于区域类型的机会网络数据转发技术的计算机研究

本文是一篇计算机论文，本文利用网络中节点在不同类型的区域（例如住宅区，商业区或工业区）中移动规律的不同提出了 RTDDM 算法。其原理是，MON 中节点的携带者是人，而人的移动是具有惯性的，这是由于人有着稳定的社会关系和生活习惯，人们总是会去熟悉的超市买东西，总是会走熟悉的道路。在 RTDDM 算法中，利用区域相关性、区域权重区域归属程度值等概念通过马尔科夫决策选择中继节点。对 RTDDM 算法的仿真实验使用 C 语言平台，同时对多个经典的机会网络数据转发算法进行了 C 语言描述，实现了在社会环境下，对多种移动模型的模拟，以及多个机会转发算法的参数比较。

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义
随着各种大量移动便携式智能通信设备的出现，在这些设备之间实现互连互通就显得愈发重要。而对于不存在基础设施的偏远地区或者基础设施被破环的地区，当前骨干网就不能满足这个要求。在这种情况下，机会网络[1]作为移动通信的一种新的网络表现形式成为了人们的研究热点。机会网络与移动自组织网络[2]（Mobile Ad hoc Network, MANET）的不同之处在于，机会网络对传输延迟具有一定的容忍性，属于一种延迟容忍网络[3]（Delay TolerantNetwork, DTN）。在网络结构方面，机会网络中目的节点和源节点之间不存在完整、稳定的路径，通过节点的随机移动得到相遇机会来实现数据通信，数据通过节点“携带、存储、转发”的方式，灵活地在移动节点间进行传输。
近年来，随着对机会网络研究的深入，人们对以动物、车辆、人等具象移动节点为载体的网络进行了研究。现实生活中，已经出现了野生动物的追踪[4]、偏远地区提供网络服务[5]、路况和车辆信息的收集以及手持设备网络 PSN[6]（Pocket Switched Network）等应用。载体类型的不同导致节点移动特性不同，设备性能也存在差异。因此，机会网络的转发策略、移动模型等研究都面临着极大的挑战。在机会网络中，节点会存储现有的数据，并携带数据移动以等待下一次相遇机会。如何确定数据下一跳的转发时机和选择最优转发中继成为了机会网络转发策略[7]的核心问题。
此外，传统的 MANET 是基于网络全连通的情况，数据转发层以上的网络协议对节点移动是“屏蔽”的。因此，一般从网络拓扑结构的角度（如节点连通度、拓扑连通率等）来分析节点移动模型对网络性能的影响，而在机会网络中节点的移动规律才是移动模型的研究重点。在机会网络中，数据的转发依赖于节点移动带来的有限的相遇机会，而节点的移动模型确定了节点间的相遇概率和时间分布。因此，与传统的 MANET 相比，移动模型的研究也是机会网络探索中的重点和难点。移动模型描述了节点的运动方式（包括速度、位置、逗留时长等特征），对移动模型的评测和分析是机会网络的主要研究内容之一。
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1.2 机会网络研究现状
DTNs 最早源于卫星通信网络，现泛指在任意时间点，源节点和目的节点之间不存在端到端的稳定通信路径的无线网络。伴随着计算机通信技术的发展以及其他通信领域研究的需要，延迟容忍网络已经是一种重要网络形式，比如目前延迟容忍网络可以演变为包括生态环境监控网络、海洋无线传感器网络、无线车载自组织网络、军事网络、自然灾害网络以及偏远地区网络等多种具体应用。
延迟容忍网络的主要研究方向有：DTN 数据转发技术、DTN 网络结构和 DTN 数据安全等。作为延迟容忍网络的核心研究点，数据转发技术一直是 DTN 研究的热点和难点。在早期研究中，移动机会网络主要聚焦于复杂环境下的数据交互，比如偏远地区通信和野生动物追踪等。随着各种便携式可移动智能设备的普及，利用这些移动设备进行信息的采集以及设备间数据交互的需求愈发强烈，这一需求进一步的推动了机会网络的发展，现有的典型应用[9]包括：
（1）位置服务。基于地理位置服务的可靠与否依赖于定位是否有足够高的准确性。考虑到移动设备定位容易受到环境中噪音的干扰，以及需要用户一直手持设备的不便性，卡内基梅隆大学相关科研团队提出了利用多部设备协同感知用户周围的环境信息（声音、图像等）的方法，通过设备的蓝牙功能进行自组成网，从各个角度对同一环境进行上下文协同感知。用户之间通过对感知到的环境信息进行交互，降低了环境噪音的影响，提高了定位的准确性。
（2）多媒体服务。在大型文体活动的现场（比赛、庆祝活动、演唱会等），处于角落或靠近后排的观众由于视觉受限而影响观看体验，因此观众所处位置对观赏效果存在一定的影响。麻省理工学院相关研究团队提出了一种基于 3G 环境的多媒体共享项目 CoCam。CoCam利用智能手机的摄像功能，为使用该系统并处于不同位置的观众提供优良的观赏质量。
（3）数据卸载。近年来，接入互联网的移动设备数量已经超过计算机的数量。可以利用移动设备的 Wifi 和蓝牙功能组成的机会网络进行数据卸载，一方面可以减少用户上网的开销，另一方面可以降低庞大的移动互联网数据流对当前骨干网络造成的压力。德国电信公司和马里兰大学合作研发了一套基于自组织网络的 Opp-Off 系统，当用户处于拥塞的网络环境同时又有一些延迟容忍度较高的数据（如电子书、音频等）下载需求时，用户会将这类数据的下载任务交给其他处于网络环境较好的节点来完成，最后节点间形成移动机会网络来共享、交换数据。 第三章 机会网络中节点区域类型归属程度值的提取算法..................................12
3.1 引言.......................................12
3.2 算法介绍........................................12
3.3 算法实验与分析................................. 17
第四章 基于区域类型的移动机会网络数据转发方法.....................................21
4.1 引言.................................21
4.2 网络模型.............................21
第五章 总结与展望.................................. 33
5.1 总结...................................33
5.2 展望.................................33

第四章 基于区域类型的移动机会网络数据转发方法