容遲/容斷網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)研究

樊秀梅 李 楊

摘要:容遲/容斷網(wǎng)絡(luò)(DTN)由于其長延遲、高誤碼率及頻繁斷路等網(wǎng)絡(luò)特性不滿足互聯(lián)網(wǎng)較短傳輸延遲、低誤碼率及存在端到端路徑的基本假設(shè),傳統(tǒng)Internet體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議無法直接用于DTN。DTN路由機(jī)制可以按照連接的確定性分為確定性路由和隨機(jī)性路由。確定性路由主要有基于樹的路由、時(shí)空路由和修正的最短路徑路由等方法;隨機(jī)性路由主要有流行性路由、基于歷史消息的路由、基于模型的路由、可控移動(dòng)路由和基于編碼的路由。DTN在游牧計(jì)算、軍事戰(zhàn)場通信、緊急營救及災(zāi)后重建方面具有廣泛應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞:容遲/容斷網(wǎng)絡(luò);路由;編碼;應(yīng)用

Abstract: Since Delay/Disruption Tolerant Networks (DTNs) have long delay, high bit-error rate and frequent disconnection, it cannot meet the essential hypothesis of the Internet. Therefore, the traditional Internet architecture and protocols cannot be directly used for DTNs. The DTN routing mechanisms can be classified into deterministic routing and stochastic routing. The deterministic DTN routing algorithms include tree-based routing, space-time routing and amendatory shortest path routing, while the stochastic DTN routing algorithms are epidemic routing, history-based routing, model-based routing, controllable mobility routing and erasure-coding based routing. DTNs can be applied into nomadic computing, military communications, emergence rescue and post-disaster reconstruction, with a big prospect of extensive application.

Key words: delay/disruption tolerant network; routing; coding; application

1 DTN體系結(jié)構(gòu)

Internet已成功地在全世界得到應(yīng)用,現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、通信模式和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在正常情況下對互聯(lián)網(wǎng)的使用來說是充足且高效的。然而,在某些沒有固定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的地區(qū)和情況下,網(wǎng)絡(luò)往往是分離的,因此不能保證提供持續(xù)、穩(wěn)定的連接。此外,這些環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備常受限于其自身的發(fā)射范圍、處理能力、存儲(chǔ)空間和電源供給。在這種環(huán)境中,傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議往往不再適合。

從軍事、深太空通信,到各種無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和游牧計(jì)算都產(chǎn)生了不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求。這些網(wǎng)絡(luò)中,由于無線傳輸范圍、移動(dòng)速度、網(wǎng)絡(luò)分離、異構(gòu)底層網(wǎng)絡(luò)、重大災(zāi)難或惡意攻擊等原因可能形成長延遲、高鏈路誤碼率、路徑頻繁斷開等特性,我們將具有這類特性的網(wǎng)絡(luò)稱為容遲/容斷網(wǎng)絡(luò)(DTN)[1]。

容遲網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)可以歸納為:具有較高相異性;頻繁遭到網(wǎng)絡(luò)分割;承受經(jīng)常性的中斷和失敗;不對稱、較長和可變的數(shù)據(jù)速率;網(wǎng)絡(luò)設(shè)備受限于能量、帶寬、存儲(chǔ)/內(nèi)存和成本。由于DTN無法滿足Internet基本假設(shè)(如較短傳輸延遲、低誤碼率及存在端到端路徑),故不能直接應(yīng)用Internet的現(xiàn)行體系結(jié)構(gòu)和許多協(xié)議[2]。

DTN體系結(jié)構(gòu)的具體分層形式如圖1所示。

由于DTN環(huán)境的多樣性和網(wǎng)絡(luò)狀況天生的不確定性,使得DTN在體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)互操作、安全、管理以及穩(wěn)定性等方面的設(shè)計(jì)變得極具挑戰(zhàn)性。DTN將會(huì)是未來的活躍研究領(lǐng)域,研究DTN的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)具有重大的科學(xué)和社會(huì)意義。我們應(yīng)該抓住這一歷史機(jī)遇,在DTN研究領(lǐng)域積極開展研究工作,使之成為中國研究新一代網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)與取得原創(chuàng)性成果的突破口。

2 DTN路由機(jī)制

DTN路由的主要目的是最大化報(bào)文傳輸成功率。與傳統(tǒng)有線和無線網(wǎng)絡(luò)不同,DTN中網(wǎng)絡(luò)延時(shí)大、拓?fù)浣?jīng)常變化、節(jié)點(diǎn)分布較稀疏、通常沒有穩(wěn)定的端到端鏈路。由于DTN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性,鏈路的中斷可能比連接更加頻繁,在某段時(shí)間內(nèi)可能不存在端到端的路徑,因此有效的DTN路由需要結(jié)合異步路由方式,但這種路由方法在現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)中很少研究。

Jain等人首次明確提出了DTN路由的主要問題和表達(dá)形式[3]。他們認(rèn)為DTN路由就是確定信息如何在端到端之間通過一個(gè)隨時(shí)間變化的連通圖,且這種動(dòng)態(tài)性是可以預(yù)先知道的。按照路由策略可以將DTN路由分為洪泛和轉(zhuǎn)發(fā)兩大類;也可以按照連接的確定性分為確定性路由和隨機(jī)性路由。

2.1 確定性路由

確定性路由方案假定將來的移動(dòng)和連接是可預(yù)測的,也就是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)事先已知,主要包括:基于樹的路由、時(shí)空路由和修正的最短路徑路由。這類路由需要太多的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)(包括節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)規(guī)律、通信機(jī)會(huì)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞?。確定性連接的所有算法中,在消息真正傳輸之前,需要確立端到端的路徑。

(1)基于樹的路由

洪泛策略把報(bào)文的多個(gè)拷貝傳送到一些節(jié)點(diǎn),這些節(jié)點(diǎn)被稱為“中繼點(diǎn)”。中繼點(diǎn)存儲(chǔ)報(bào)文,直到其可以和目的點(diǎn)相連[4]。最早的DTN路由算法都?xì)w于這一類。但洪泛算法浪費(fèi)了大量資源,為了提高性能,又進(jìn)一步提出了直接連接、兩跳轉(zhuǎn)播、基于樹的洪泛等。

(a)直接連接

這個(gè)策略只在源點(diǎn)和目的點(diǎn)之間有直接連接時(shí),才會(huì)在鏈路上傳輸數(shù)據(jù)。這種策略不需要網(wǎng)絡(luò)信息,在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和指定網(wǎng)關(guān)上采用此策略可以增加網(wǎng)絡(luò)的吞吐量,減少開銷。

(b)兩跳轉(zhuǎn)播

源點(diǎn)首先向n個(gè)中繼點(diǎn)發(fā)送拷貝,源點(diǎn)和中繼點(diǎn)都有拷貝發(fā)往目的點(diǎn)。由于網(wǎng)絡(luò)中有n +1個(gè)拷貝,所以消耗了更多的資源點(diǎn),通過調(diào)整拷貝的數(shù)目,可以減少資源點(diǎn)的消耗。這種策略和直接連接都有一個(gè)限制條件:如果n +1個(gè)節(jié)點(diǎn)均連接不到目的,那么報(bào)文將不會(huì)被傳輸。

(c)基于樹的洪泛

這種方法是對兩跳轉(zhuǎn)播的擴(kuò)展。中繼點(diǎn)的集合構(gòu)成了從源點(diǎn)開始的一棵樹,所以被稱為基于樹的洪泛。兩跳轉(zhuǎn)播可以被看作是深度為1的樹。如果節(jié)點(diǎn)之間按連接的概率獨(dú)立且相等,這種方法將是最優(yōu)的。不像直接連接和兩跳轉(zhuǎn)播那樣,基于樹的洪泛在傳輸報(bào)文的時(shí)候,中間可以經(jīng)過多跳,但是設(shè)置參數(shù)相對麻煩。

(2)時(shí)空路由

時(shí)空路由[5]考慮的是一種新型無線網(wǎng)絡(luò)下的路由問題。在這里無線網(wǎng)絡(luò)彼此之間是分隔的,通過攜帶消息的節(jié)點(diǎn)不停地運(yùn)動(dòng)來與其他的網(wǎng)絡(luò)分區(qū)進(jìn)行通信。由于在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間缺少一條持續(xù)的路徑,導(dǎo)致了傳統(tǒng)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議不適合于此種網(wǎng)絡(luò)。在轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)可選節(jié)點(diǎn)之前,需要根據(jù)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的空間軌跡和時(shí)間(包括一個(gè)節(jié)點(diǎn)攜帶消息的概率)來確定其路徑。在這種存儲(chǔ)—轉(zhuǎn)發(fā)式的網(wǎng)絡(luò)中,確定這樣的時(shí)空路徑是一個(gè)關(guān)鍵性的問題。在此類網(wǎng)絡(luò)中,無論是基于限定性的時(shí)間區(qū)間內(nèi)還是基于周期性的節(jié)點(diǎn)無限性運(yùn)動(dòng),大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性都是可以預(yù)見的。時(shí)空路由研究一種時(shí)空路由體系結(jié)構(gòu),以一種可預(yù)測的節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)來影響此類網(wǎng)絡(luò)。通過構(gòu)建時(shí)空路由表,在當(dāng)前和將來預(yù)期的鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇下一跳節(jié)點(diǎn)。不同于傳統(tǒng)的路由表,時(shí)空路由表使用目的節(jié)點(diǎn)位置和消息到達(dá)的時(shí)間來確定其下一跳節(jié)點(diǎn);基于移動(dòng)性節(jié)點(diǎn)的時(shí)空圖形拓?fù)淠Ｐ?設(shè)計(jì)出Floyd-Warshall算法來計(jì)算這些時(shí)空路由表,以期盡量減少在間歇性的網(wǎng)絡(luò)無連接情況下端到端的傳輸延遲。仿真和性能觀測結(jié)果表明使用最小的網(wǎng)絡(luò)資源得到了較高的性能增益。

2.2 隨機(jī)性路由

隨機(jī)性路由方案假定網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)的、不確定的,主要有流行性路由,基于歷史消息的路由,基于模型的路由,可控移動(dòng)路由和基于編碼的路由。這類路由不需要太多的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)就能進(jìn)行路由,但是它在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生了太多的復(fù)制,容易占用網(wǎng)絡(luò)資源。其中SPRAY和WAIT[6]、SOLAR-HUB[7]、CAR[8]是具有代表性的多副本路由算法。

(1)流行性路由

Vahdat和Becker提出了一種用于時(shí)斷時(shí)續(xù)網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議,稱為流行性路由[9]。這種協(xié)議依賴于流行性算法理論:當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連接時(shí),它們互相發(fā)送緩存中已有的報(bào)文列表,以使消息最終傳輸?shù)侥康亩恕８鱾€(gè)主機(jī)可以緩存消息,即使當(dāng)前沒有到達(dá)目的端的路徑,消息也會(huì)被緩存在主機(jī)中。這些消息的索引,稱為報(bào)文列表,被保存在節(jié)點(diǎn)中。當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相遇時(shí),它們交換各自的報(bào)文列表。交換之后,每個(gè)節(jié)點(diǎn)就知道另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)是否擁有它沒有的消息。如果沒有,該節(jié)點(diǎn)就向那個(gè)節(jié)點(diǎn)請求消息。這就意味著,只要緩沖區(qū)有空間,消息就會(huì)在節(jié)點(diǎn)相遇時(shí),像某種傳染病一樣在網(wǎng)絡(luò)中傳播,并彼此“傳染”。

(2)基于歷史消息的路由

Philo Juang等人提出一種基于單跳信息方式的歷史消息路由[10]:統(tǒng)計(jì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)和接收消息基站(目標(biāo)節(jié)點(diǎn))的通信機(jī)會(huì),并利用這些歷史信息計(jì)算出量度值。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)要發(fā)消息時(shí),在與其有通信機(jī)會(huì)的節(jié)點(diǎn)中找出那些量度值較高的節(jié)點(diǎn),并將消息復(fù)制過去,這樣可使消息沿著一個(gè)越來越接近基站的方向傳遞。這種方法是一種坡度路由的方法,等級越高的節(jié)點(diǎn)在基站附件活動(dòng)越頻繁,同時(shí)和基站的通信的機(jī)會(huì)越多,但其中存在“慢啟動(dòng)”問題。特別是在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,與源節(jié)點(diǎn)有通信機(jī)會(huì)的中繼可能都離目標(biāo)節(jié)點(diǎn)比較遠(yuǎn),很可能沒有和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信的機(jī)會(huì),因此不可能有很高的成功率使其被選為中繼。這樣,源節(jié)點(diǎn)或其他中繼在轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳時(shí)很難做出正確的判斷,需要根據(jù)消息轉(zhuǎn)發(fā)歷史記錄來做出智能的決策。

(3)基于模型的路由

隨機(jī)性路由方案都假設(shè)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)是隨機(jī)的,沒有任何的規(guī)律。然而在現(xiàn)實(shí)世界中,節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)都遵循一定的知識(shí)模式,例如行人在路上行走,車輛在公路上移動(dòng),衛(wèi)星沿軌道運(yùn)轉(zhuǎn)等。一旦其移動(dòng)模式被確定下來,即可知道哪些中繼與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)有更高的通信機(jī)會(huì)。基于模型的路由[11]使用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的世界模型來選擇較好的中繼,而無需在網(wǎng)絡(luò)中大量復(fù)制消息。

(4)可控移動(dòng)路由

移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)(MANET)提供快速部署和自我配置的網(wǎng)絡(luò)容量恢復(fù),其擁有許多關(guān)鍵性應(yīng)用,如戰(zhàn)場,災(zāi)害救濟(jì)和廣域遙感。可控移動(dòng)路由[12]研究在稀疏節(jié)點(diǎn)MANET中網(wǎng)絡(luò)中斷一定時(shí)間下的高效率數(shù)據(jù)傳輸問題。以往的方法依靠的是使用遠(yuǎn)程通信或者已知的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性,這會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)有限電池的迅速消耗和較低的數(shù)據(jù)傳輸率以及較大的延遲。可控移動(dòng)路由通過信息擺渡(MF)的方法解決這一問題。信息擺渡是一種輔助移動(dòng)的方法,采用了一系列稱為信息渡輪(或短期渡輪)的特殊移動(dòng)節(jié)點(diǎn),在節(jié)點(diǎn)調(diào)度區(qū)提供通信服務(wù)。通過引入節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的非隨機(jī)性概念,并利用這種非隨機(jī)性以協(xié)助轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。研究取決于渡輪和節(jié)點(diǎn)初始前向運(yùn)動(dòng)的兩種MF變化。該設(shè)計(jì)利用移動(dòng)性提高了數(shù)據(jù)的傳輸性能、降低了節(jié)點(diǎn)的能量消耗,并在多種不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下驗(yàn)證了其性能優(yōu)越性。

(5)基于編碼的路由

基于編碼的方案主要是基于網(wǎng)絡(luò)編碼[13]和基于刪除編碼(EC)[14]。基于網(wǎng)絡(luò)編碼的路由是由Widmer等人提出,它的基本思想是對轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼進(jìn)行編碼產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)包和相應(yīng)的編碼向量,編碼向量與數(shù)據(jù)包一起傳輸,當(dāng)收到足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)包以后,目的節(jié)點(diǎn)就能解碼,恢復(fù)出原數(shù)據(jù)包。基于網(wǎng)絡(luò)編碼的路由能以很小的開銷向網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)以較高的概率發(fā)送消息,特別適用于受限網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)編碼比概率路由更好地利用節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性,即使在極限情況下,如有較大的丟包率的稀疏網(wǎng)絡(luò),節(jié)點(diǎn)休眠時(shí)間較長的網(wǎng)絡(luò),在這些情況下概率路由效率較低。基于EC的路由思想是對消息進(jìn)行刪除編碼,并將產(chǎn)生的編碼塊分布在大量的中繼上傳輸。每次中繼只傳輸消息的一部分而不是整個(gè)消息的一個(gè)副本。這樣分片傳輸可以控制每比特消息的傳輸開銷。EC方案能使用固定的開銷提供好的延遲保證,消除了由于不好的轉(zhuǎn)發(fā)選擇導(dǎo)致的大延遲,對于鏈路失效有更好的健壯性。

盡管針對DTN的特殊性已經(jīng)提出了一些相關(guān)路由方案,但仍存在很多問題:

(a)現(xiàn)有路由算法的消息轉(zhuǎn)發(fā)模式單一:往往不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)自身資源的使用情況自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)發(fā)頻率;消息轉(zhuǎn)發(fā)頻繁,浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源;稀少,增加延遲。

(b)現(xiàn)有的異步路由算法大多只采用逐跳式的數(shù)據(jù)傳遞模式:沒有充分利用網(wǎng)絡(luò)中的“部分連通路徑”進(jìn)行多跳轉(zhuǎn)發(fā);在節(jié)點(diǎn)密度頻繁變化的網(wǎng)絡(luò)中無法取得更好的性能。

(c)只有平面路由解決方案:針對三維移動(dòng)容遲網(wǎng)絡(luò),如水下網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)大、信道質(zhì)量差、節(jié)點(diǎn)能耗高的特點(diǎn),需要研制出適用于三維無線移動(dòng)容遲/容斷網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的路由方案。

3 DTN的應(yīng)用及發(fā)展

由于DTN不要求固定的數(shù)據(jù)包傳輸和及時(shí)交付,不同需求的應(yīng)用正好可以從中獲益。對于無固定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者經(jīng)常發(fā)生網(wǎng)絡(luò)分割的情況,DTN尤其有用。DTN具有廣泛應(yīng)用前景,最初設(shè)計(jì)DTN的主要目的是用于行星間和深太空通信。例如,當(dāng)在火星軌道上飛行的人造衛(wèi)星飛行到火星的背面時(shí),由于被火星遮檔,就無法與地球?qū)崿F(xiàn)連通。此外,正在研究的通信場景包括:

解決無線電覆蓋或運(yùn)動(dòng)造成的中斷,加強(qiáng)移動(dòng)游牧服務(wù)。

機(jī)會(huì)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)(戰(zhàn)場通信、緊急救災(zāi)等)。

無線基站稀疏部署(多跳、格狀網(wǎng))。

極遙遠(yuǎn)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)接入。

發(fā)展中國家、鄉(xiāng)村網(wǎng)絡(luò)接入(缺少基礎(chǔ)設(shè)施,無法承受衛(wèi)星通信價(jià)格)。

采用瞬間高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備收集傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

3.1 游牧計(jì)算

移動(dòng)計(jì)算[15]是隨著移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫、分布式計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展而興起的新技術(shù)。移動(dòng)計(jì)算技術(shù)將使計(jì)算機(jī)或其他信息智能終端設(shè)備在無線環(huán)境下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及資源共享。它的作用是將有用、準(zhǔn)確、及時(shí)的信息提供給任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的任何客戶。這將極大地改變?nèi)藗兊纳罘绞胶凸ぷ鞣绞健?/p>

移動(dòng)計(jì)算是一個(gè)多學(xué)科交叉、涵蓋范圍廣泛的新興技術(shù),是當(dāng)前計(jì)算技術(shù)研究中的熱點(diǎn)領(lǐng)域,并被認(rèn)為是對未來具有深遠(yuǎn)影響的四大技術(shù)方向之一。

3.2 車載KisokNet

調(diào)度者在公用電話亭與網(wǎng)關(guān)之間來回運(yùn)動(dòng)。網(wǎng)關(guān)具有Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)接口、存儲(chǔ)能力,以及與Internet的持續(xù)連接。網(wǎng)關(guān)收集來自調(diào)度者的數(shù)據(jù),存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中,然后再通過代理上傳到Internet。一個(gè)區(qū)域可能有不止一個(gè)網(wǎng)關(guān)。調(diào)度者可以是公交車、出租車、摩托車以及火車。它們都經(jīng)過公用電話亭和Internet網(wǎng)關(guān)。調(diào)度者具有車載蓄電池可以供電的單板計(jì)算機(jī),這種計(jì)算機(jī)具有20～40 Gbit/s的存儲(chǔ)空間以及一個(gè)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)接口。它們與它們經(jīng)過的kiosk控制器以及Internet網(wǎng)關(guān)通信。

3.3 軍事戰(zhàn)場通信

在戰(zhàn)場上,軍事人員和作戰(zhàn)車輛都配有傳感器和移動(dòng)通信設(shè)備。當(dāng)傳統(tǒng)的通信方法被破壞或在電子干擾攻擊環(huán)境下,使用DTN可從某一領(lǐng)土收集和傳達(dá)信息。因此,命令、控制和通信(C3)仍然可以通過DTN執(zhí)行[16]。

3.4 緊急營救/災(zāi)后重建

緊急救援和救災(zāi)任務(wù)時(shí),很可能得不到任何可用的通信基礎(chǔ)設(shè)施。然而,救援人員可以依靠DTN來交流至關(guān)重要的信息,并通過控制臺(tái)協(xié)調(diào)救援和恢復(fù)工作。例如,考慮以下情況:一組洞穴登山被困在蜿蜒的深洞內(nèi),常規(guī)的通信方式如衛(wèi)星和手機(jī)一無是處。然而,通信可以通過救援人員的移動(dòng)通信設(shè)備和多個(gè)中繼點(diǎn)(戰(zhàn)略部署好的)建立。

4 結(jié)束語

由于DTN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性,鏈路的中斷可能比連接更加頻繁,在某段時(shí)間內(nèi)可能不存在端到端的路徑,因此充分利用鏈路的間歇性、可預(yù)測性、能量層次和存儲(chǔ)空間等特征設(shè)計(jì)合理有效的DTN機(jī)制成為DTN應(yīng)用的關(guān)鍵條件。

盡管在相關(guān)研究方面已取得進(jìn)展,但仍存在一些關(guān)鍵問題有待解決,如:由于DTN異步通信特點(diǎn),信息需要存儲(chǔ)在某些節(jié)點(diǎn),并等待時(shí)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),如何快速有效地選擇存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn);相對于傳統(tǒng)的二維DTN,三維DTN的拓?fù)淇刂茊栴}難度增加、計(jì)算復(fù)雜度成倍增加、現(xiàn)實(shí)物理結(jié)構(gòu)復(fù)雜,如何在三維網(wǎng)絡(luò)下有效控制拓?fù)浜驮O(shè)計(jì)路由算法;如何在DTN環(huán)境下有效解決網(wǎng)絡(luò)編碼的優(yōu)化結(jié)構(gòu)和自適應(yīng)編碼選擇,設(shè)計(jì)適合DTN的網(wǎng)絡(luò)編碼;如何針對DTN環(huán)境下的確認(rèn)困難和資源有限問題,建立擁塞與可靠性、路由機(jī)制和移動(dòng)模型的關(guān)系,進(jìn)行擁塞控制;如何針對DTN這類特殊開放系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)自私問題建立適應(yīng)DTN環(huán)境的博弈模型和相應(yīng)的對自私行為的控制方法。

5 參考文獻(xiàn)

[1] FALL K, FARRELL S. DTN: An architectural retrospective [J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2008,26(5): 828-836.

[2] FALL K, DEMMER M. Delay/disruption tolerant networking[C]// Proceedings of 7th ACM International Symposium on Mobile Ad Hoc Networking and Computing (MobIHoc06), May 22-25, 2006, Florence, Italy. New York, NY,USA:ACM,2006.

[3] JAIN S, FALL K, PATRA R. Routing in a delay tolerant network [C]// Proceedings of Conference on Applications, Technologies, Architectures and Protocols for Computer Communication(SIGCOMM04), Aug 30-Sep 3,2004, Portland, OR, USA. New York, NY,USA: ACM, 2004:145-158.

[4] HANDOREAN R, GILL C, ROMAN G C. Accommodating transient connectivity in ad hoc and mobile settings[C]//Proceedings of the 2nd International Conference on Pervasive Computing, Apr 21-23, 2004, Vienna, Austria.2004: 305-322.

[5] MERUGU S, AMMAR M, ZEGURA E, et al. Routing in space and time in networks with predictable mobility [R]. GIT-CC-04-7. Atlanta, GA,USA: Georgia Institute of Technology,2004.

[6] SPYROPOULOS T, PSOUNIS K, RAGHAYENDRA C. Efficient routing in intermittently connected mobile networks: The multiple-copy case [J]. ACM/IEEE Transactions on Networking, 2008,16(1):77-90.

[7] GHOSH J, WESTPHAL C, NGO H, et al. Bridging intermittently connected mobile ad hoc networks (ICMAN) with sociological orbits [C/OL]//25th IEEE International Conference on Computer Communications(INFOCOM06), Apr 23-29,2006, Barcelona, Spain. [2009-07-19]. http:// people.nokia.net/cedric/Paper/INFOCOM_ ABSTRACT_SOLAR.pdf.

[8] MUSOLESI M, HAILES S, MASCOLO C. Adaptive routing for intermittently connected mobile ad hoc networks [C]//Proceedings of IEEE 6th International Symposium on a World of Wireless, Mobile and Multimedia Networks(WoWMoM05):Vol 1, Jun 13-16, 2005, Taormina, Italy. Piscataway, NJ,USA: IEEE, 2005:183-189.

[9] VAHDAT A, BECKER D. Epidemic routing for partially connected ad hoc networks [R]. CS-2000-06. Durham, NC, USA: Department of Computer Science, Duke University, 2000.

[10] JUANG P, OKI H, WANG Y, et al. Energy-efficient computing for wildlife tracking: Design tradeoffs and early experiences with ZebraNet[C]// Proceedings of the 10th International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems (ASPLOS02), Oct 5-9, 2002, San Jose CA,USA. New York, NY,USA:ACM, 2002.

[11] CHEN Z D, KUNG H T, VLAH D. Ad hoc relay wireless networks over moving vehicles on highways[C]//Proceedings of 2nd ACM International Symposium on Mobile Ad Hoc Networking and Computingin(MOBIHOC 01), Oct 4 - 5, 2001,Long Beach, CA, USA. New York, NY,USA:ACM, 2001:247-250.

[12] ZHAO W, AMMER M, ZEGURA E. A message ferrying approach for data delivery in sparse mobile ad hoc networks [C]// Proceedings of the 5th ACM International Symposium on Mobile Ad Hoc Networking and Computing (MobiHoc04), May 24-26, 2004, Roppongi, Japan. New York, NY, USA, ACM, 2004:187-198.

[13] WIDMER J, BOUDEC J L. Network coding for efficient communication in extreme networks [C]//Proceedings of Conference on Applications, Technologies, Architectures, and Protocols for Computer Communications (SIGCOMM05), Aug 22-26, 2005, Philadelphia,PA, USA. New York, NY,USA:ACM, 2005: 284-291.

[14] WANG Y, JAIN S, MARTONOSI M, et al. Erasure-coding based routing for opportunistic networks[C]//Proceedings of Conference on Applications, Technologies,Architectures, and Protocols for Computer Communications (SIGCOMM05), Aug 22-26, 2005, Philadelphia,PA, USA. New York, NY,USA:ACM, 2005:229-236.

[15] KLEINROCK L. Nomadic computing[EB/OL]. [2009-06-12]. http://www.cs.ucla.edu/~lk/PS/paper199.pdf..

[16] HALVARDSSON M, LINDBERG P. Reliable group communication in a military mobile ad hoc network [R/OL]. [2009-08-15]. http://www.vxu.se/msi/forskn/exarb/2004/04006.pdf. 2004.

收稿日期:2009-08-06

樊秀梅,北方交通大學(xué)通控系博士畢業(yè),清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系博士后出站,現(xiàn)為北京理工大學(xué)教授,主要研究領(lǐng)域?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)及下一代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)QoS技術(shù)。

李楊,北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院在讀博士生,主要研究領(lǐng)域?yàn)槿葸t網(wǎng)絡(luò)、路由交換與調(diào)度。