● 摘要
随着人类活动范围的扩大和计算机网络通信技术的进步，人们开始尝试将无线网络通信技术应用到更多的场景中，如空间通信、智能交通、军事、环境监测与野生动物保护等。这些环境中网络拓扑变化频繁、缺乏底层稳定端到端路径、节点自主移动且难以预测，对传统的计算机网络通信技术带来了巨大挑战。针对该环境下的计算机网络通信问题，研究者提出了移动容迟网络（Delay Tolerant Mobile Networks,简称DTMN）的概念，通过“存储-携带-转发”的通信模式，利用节点之间的“接触”来进行逐跳的消息转发。移动容迟网络通信已经成为当前计算机网络研究的新热点，研究者提出了一系列新的网络体系结构、路由算法、传输层协议和覆盖层协议。本论文在分析现有移动容迟网络通信研究已有成果基础上，深入研究了接触模型、路由算法和定位符与标识符分离机制这几项关键技术。本文主要的研究内容和研究成果如下：1) 研究并抽取了理论移动模型和实际移动轨迹数据集的接触特征，提出了基于接触间隔时间分布的移动容迟网络接触模型IDCM（ICT based DTMN Contact Model）。本文从随机路点等移动模型和北京市出租车等大规模移动轨迹数据特性分析出发，提炼出非频繁接触、接触次数独立、接触持续时间短暂的三条假设，在此基础上证明了节点之间的接触间隔时间分布服从指数分布，利用贝叶斯估计给出了参数的点估计和区间估计，提出了基于接触间隔时间分布的移动容迟网络接触模型IDCM，实验结果表明该模型能够比较准确的反映移动容迟网络中节点间接触间隔时间分布的的实际情况。2) 在公交车网络和出租车网络两种典型移动容迟网络环境下，应用IDCM模型，分别给出了基于接触预测的网络路由算法CPBR（Contact Predict-based Routing）和基于接触预测的分簇路由算法CPCRA（Contact-Predict Clustering based Routing Algorithm）。选取以城市公交车网络为背景的移动容迟网络环境，给出了基于接触预测的网络路由算法CPBR，该算法利用IDCM模型预测节点间的接触概率，建立接触概率矩阵，并以此为消息转发提供依据。仿真结果表明该算法的性能要优于现有容迟网络路由算法，能够比较好地解决公交车网络数据传输的问题。选取以城市出租车网络为背景的移动容迟网络环境，给出了基于接触预测的分簇路由算法CPCRA，该算法针对出租车网络规模较大的问题，利用IDCM模型推导节点间的接触模式，并以此作为分簇依据，给出了簇间路由算法与簇内路由算法。仿真实验证明了该算法具有较高的路由性能和良好的可扩展性能。3) 提出了一种移动容迟网络多目标路由算法（Multiple Objective Decision Making routing，MODM）。现有移动容迟网络通信中缺少多目标决策路由算法，本文给出了一种多目标路由算法MODM，该算法利用蚁群算法周期性的搜索可能路径，并计算每一条路径上各个路由目标的属性值，利用蚁群算法的正反馈性来评估可达概率，为数据包的转发提供依据；算法同时考虑多个路由目标，能够接受和处理不同的路由需求。实验及结果分析表明该算法能够接受不同的路由需求，综合考虑多个路由目标进行路由，具有较好适应性，较其他算法拥有较优的综合性能。4) 研究移动容迟网络标识符/定位符分离机制，给出基于树结构定位符的距离向量路由协议TLDV（Tree-structure Locator Distance Vector）。传统IP地址结构过于紧密，在追求高效率的同时，限制了节点的移动，IP地址具有的身份标识与位置的双重属性导致网络缺乏可扩展性，严重影响了移动容迟网络的实际应用。本文通过引入DHT技术，给出了一种标识符定位符分离机制：基于树结构定位符的距离向量路由协议TLDV。通过将标识符与定位符解耦，设计基于树形结构的具有拓扑含义的层次结构的定位符，给出了映射条目的注册与查询方法，通过仿真实验表明，TLDV协议和其他协议相比，具有较好的性能。