DTN 路由技术研究综述

DTN路由技术研究综述

薛静锋，陆慧梅，石琳

北京理工大学软件学院，北京（100081）

E-mail：xuejf@

摘要：DTN网络架构涵盖了无线传感器网络、Ad-hoc网络和星际网络等，在军事、科研探测和陆地民用等方面具有十分广阔的应用前景，是当前国际上备受关注的新兴前沿研究热点之一。DTN延迟比较大，连接时断时续，并且节点存储容量和能量有限，因此传统的路由算法不适合于DTN。本文从网关、命名机制等几个方面介绍了DTN的架构，研究分析了目前已有的DTN路由算法并对其进行分类，总结了算法的优缺点，包括单播路由算法和组播路由算法，最后指出了DTN的应用场景。

关键词： DTN，路由，单播，组播

中图分类号：TP393 文献标识码：A

1.引言

DTN（Delay Tolerant Network）是一种新型的网络体系结构，最早是在2003年的国际会议上由Kevin Fall提出的[1]，这种网络结构为很多面临挑战的网络（比如星际网络、传感器网络、陆地移动网络等）提供了互操作性。这些面临挑战的网络通常延迟比较大、网络拓扑经常发生变化，并且在现有的网络体系结构上运行时性能很差。DTN涵盖了目前存在的多种网络，使得它们可以充分利用自身网络的特点，进行交互操作。

DTN是在多种不同类型网络的传输层之上、应用层之下添加了一层即DTN层（也被称为bundle层），DTN层可以充分利用下层网络提供的服务进行数据传输等工作。DTN路由技术是DTN中的关键，路由协议包括三个部分：如何建立网络的拓扑结构、如何维护网络拓扑和路由算法。DTN路由问题并不像标准的动态路由那么简单，因为在DTN中，网络是时断时续的，即网络的拓扑结构是变化的。与传统路由相比，DTN路由的主要目的并不是选择最短路径或者最少跳数，而是最大化报文传输的可能性。目前很多路由协议如TCP/IP 是在一些网络前提下提出的，如节点事先知道网络拓扑结构等。DTN并不符合这些基本假设条件，DTN路由的指的是在DTN层上进行的选路策略，并没有涉及到下层网络。

历经数十年的研究，传统有线网络的理论问题已基本解决。对于DTN的研究则刚刚展开，目前尚无完整的、统一的理论支撑，对其研究大都沿用已有的有线或者无线技术。由于DTN网络本身的特性，DTN中的路由策略理论上不可以直接采用传统的路由方法。

DTN路由涉及到采用何种路由策略进行选路、路由信息的扩散、组成员管理、报文转发、状态维护和报文重传等等。需要考虑以下几个问题：

z由于DTN涵盖了多种网络，连接性会发生间断，所以应用场景不同，使用的路由策略也不同。有些网络具有持续的连接，还有一些网络具有周期性的连接。路由策略的选取要考虑DTN网络连接的性质。

z连接的容量问题。容量大小密切的关系到两个节点之间可以交换的数据量多少。容量依赖于连接技术和连接的持续时间。

z节点缓存空间及其管理。为了处理时间较长的网络间断，节点需要缓存报文。这就意味着中间的路由器需要足够的缓存空间存储等待发送的报文。

z处理能力。DTN网络的一个目标是互联不能通过传统网络实现的设备。这些设备通常很小，处理能力也有限，包括CPU和内存。

z能量。DTN中的一些节点由于移动性，不容易连接到能源供应处，能量有限。路由中的发送、接收和存储报文，以及对路由的计算，都要消耗能量。因此，发送字节数少、计算信息量少的路由策略可以减少能量的消耗。

2.DTN结构

由于DTN和其它网络的区别，DTN的结构也和其它网络相差很大。DTN架构涵盖了很多方面，包括特殊的网关、提供不同的服务级别、更可靠的安全机制等。为了研究DTN 中的路由问题，首先要从DTN的结构入手，研究DTN提供的不同于传统网络的服务。

DTN的主要特性如下：

z路径和链路特性方面：DTN延迟大，数据传输率低，传输不对称；端到端的间断很频繁；排队时间较传统网络要长很多。

z网络结构方面：互操作性只在本网络类型内有效，没有考虑各种网络之间的互操作性；在安全方面，没有对服务的接入进行验证。

z端系统特性：由于环境因素或者能量耗尽，端系统生存期有限；在能量不足的情况下，周期性地搜集数据，并以某速率发送；节点的内存和处理能力有限。

针对如上特性，DTN结构旨在提供各种网络之间的互操作性。从网络管理的角度看，DTN网络里的通信属于非交互式通信，适合采用长度适中的报文交换（在DTN里被称为bundle），而不适合传统网络里的数据包交换。因为使用报文，网络可以事先知道传输数据的大小和性能要求，便于进行路径选择和时序安排。为了实现不同网络之间的互操作性，需要在连接点布置特殊的DTN网关。

2.1 域和网关

DTN结构中包含域、网关，不需要网关即可进行通信的两个节点在同一个域内（一般使用域内的本地路由协议）。可以使用数量不多的域类型（例如Internet，移动ad-hoc，周期连接的网络等）涵盖DTN网络，并且每种类型都有相对应的下层协议栈。DTN网关符合DTN结构中MANET的“waypoint”定义[2]。

DTN网关类似于ARPANET网关，但是和ARPANET网关不同的是：①DTN关注的是可靠路由，而不是尽力传输的数据包交换；②当要求可靠传输时，DTN网关负责非易失性的保管报文；③DTN网关要对数据流量进行安全检查。

在图1中，包含4个域，分别为A，B，C，D。域B在网关3和网关5之间通过布置一辆来回行驶的公交车传送数据。域D包含一个近地卫星，提供周期性的连接。

2.2 命名机制

DTN的命名机制采用如下形式{域名，实体名}，{域名，实体名}也被称为节点的端点标识符（EID）。对于域名而言：①域名是全球唯一的，采用层次结构；②域名由DTN路由器解析送到其它的DTN网关；③可以采用静态或者动态路由；④不需要像DNS那样解析到地址。实体名只需在域内唯一即可，只有域名用于路由，实体名则用于在本地进行解析，目前没有对其强加任何限制，可以采用任何合理的命名机制。