分析延迟容忍网络的异构理论框架

分析延迟容忍网络的异构理论框架

摘要——本文中我们首先为DTNs提出来一个节点间的联系都是通过独立不同分布假设异构理论框架。此外，信息转发过程服从Gamma分布。然后，我们提出了一个基于框架的喷雾路由方案。此外，在具有Infocom06真实的数据和工作一天的运动模型方案的同一个仿真中，将我们的方案与传统的喷雾路由（TSR）协议和流行（EP）协议方案进行比较。仿真结果表明，我们的方案在一下四个方面比TSR和EP较好：平均副本数，平均跳数，平均传输延时和传输率。

关键词：容忍网络；喷雾方案；理论框架；一个仿真

一．简介

延迟容忍网络（DTNs）[ 1 ]是移动无线网络，不存在一个从源到目的地完整的、稳定的链路。在这种情况下，移动Ad Hoc网络路由方案（如DSR，AODV[ 2 ]）不能工作。因为当数据被发送时，源和目的地之间需要建立与维护稳定路径。

针对DTNs中消息的传递，设计和开发了几中路由方案。如控制复制的路由协议（如单拷贝[ 3，4，5 ]，固定预算L[6,7]，基于用途的[ 8，9，10 ]）。在控制复制的路由协议中，固定数量的信息副本生成和分发不同的节点，接着每个节点进行复制直到遇到目的地。

在本文中，我们首先提出了DTNsde 分析框架，节点之间的联系是基于独立不同分布（IDD）假设[ 11，12 ]。在IDD假设中，分布参数如节点间的接触率，不同节点间是不同独立的。同时，消息转发过程服从Gamma分布（GD）[ 13 ]。基于这个框架，我们提出了一种新的喷雾路由方案：基于概率路由协议（MTTLP）的消息-时间-生存。接着把我们的路由方案与传统的喷雾路由协议（TSR [ 6，7 ]）和流行的路由协议（EP [ 14 ]）相比较。仿真结果表明，我们的MTTLP明显比TSR和EP好。

本文的其余部分安排如下：第二节介绍了相关的工作。在第III和IV，我们谈论理论框架和路由方案。然后是MTTLP仿真结果，TSR和EP相比较并在第五部分呈现。最后部分总结了我们的工作。

二．相关工作

如上所述，控制复制路由协议的设计和开发是为减少DTNs中网络资源的消耗。通过不同的信息转发的控制方案，控制复制协议有效地降低了网络路由资源消耗，提高网络的性能。

喷雾路由方案是一个典型的控复复制路由方案[ 6 7 ] ，在DTNs中得到了广泛的应用。喷雾路由有三大类协议，包括二进制喷雾&等待（BSW），喷雾&等待（SW）和喷雾&焦点（SF）[ 6，7]。虽然他们的喷雾和等待方案是不同的，它们都基于IID（独立同分布）节点流动性假设，如随机漫步和随机路标。在[ 15，16，17 ]中，基于真实场景的一些研究证明了IID假设节点的移动性是不现实的。

在[ 11，12 ]中，建立和分析了异构网络模型。在这种模型中，节点间的联系是基于IDD 的假设。更重要的是，研究了节点之间的更复杂的行为，提出了DTNs中路由的设计[ 8 ]。在[ 11，12 ]中，实验仿真结果表明异构模型比基于假设的IID模型更加可靠、合理。

为了使我们的分析更接近真实环境，我们建立了一个理论框架中，其接触节点间的联系是基于假设的IDD。消息转发过程服从GD。接着，我们基于此框架提出了一种新的喷雾路由方案（MTTLP）。在下面的章节中，我们详细描述了理论框架和MTTLP。

三．理论框架

在这部分中，我们首先给出可以帮助我们建立理论框架的基本假设。然后，给出了框架。接着根据我们的理论得到一些重要的信息，如做大固定预算（MFB）和最大信息延迟(MML)。

A.理论框架

为了建立我们的框架，我们提出了一下假设：

1.会议时间的每个节点对服从具有异构泊松流程速率λij的泊松流程。参数λij代表每个

节点对（i,j）的联系率。接下来，参数λij根据最大似然估计[16]进行计算.

2.每个节点拥有一个存储相关消息全局信息的向量，包容信息是他们已知节点的数量或

者拥有这个信息。接着，节点通过互相见面交换信息的方式更新NV。通过这个向量，节点可以很容易的计算出概率（2），并且可以预测出我们的模型是很精确的。

基于以上假设，我们建立了理论框架。在泊松过程中，我们知道第k次成功事件服从GD，如下：

这里λ是泊松速率，k是事件数量。我们假设在最坏的情况下信息转发到目的地，每个节点保持复制特定信息M。为了使我们的描述更清楚，我们重写（1）（2）

其中ΔT代表剩余TTL（生存时间）信息，M（t）是知道DTNs中信息的节点的个数，并且每个节点都存储到NV中。（3）中的λ（t）j是泊松过程的参数，而且它是一个随时间变化的参数。传输概率通过公式（2）进行计算，P{t<ΔT}代表节点J和其它节点之间联系的N-M（t）机会。理想的情况下，节点J满足任何没有消息或不知道这个消息节点。近似的情况下，当J通过（2）计算传输概率时，J从NV的J中消除一些节点。通过（2）和（3），我们可以得到以下方程：

在（4）中，α≥1，l是固定预算，ΔT是TTL信息的其它部分。为了简化计算，我们得到公式（4）的简化形式以下：

其中q j=λj*ΔT,k=N-M(ΔT)-1。

在我们的理论框架中，信息转发过程服从（2）和（4）。

B.我们框架中的一些有用结论

通过以上理论分析，我们可以得到以下有用结论：MFB和MML。

1.MFB:通过（4），我们有如下公式：

在这里我们使用积分中值定理。因此我们的得到最大的固定预算。

其中ΔT≠0,min{f1(t),f2(t),...,f l(t)}≠0。

2.MML:同样的，通过（7）我们可以得到最大信息延迟：

这里l等于1，min{f1(t),f2(t),...,f l(t)}≠0。因为只有源节点在开始的时候有信息，所以这里l 取1。接下来我们将给出获得f的方法。

四．路由

通过以上理论框架，我们首先给出MTTLP路由过程。然后，给出建立和计算某些参数的方法。

A.详细路由

喷雾阶段：对于每个由源节点A创建的信息，第一个喷雾信息A复制到相邻的节点，然后通过（2）计算相邻节点传输概率的总和sp a。如果sp a≥α，A停止喷雾信息副本。此外，A和它相邻的都转为等待。否则，A把总和sp a发送到节点B，B在A的相邻集中有最大的传输概率。之后，A进入等待阶段，B则继续A的喷雾和比较阶段。然而，当B计算新的总和sp b时，sp b需要与sp a相乘。

等待阶段：如果喷雾阶段没有发现目的地，那么将执行下面的程序：节点C有一个副本M和满足没有副本M的节点D。如果D的传输概率（2）大于C的，那么唯一的副本转发到节点D，或者C保持拥有这唯一副本。

B.解决某些参数

为了计算ΔT，我们首先估计参数f。在[8]中，我们用源节点的传输概率估算min{f1(t),f2(t),...,f l(t)}。因为当信息生成时，只有源可以计算传输概率（2）。在一时间短里，我们用源节点的传输概率近似估计f。当f等于零时，我们采用近似值为0.001。而且它提供的传输概率很小：

接着我们通过泊松过程中最大似然估计解决分配参数λij。我们用节点j和节点i之间的平均联系率r j估计参数λij。另外，r j是通过一段时间里历史联系信息来解决。

五．仿真结果

在这一部分中，我们从以下四个方面对MTTLP，TSR和EP进行比较：（1）平均副本个数；（2）平均跳数；（3）平均延迟；（4）平均传输率。

A.场景设置

为了使仿真更真实，我们选用现实世界连接跟踪和合成流动跟踪：（i）Infocom06[18]（ii）Helsinki[19]。详细参数见表I，在我们的仿真中采用ONE[20]。