通信工程毕业论文_延迟容忍网络中传染路由算法仿真研究.docx

1、本科毕业论文（20 届）延迟容忍网络中传染路由算法仿真研究所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I摘 要相对于人们的日常生活中所接触的互联网通信而言，其他一些处于恶劣环境下的网络通信比如边远山村网络、特大灾难性的恢复网络、星际网络等不被人们所熟知。而这些网络环境的影响而体现出的高延迟、低传输速率、间歇性连接、节点的频繁移动等特点，研究者将此网络特性抽象出来并归结为延迟容忍网络并于 2003 年提出此新型的网络架构，英文缩写为 DTN（Delay Tolerant Network） 。延迟容忍网络中传染路由算法提出了多副本复制转发机制，节点将消息缓冲区中

2、的数据包装法给所有相遇的节点，并保存数据包的副本。Epidemic 算法本质上是一种泛洪算法，每个节点将数据分组转发给所有相遇的邻居节点。其主要的优点是能最大化数据分组传输的成功率，减少传输延迟。在延迟容忍网络中，路由协议的性能与网络资源的消耗始终处于矛盾关系，如何取舍是设计路由协议的重点和难点。Epidemic 路由是一种基于信息洪泛策略的路由，它的假设条件是在网络中能量，带宽，缓存区无限的条件下，数据包能达到最高的传输成功率。它无需节点的先验知识（如：节点移动轨迹、网络的拓扑信息等等） ，随机选取相邻节点，将邻节点没有的消息副本复制一份传递给相邻节点。由此，我们可以得出结论，在 Epide

3、mic 路由假设条件成立的情况下，一段时间后网络中所有节点将拥有所有消息的一个副本，并且传输成功率接近 100%。关键词：延迟容忍网络；传染路由；仿真IIAbstractRelative to peoples daily life is exposed to Internet communication in city , network communication such as network, large catastrophic recovery network, star network and so on are not known to the people in some ot

4、her remote mountain villages under the bad environment . And the influence of Network environment cause the high latency, low transmission rate, intermittent connection and frequent mobile nodes, researchers attribute abstraction of the Network characteristics to Delay Tolerant Network and puts forw

5、ard the new type of Network architecture in 2003, and the English abbreviation is DTN (Delay Tolerant Network). Infection routing algorithm in delay tolerant network proposes many copies of forwarding mechanism, node in the message buffer packets meet acceptable to all nodes, and save a copy of the

6、packet. Epidemic algorithm is essentially a flooding algorithm, each node will forward data packet to all meeting neighbor nodes. Its main advantage is that can maximize the success rate of data packet transmission and reduce transmission delay. In delay tolerant network, the performance of routing

7、protocols and network resources remain in the contradictory relationship about consumption, how to choose is the emphasis and difficulty in designing routing protocols. Epidemic routing is a routing based on the strategy of information flooding, assumptions that energy, bandwidth, and buffer zone ar

8、e under the condition of infinite in the network, packets can reach the highest success rate of transmission. It does not need node prior knowledge (such as: node movement, the network topology information, etc.), randomly selecting adjacent nodes, they will translate the newscopies which they IIIdo

9、 not have. Thus, we can safely draw the conclusion that, in when the case of Epidemic routing assumptions is set up, all nodes in the network will have a copy of all the news after a period of time, and the success rate of transmission will be nearly 100%. Key words: Delay tolerance network ;Epidemi

10、c route;Simulation目 录第 1 章 绪论 .11.1 延迟容忍网络传染路由相关背景 .11.11 研究背景 .11.12 延迟容忍网络传染路由体系结构及概念 .11.13 延迟容忍网络传染路由关键技术及应用 .41.14 延迟容忍网络传染路由应该考虑的问题 .51.2 研究内容 .5IV1.21 研究的目的和意义 .51.22 研究内容 .51.3 论文结构 .6第 2 章 延迟容忍网络传染路由概述及现状 .72.1 延迟容忍网络中传染路由概述 .72.11 概述 .72.12 路由协议性能评估指标 .82.13 仿真工具 .92.14 移动模型 .92.2 延迟容忍网络传染

11、路由现状 .102.21 TCP/IP 协议应用于 DTN 传染路由的局限性 .102.22 DTN 传染路由现存在的问题 .102.23 DTN 中改进的 Epidemic 路由算法 .102.24 延迟容忍网络的特征 .11第 3 章 延迟容忍网络传染路由的网络结构 .133.1 DTN 路由仿真简介 .133.11 DTN 中 ONE 仿真平台及运行步骤 .133.12 ONE 的工作流程简介 .143.2 网络模型 .153.21 网络模型结构 .153.22 DTN 传染路由工作原理 .153.23 仿真的内容 .16第 4 章 仿真结果及分析 .174.1 仿真环境的文件配置 .1

12、7V4.2 仿真结果分析 .19第 5 章 结论与展望 .235.1 本文结论 .235.2 未来研究工作和展望 .23参 考 文 献 .25致 谢 .26延迟容忍网络中传染路由算法仿真研究1第 1 章 绪论随着当代科技技术的飞速发展，人们对网络通信的需求也日益增加，同时网络通信业正朝着人们需要的方向不断的改进和完善，因而区别于传统的通信网络的一种新型的通信网络延迟容忍网络，正在悄然走进人们的生活与工作之中，并扮演这不可替代的角色。由于通信环境的不断变化，传统的 Internet 网络，对外界的条件要求很高，已经不能满足人们的需求，延迟容忍网络应运而生，研究人员通过对环境的变化以及网络通信的特

13、点，在 2003 年提出了延迟容忍网络的网络模型，在此之后，延迟容忍网络受到广泛关注，并在发展的过程中不断完善其性能指标，从而能够满足当代通信网络的飞速发展。由于延迟容忍网络的应用特点，研究其算法将成为此网络的关键环节，本文重点研究延迟容忍网络中的传染路由算法。1.1 延迟容忍网络传染路由相关背景1.11 研究背景人们所熟知的 Internet 是基于 TCP/IP 协议，此协议是以一种不同链路层技术的端到端的通信机制，当遇到较长时间延迟的路径时，网络频繁重新分割，并且节点缓存容量有限，设备能源不足等情况时，原有的网络结构就暴露出很多的不足之处，从而无法满足人们的需要，所以，在一些特殊环境下的

14、网络通信中，为了使这种网络和现有的网络相互连接，我们不采用原有的 TCP/IP 协议，从而必须提出一种新型的网络模型结构Epidemic 算法， Epidemic 算法是 Amin Vahdat 和 David Becker 在文献 6中提出的，它们在文献中给出了算法的三个目标，分别是：（1）最大化数据分组传输成功率；（2）最小传输延迟；（3）最小化网络资源消耗。延迟容忍网络中传染路由算法仿真研究21.12 延迟容忍网络传染路由体系结构及概念在 Epidemic 算法中，每个节点维护一个缓存区，缓冲区中存放源于本节点和源于其他节点需要本节点转发的数据分组。每个数据分组有一个全局位移的标识，每个

15、节点中维护一个散列表，该散列表也被称为概要向量，用来记录节点中存在哪些数据分组。当两节点相遇时，双方首先交换概要向量，获取对方存储数据分组情况后，仅仅传送对方没有的数据分组，具体过程如图 1.12-1 所示。图 1.12-1传染路由 8最开始的提出是用来同步并复制数据库的，是 Vahdat 和 Becker将引进到 DTN 中来的，并将其用于转发数据。传染路由的显著特点是网络模型中，所有的节点到最后都会拥有所传输的所有消息，从而确保所要传输的消息最A BSVA Request（ SVA+ SVB）Messages Unknown to BMessages延迟容忍网络中传染路由算法仿真研究3后将

16、交付到目的节点。传染路由的工作流程可以概括如下：网络中每一个节点将被赋予特定的 ID，在消息被复制并转发出去之后，这个消息将被存在节点的缓存空间中。在网络中的两个节点建立连接之后，两个节点彼此将自己缓存区中的消息列出一个清单之后并传给对方，这个清单中包含了消息的 ID，节点在收到彼此的消息清单之后，将互相传递彼此没有的消息，经过了这一个过程，这两个节点的缓存区中的消息变成相同的。传染路由的本质是基于泛洪算法路由协议中一种特殊的情况，因为这种路由算法协议试图要将所要传输的消息副本发送到该网络模型中所有可能的链路上，所以每个消息将产生大量的消息副本，并且转发的次数也是最多的，由此所带来的后果就是路

17、由开销将会很大，产生较大的冗余，但是，延迟容忍网络中传染路由算法在节点和网络环境变化很大的空间中又具有很强的稳定性。DAFC延迟容忍网络中传染路由算法仿真研究4图 1.12-2如图 1.12-2 所示，经过传染路由算法之后，当从 A 节点发送消息到 E 节点的最快路径是（A-B-C-E ），我们可以看出，只有 F 节点没有收到所要传输的消息，之所以造成这种现象的原因是因为 E 已经是目的节点，目的节点是不会再将消息转发出去的，这就意味着一旦目的节点收到所要传输的消息，那么这个传输过程就将结束。传染路由相对于其他的延迟容忍网络中的算法是比较简单的，这是因为在消息传输的过程中无需知道网络中其他的环

18、境信息，基于这个特点，在大多数情况下，如果没有比这更好的路由算法，那么传染路由将会是最好的选择，唯一美中不足的地方就是由于在消息传输过程中会产生大量的消息副本，这势必会造成大量的网络资源开销。研究人员提出了很多可以降低传染路由算法网络资源的方法9-10，Epidemic路由算法存在的一个缺陷是即使待传的消息已经和一个节点交付了，网络中除此之外的节点仍然继续会扩散，在最开始传染路由这一概念提出来之后，研究人员提出了“Death Certificate”处理这一缺陷，其核心是在消息成功交付之后，目的节点会产生一个通知信号，会告知网络中其他的节点丢弃已经收到的消息副本，并且不会在接收，目的节点产生的这个信号就称之为“Death Certificate”，通过此方法，将会大大降低网络资源的消耗。并且消息传输的成功率将会受到“Death Certificate”数量成正比。在延迟容忍网络传染路由的算法研究分析中，还有一个很重要的因素就是节点缓存的大小，所以如果此路由算法拥有一个很好的缓存，这势必会大大提高传输的成功绿以及路由本身整体的性能。常见的缓存机制有 FIFO、LIFO 等。1.13 延迟容忍网络传染路由关键技术及应用由于延迟容忍网络的特殊性质，网络中的节点不能一直持续频繁的和网络中EB