4物联网DTN容迟网络技术2017

1DTN与新兴信息转移模式北京邮电大学计算机学院段鹏瑞2提纲DTN网络概述DTN网络体系结构DTN路由机制节点移动模型DTN网络支撑技术应用3DTN网络概述DTNDelayTolerantNetworks，DisruptionTolerantNetworks，容迟网络、容断网络、受限网络DTNisanetworkofregionalnetworks.Itisanoverlayontopofregionalnetworks,includingtheInternet.DTN最初是容迟网络研究组(DTNRG)为星际网络IPN(interplanetarynetwork)通信而提出来的,其主要目标是支持具有间歇性连通、延迟大、错误率高等通信特征的不同网络的互联和互操作,如互联Internet和传感器网络、移动自组织网络等.4物联网的四层架构DTN网络体系由多个底层运行独立通信协议的DTN域组成,域间网关利用“存储-转发”的模式工作,当去往目标DTN域的链路存在时转发消息,否则,将消息存储在本地持久存储器中等待可用链路.服务理解交换感知DTN网络概述5新型的网络星际网络InterPlaNetary野生动物监测跟踪网乡村通信网水下传感网车载网Wirelessmilitarybattlefieldnetworks6传统TCP/IP网络InternetAnetworkofnetworksPacketswitchingIPwithdifferentlinklayerIPovereverytingEverythingoverIP7传统TCP/IP网络TCP/IP网络并不是放之四海而皆准地址与标示？移动IP地址足够吗？IPv6能表示物联网的节点？地址的分裂、聚合依赖的假设条件收发节点之间必须存在持续的端到端的路径任意收发节点对之间的RTT较小且相对一致通信链路误码率及丢包率低双向速率基本一致8Applicationlayergenerates/consumeuserdataTransportlayersource-to-destinationend-to-endsegmentation/reassemblywithflowcontrolerrorcontrolNetworklayerrouteaddressedmessagepieces,fragmentation/reassemblyLinklayerlink-to-linktransmitframewitherrorcontrolandflowcontrol.Ethernet、PPPPhysicallayerlink-to-linktransmitbitcategory5cable、unshieldedtwistedpair、coaxialcable、fiber-opticcable、RFPACKETSWITCHINGTCP/IP的分层9TCP/IP的封装10技术、事物的发展关系型数据库分层网络、跨层设计后IP时代11新型的网络星际网络InterPlaNetary野生动物监测跟踪网乡村通信网水下传感网车载网Wirelessmilitarybattlefieldnetworks12星际网络Google13星际网络1998年，NASA开始了深空网络（也称星际网络，interplanetaryInternet，IPN）的研究。这个研究后来发展成为Internet的IPNSIG工作组。IETF成立新的工作组来支持更通用的延迟容忍网络，这个工作组称为DTNRG美国航空航天局(NASA)2008-11-19日宣布，科学家首次实现模仿互联网的外太空网络通信。NASA“喷气推进实验室”(JPL)工程师利用“容断网络通信”(DTN)软件，在两千万英里以外的太空探测器和地球之间来回传输了数十幅太空图像。•Google与NASA的科研人员经过多年研究，使得DTN软件协议日臻完善，DTN传输信息的方式与人们普遍使用的互联网TCP/IP协议不同。•rfc4838Delay-TolerantNetworkingArchitecturerfc5050BundleProtocolSpecification14星际网络•替代现有人工的计算–就如同飞行空管软件对空中交通的促进•与普通互联网相比，“星际互联网”必须经得起太空数据传输时频繁的延迟、中断和掉线。例如，当太空探测器运行到行星背面或者遭遇强烈太阳风的时候，传输故障将随时发生。•在DTN传输协议中，如果目的路径没有找到，数据包不会丢失，每个网络节点将保持信息直到与另一个节点实现安全传输•火星距离地球最远达4亿公里星际通信的最远点、最近点，比如到火星，两年等一次15好奇号与地面通信的几条途径16好奇号好奇号是通过“火星侦察轨道器”（MarsReconnaissanceOrbiter,MRO）和“2001火星奥德赛”（2001MarsOdyssey）两个轨道器来转发数据的。好奇号与MRO的通讯带宽有2Mb/s，与Odyssey只有256kb/sMRO与地球之间的带宽有6Mb/s，Odyssey还要窄得多，每次与火星车通讯后要花20个小时才能把数据全部转发回地球。在一天之内，每个轨道器又只有两次掠过好奇号头顶与之通信的机会，每次时长只有8分钟，只能传回数百MB的数据。火星进行“现场直播”是做梦都别想17火星侦察轨道器（MarsReconnaissanceOrbiter,MRO）2001火星奥德赛（2001MarsOdyssey）“火星快车”（MarsExpress），欧空局的轨道器，作为后备18天链数据中继卫星1920野生动物监测跟踪网野生动物监测跟踪网用来追踪非洲草原斑马的网络系统.该系统由安装在斑马脖子上的低功耗传感器和移动基站组成监视海洋鲸鱼的水下机会网络.嵌入在鲸鱼身上的特殊Tag周期性地收集监控数据21乡村通信网偏远地区的网络基础设施通常不够完善而不能接入互联网，由公交车辆来充当通信链路DakNet包括:部署在村庄的Kiosk设备、公交车辆上的MAP(mobileaccesspoints)设备以及部署在城镇的互联网AP设备,这些设备之间使用Wi-Fi接口通信.村民通过PDA与Kiosk设备交换数据;往返农村和城镇的公交车经过Kiosk设备附近时,MAP和Kiosk设备交换数据,当公交车到达城镇时,MAP通过AP连接到互联网上传或下载数据22水下传感网水资源监测潜艇拦截网23新型网络车载网城市、大草原交通路况信息战时充当基础网络Wirelessmilitarybattlefieldnetworks大型坦克集群24它们的特征是什么？25新型网络下述原因造成了网络频繁中断、间歇性连接和较大的网络延迟，不存在稳定网络拓扑。节点部署稀疏节点快速移动节能射频静默终端系统资源有限、寿命有限障碍物阻挡、太空星球阴影ChallengedNetworks、挑战网络、受限网络、机会网络DTNDelayTolerantNetworksDisruptionTolerantNetworks26交换/转发模式传统“存储-转发”路由所依赖的端到端低延迟路径不复存在新型网络的路由机制要以“存储-携带-转发”的模式进行工作Packetswitching----------〉MessageswitchingPostalsystem邮政，挂号信wholemessage(entireblocksofapplication-programuserdata)orpieces(fragments)ofsuchmessagesaremoved(forwarded)fromastorageplaceononenodetoastorageplaceonanothernode,alongapaththateventuallyreachesthedestination.27研究现状国外NASA、NSF、DARPA在对DTN网络的研究进行资助我国28提纲DTN网络概述DTN网络体系结构DTN路由机制节点移动模型DTN网络支撑技术应用29DTN的网络体系结构DTNisoverlaynetwork容迟网络体系结构是因特网研究任务组（IRTF）的容迟网络研究组（DTNRG）在星际网络研究组（IPNRG）基础上发展而来的，最初是为行星间Internet通信而提出的，它主要针对在高延迟的太空通信和缺乏连续联接的不同网络协同工作环境，是一种面向信息的可靠的覆盖层体系结构。相关术语束bundle保管传送custodytransfer接触contact名称二元组nametuplesrfc4838Delay-TolerantNetworkingArchitecturerfc5050BundleProtocolSpecification30DTN的网络体系结构相关术语束bundleDTN的基本数据单元，bundle叠加于传输层之上，不是原来的分组报文。bundle由多个报文存储聚合并进行传输,以降低对端到端连接的需求报文交换31报文交换和分组交换报文交换：整体传送分组交换：分组传送恶劣的通信环境环境二战中英国护航运输船队体制德国潜艇的集群作战32Bundlebundlesconsistofthreethings:1)asource-application'suserdata2)controlinformation,providedbythesourceapplicationforthedestinationapplication,describinghowtoprocess,store,disposeof,andotherwisehandletheuserdata3)abundleheader,insertedbythebundlelayer.abundlelayermaybreakwholebundles(wholemessages)intofragments,justasanIPlayermaybreakwholedatagramsintofragments.ifbundlesarefragmented,thebundlelayeratthefinaldestinationreassemblesthem.33DTN的网络体系结构相关术语保管传输custodytransfercustodytransfer指消息从一个DTN节点传输到下一个DTN节点，是一种可靠的传输即当消息从节点A传递到节点B时,节点B必须确保将消息传递到目标节点或者消息超时丢弃,或者将保管传输的责任委托给下一个节点C,否则不能删除该消息TCP也是可靠传输，有区别吗？有限存储资源的挑战34Custodytransfer保管传送thebundlelayersupportsnode-to-noderetransmissionbymeansofcustodytransfers.Suchtransfersarearrangedbetweenthebundlelayersofsuccessivenodes,attheinitialrequestofthesourceapplication.time-to-acknowledge35ClassofBundleService从邮政提供的服务启发，选择颗粒度较粗的服务为服务类型36DTNNODES37DTN的网络体系结构相关术语接触contactcontact表示一次通信机会，在间歇性连接网络中，两个节点之间出现一条可以通信的连接Intermittent-ScheduledContacts间歇可预定的Intermittent-OpportunisticContacts间歇偶然的Intermittent-PredictedContacts间歇可预测的，适用概率预测38DTN的网络体系结构