机会网络综述

机会网络综述唐作用2011.4.18自组织网络移动自组织(Ad-Hoc)网络是一种多跳的临时性自治系统，这种网络没有固定的路由器，网络中的节点可随意移动并能以任意方式相互通信。网络中的各个节点不需要直接连接，而是能够通过中继的方式，在两个距离很远而无法直接通信的节点之间传送信息。IEEE在开发802.11标准时，提出Ad-Hoc网络的名称，也即今天我们常说的移动自组织网络。自组织网络的问题节点移动、节点稀疏、射频关闭或障碍物造成信号衰减等多种原因都可能导致网络大多数时候不能连通。传统的MANET(mobileadhocnetwork)在传输用户数据之前，需要预先建立通信端点之间的路由。这种工作模式隐含一个重要的假设：网络大部分时候是连通的，任一节点对之间存在至少一条完整的端到端通信路径。MANET路由协议不能发现去往目标节点的路由。机会网络由于节点的移动，两个节点可以进入相互通信范围而交换数据。描述性定义：机会网络是一种不需要源节点和目标节点之间存在完整链路，利用节点移动带来的相遇机会实现通信的自组织网络。不要求网络的全连通，更适合实际的自组网需求。机会网络示意图以“存储-携带-转发”的路由模式实现节点间通信。延迟容忍网络机会网络的部分概念来源于早期的延迟容忍网络DTN(delaytolerantnetwork)的研究。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。机会网络可以看成是具有一般DTN网络特征的无线自组网。机会网络的应用野生动物追踪手持设备组网车载网络偏远地区网络传输野生动物追踪ZebraNet是一个由普林斯顿大学设计，用来追踪非洲草原斑马的机会网络系统。由安装在斑马脖子上的低功耗传感器和移动基站组成。传感器收集斑马的迁徙数据，并与相遇的斑马传感器交换数据，研究人员定期开车携带移动基站穿越追踪区域收集数据。手持设备组网剑桥大学和Intel研究院提出的PSN(pocketswitchednetwork)是由人随身携带的手持设备形成的机会网络。每个设备节点既可以通过人们相遇带来的局部通信机会。当目标节点位于当前节点附近区域或不能接入Internet，或者用户应用需要很高的带宽和很小的延迟时，局部连接能比全局连接提供更好的服务。车载网络CarTel是MIT开发的基于车辆传感器的信息收集和发布系统，能够用于环境监测、路况收集、车辆诊断和路线导航等。安装在车辆上的嵌入式CarTel节点，负责收集和处理车辆上多种传感器采集的数据，包括车辆运行信息和道路信息等。使用Wi-Fi或蓝牙等通信技术，CarTel节点在车辆相遇时可以直接交换数据，同时，CarTel节点也可以通过路边的无线接入点将数据发送到Internet上的服务器。偏远地区网络传输DakNet是由MIT开发、部署在印度偏远地区提供互联网服务的机会网络。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(PersonalDigitalAssistant)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。机会网络研究的热点问题转发机制节点移动模型基于机会通信的数据分发和检索机会转发机制以“存储-携带-转发”的模式工作。当路由表中不存在去往目标节点的下一跳节点时，将消息在当前节点上缓存，并随着当前节点的移动以等待合适的转发机会。针对每个消息确定最好的下一跳转发节点和选择合适的转发时机就成为设计高效机会网络路由协议的关键问题。基于复制的转发（1）同一消息的多份拷贝被注入网络，当其中一个到达目标节点时，消息传输成功。其核心问题是确定优化的消息拷贝数和产生消息拷贝的方式。直接传输(directtransmission,简称DT)，源节点缓存消息直到遇到目标节点才转发。源节点将消息拷贝给最先遇到的L个中继节点，源节点和L个中继节点只将消息转发给目标节点。网络开销最小，但传输延时大和传输成功率最低。基于复制的转发（2）BinarySprayandWait在源节点指定消息允许的最大拷贝数为L，并使用基于二叉树的方法来产生L份拷贝。该机制由两个阶段组成：Spray阶段，在遇到没有缓存该消息的中继节点时，将消息拷贝给节点，并将剩下的拷贝任务分成两半，由该邻居节点完成[(L−1)/2]，自身完成剩下的部分[(L−1)/2]，当节点剩下1份拷贝任务时，节点转入Wait阶段，等待转发给目标节点。基于复制的转发（3）在传染转发(epidemicforwarding,简称EF)机制中，每个节点维护一个消息队列，当两个节点相遇时，交换对方没有存储的消息。它本质上是一种洪泛算法，每个携带消息的节点都将消息转发给所有遇到的邻居节点。如果网络的带宽和缓存等资源足够，EF机制可以保证找到到达目标节点的最短路径，而由于实际网络节点带宽和缓存等资源有限，随着网络节点数的增大，其性能由于广播导致的拥塞会急剧下降。相比前几种消息拷贝数固定的算法，EF机制可扩展性很差。基于编码的转发基于编码的转发机制将待传输数据编码成相互冗余的消息，目标节点仅需要接收到部分编码后的消息，即可通过消息之间的运算重建原数据。基于擦除编码(erasure-coding,简称EC)的机会转发机制：源节点先将原始数据分成m个块，然后将这些数据块编码成k个小消息。目标节点只需要接收到k个消息中的任意m×(1+ε)个小消息就可重建原始数据，ε是由具体编码算法确定的小常数。该机制中源节点将编码后的小消息平均分配给k个相遇的中继节点，每个中继节点携带部分小消息直到遇到目标节点。基于相遇预测的转发在基于相遇预测的机会转发机制中，每个节点都维持一个与目标节点相遇的预测概率。可以通过节点的历史移动轨迹来预测该概率。在ZebraNet提出的基于移动历史的转发机制中，每个动物身上的传感器节点维持了一个到达基站的概率，当传感器随动物移动到基站通信范围内时，该概率值增加，否则，该概率值随时间的推移而逐渐降低。当两个传感器节点相遇时，概率低的节点将自身消息转发给概率高的传感器节点。冗余效用混合转发与ZebraNet机制相似，每个节点估计到达其他节点的相遇概率，该节点相遇时升高，否则，随时间递减。但概率的更新使用了概率的传递性，即节点a有可能遇到节点b，而b有可能遇到节点c，则a可以成为目标节点为c的消息转发节点。节点相遇时，将到达目标节点概率比自身高且对方没有缓存的消息传输给对方，降低了传染转发广播引起的拥塞导致的性能影响。基于节点主动运动的转发部分特殊节点主动移动为其他普通节点提供通信服务。系统通过引入移动节点来实现稀疏传感器网络的数据收集。系统利用场景中移动且具备通信功能的车辆或动物节点，在移动过程中收集传感器数据，并以单跳或多跳方式将数据转发到接入骨干网的AP节点。机会网络研究的热点问题机会转发机制节点移动模型基于机会通信的数据分发和检索节点移动模型节点的移动模式，包括位置、速度等特征的变化。独立同分布的理论移动模型相遇时间(meetingtime,简称MT)是指两个节点从静止开始到第一次相遇(进入通信范围)经过的时间间隔。相遇间隔时间(intermeetingtime,简称IMT)是指两个节点前后两次相遇的时间间隔。可证明节点期望相遇时间(expectedmeetingtime)服从指数分布或其尾部服从指数分布，相遇时间和相遇间隔时间的尾部分布是无记忆的。基于统计的实际移动模型实际节点的移动具有社区特性，节点相遇时间服从近似的幂律分布，而不是根据经典移动模型推导出的指数分布。这些成果证实了传统的移动模型并不一定适用于实际节点的移动特征，但研究人员在对于使用何种分布的移动模型问题上一直存在争议。机会网络研究的热点问题机会转发机制节点移动模型基于机会通信的数据分发和检索数据分发机制在机会网络中的数据分发过程中，请求节点首先发布订阅请求或兴趣消息，产生资源数据的节点将数据分发给感兴趣的节点。TACO-DTN是一个容忍延迟的内容分发系统，该系统由移动用户、固定信息站和位于主干网的服务器组成，用户在移动过程中向相遇的信息站发送订阅请求，信息站通过间断性连接将请求发送到主干网服务器，服务器计算内容事件与信息站所有订阅请求的匹配程度，以此确定事件在该信息站的优先级，并选择高优先级的事件推送到该信息站。数据检索机制基于机会通信的数据检索过程由请求节点驱动，请求节点在网络内发布查询消息，存储对应数据的节点返回结果消息到请求节点。数据检索的基本思想是以请求节点为中心把订阅请求广播到网络，直至得到来自消息源的回应。在移动中把握机会！谢谢！