时滞容忍网络特性建模和应用研究.pdf

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1、浙江大学硕士学位论文摘要 摘要 近些年来随着无线网络技术的成熟和智能便携节点的普及，时滞容忍网络的 研究和应用迅速发展起来。这类网络不受网络结构的限制，充分利用移动设备的 带宽、计算、存储等资源，通过各种连接途径为用户提供数据传输、数据分发、 信息查询等网络服务。由于时滞容忍网络组网方便，不需要额外的基站设备，因 此具有广泛的应用前景，对未来普适计算的实现具有深远的影响。 时滞容忍网络在实际应用中存在网络拓扑动态变化、传输带宽受限、移动终 端受限等一系列问题。尽管之前的研究者在这些方面已经做了大量的研究，但是 大部分模型只适用于特定的场景，算法的传输性能和稳定性能也有待提高。针对 上述问题，本

2、文借鉴传统网络的研究方法，对时滞容忍网络进行了全面的分析和 研究主要有如下贡献： 基于真实环境中收集到的数据，从实验的角度分析了节点之间接触情况和时 滞容忍网络中社区与地理位置的关系，提出了地理社区的概念，并重点研究了体 现网络连通特性的节点接触间隔时间分布和节点在社区的滞留时间分布，为之后 的建模打下基础。 将节点在社区之间的移动看作马尔科夫过程，使用单步转移概率和滞留时间 概率构建节点移动静态模型，通过模型得到反映节点和社区接触的静态分布概率 和社区中心度，解决时滞容忍网络中的数据分发问题。使用时间相关单步转移概 率和条件滞留时间概率构建节点移动动态模型，通过模型得到反映节点移动轨迹 的瞬

3、时分布概率，解决时滞容忍网络中的信患查询问题。 通过历史记录数据来预测自身和邻居节点在未来不同时刻的相遇概率，并引 入了节点效用值，在此基础上设计了时滞容忍网络的自适应异步休眠机制。该机 制有效地提高了节点能量的利用率，并能够兼容现有的数据传输算法。 关键词：时滞容忍网络节点移动模型数据分发信息查询休眠机制 l ! 燮兰硕士学位论文 摘要 A b s t r a c t R e c e n t l y w i t ht h em a t u r a t i o no fw i r e l e s sn e t w o r kt e c h n o l o g ya n d t h ep o p

4、 u l a r i t y o f锄a r tp o r t a b l en o d e s ， r e s e a r c h e sa n da p p l i c a t i o n o nD e l a yT o l e r a n t N e t w o r k s ( D T N s ) a r ed e v e l o p i n gr a p i d l y N o tl i m i t e db y t h en e t w o r ks t r u c t u r e ，D T N s m a k e 如1 lU S eo fp o r t a b l ed e v i

5、 c e s b a n d w i d t h ，c o m p u t i n g ，s t o r a g ea n d o t h e rr e s o u r c e s ， a n dp r o v i d eU S e l 怎w i t hd a t at r a n s m i s s i o n ，d a t ad i s s e m i n a t i o n ，i n f o r m a t i o nq u e r ya n d o t h c rn e t w o r ks c r v i c e sv i aav a r i e t yo fc o n n e c

6、t i n gw a y s ? S i n c eD T N sn e e d n o a d d i t i o n a lb 蹴s t a t i o nd e v i c e st of o r mt h en e t w o r k ，t h e yh a v ew i d ea p p l i c a t i o n p r o s p e c t sa n df a r - r e a c h i n gi m p a c t s o nt h er e a l i z a t i o no ff u t u r ep e r v a s w ec o m p u t i n g

7、 T h e r ee x i s tal o to fp r o b l e m si nt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o no fD e l a yT o l e r a n t N e t w o r k s ，f o re x a m p l e ：d y n a m i cc h a n g i n go ft h en e t w o r kt o p o l o g y , t h el i m i t a t i o no f t h et r a n s m i s s i o nb a n d w i d t h ，t h

8、el i m i t a t i o no ft h ep o r t a b l e t e r m i n a l sa n dS Oo n A l t h o u g hp r e v i o u sr e s e a r c h e r sh a v ed o n ea l o ti nt h e s ea r e a s ，m o s tm o d e l sa r eo n I Y s u i t a b l ef o rs p e c i f i cs c e n a r i o s ，a n dt h et r a n s m i s s i o na n ds t a b i

9、 l i t y p e r f o r m a n c eo f a I g o r i t h m sn e e dt ob ei m p r o v e d T oa d d r e s st h ea b o v ei s s u e s ，t h i sp a p e r c o n d u c t sa c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i sa n d r e s e a r c hi nD T N so nt h eb a s i so fd r a w i n go nt h er e s e a r c h m e t h o d s

10、i nt h et r a d i t i o n a ln e t w o r k T h em a i nc o n t r i b u t i o n sa r ea sf o l l o w s ： B a S e do nd a t at r a c e sc o l l e c t e df r o mt h er e a le n v i r o n m e n t , w ee x p e r i m e n t a l l y i n v e s t i g a t et h ep a i r - w i s ec o n t a c ti n f o r m a t i o

11、 na n dt h ec o r r e l a t i o no fc o m m u n i t ya n d g e o g r a p h y i n f o r m a t i o n T h e n ，w ep r o p o s e t h ec o n c e p to fg e o g r a p h Y a w a r e c o m m u n i t y ( G e o c o m m u n i t y ) a n da n a l y z et h ed i s t r i b u t i o n o ft h ei n t e r - c o n t a c t

12、t i m e a n dt h eu s e rs o j o u r nt i m e d i s t r i b u t i o no v e rg e o - c o m m u n i t i e s ，b o t ho fw h i c h c h a r a c t e r i z et h en e t w o r kc o n n e c t i v i t yf e a t u r e s T h i sw o r kl a y s af o u n d a t i o nf o r m o d e l i n g B yc o n s i d e r i n gt h e

13、u s e rm o b i l i t ya m o n gd i f f e r e n tc o m m u n i t i e sa saM a r k o v r e n e w a lp r o c e s s ，w eu s et h es i n g l e s t e p t r a n s i t i o np r o b a b i l i t ya n ds o j o u r nt i m e D r o b a b i l i t yt o b u i l dn o d e s s t a t i cm o b i l i t ym o d e l ，a n dg

14、e tt h es t a t i c d i s t r i b u t i o n p r o b a b i l i t ya n dg e o c e n t r a l i t yw h i c h r e f l e c tt h ec o n t a c tb e t w e e nn o d e sa n d c o m m u n i t y , s 0 私t os o l v et h ed a t ad i s s e m i n a t i o np r o b l e mi nD T N s F u r t h e r m o r e ，w eu t h e t e

15、m p o r a lc o r r e l a t i o ns i n g l e s t e pt r a n s i t i o np r o b a b i l i t ya n dc o n d i t i o n a lS O j O U r n t i m e p r o b a b i l i t yt o b u i l dn o d e s d y n a m i cm o b i l i t ym o d e l ，o b t a i n i n gt h ei n s t 蛐t 明e o u s V r 浙江大学硕士学位论文A b S t 怕c t d i s t r

16、 i b u t i o np r o b a b i l i t yw h i c hr e f l e c t st h em o v e m e n tl o c u so f n o d e s ，S Oa st oS O l v et h e i n f o r m a t i o nq u e r yp r o b l e mi nD T N s U s i n gt h ep a s tr e c o r d e di n f o r m a t i o nt Op r e d i c tt h ef u t u r ec o n t a c ti n f o r m a t i

17、 o n w i t ho t h e rn e i g h b o r sa n d i n t r o d u c i n g t h ev a l u eo fn o d eu t i l i t y , a n a d a p t i v e a s y n c h r o n o u ss l e e ps c h e d u l i n gm e c h a n i s mi sp r o p o s e df o rD T N s T h ep r o p o s es l e e p s c h e d u l i n gm e c h a n i s mC a ni m p

18、r o v et h ee n e r g ye f f i c i e n c ye f f e c t i v e l y , a n di s c o m p a t i b l ew i t he x i S t i n gd a t at r a n s m i s s i o np r o t o c o l s K e y w o r d s ：D e l a yT o l e r a n tN e t w o r k s ，N o d eM o b i l i t yM o d e l ， V I D a t aD i s s e m i n a t i o n ，I n f

19、o r m a t i o nQ u e r y ，S l e e p i n gM e c h a n i s m 浙江大学硕士学位论文目录 目录 1 绪j 沧；1 1 1研究背景及意义1 1 1 1时滞容忍网络的产生背景1 1 1 2 时滞容忍网络的理论基础2 1 1 3 时滞容忍网络的实际应用3 1 2 研究现状4 1 2 1 实际数据采集：4 1 2 2 节点移动模型5 1 2 3 机会转发机制6 1 2 4 休眠机制7 1 3 本文工作8 1 3 1 研究特色8 1 3 2 文章结构8 2 基于社区的网络特性分析9 2 1 引言9 2 2选用的数据集1 0 2 3节点之间接触情况1

20、l 2 2 1网络联通程度1 l 2 2 2 节点接触间隔时间1 2 2 3节点与地理位置关系1 4 2 3 1 地理社区1 4 2 3 2 节点在社区的滞留时间1 7 2 3 3 乒乓现象1 8 V I I I I V I I + C a r 谢要 虬致摘胁 浙江大学硕士学位论文目录 2 4 本章小结2 0 3 节点移动静态建模及应用2 1 3 1 引言2 l 3 2 节点移动静态建模2 2 3 2 1 单步转移概率2 2 3 2 2 滞留时间概率2 3 3 2 3 静态半马尔科夫模型2 4 3 2 4 社区中心度计算2 5 3 3 节点移动静态模型分析2 6 3 4节点移动静态模型应用2

21、8 3 4 1 数据分发算法设计2 8 3 4 2 数据分发算法评估2 9 3 5 本章小结3 2 4 节点移动动态建模及应用3 3 4 1 引言3 3 4 2节点移动动态建模3 4 4 2 1动态标准马尔科夫模型3 4 4 2 2 动态半马尔科夫模型3 5 4 3 节点移动动态模型分析3 7 4 4节点移动动态模型应用3 9 4 4 1 信息查询算法设计3 9 4 4 2 信患查询算法评估4 0 4 5 本章小结4 2 5 自适应休眠机制设计及应用4 3 5 1 引言4 3 5 2 自适应异步休眠机制4 4 5 2 1 节点接触概率4 5 5 2 2 节点效用值4 6 5 2 3 具体机制实

22、现4 6 5 3 休眠机制性能评价和应用4 8 V I I I 浙江大学硕士学位论文 目录 5 ：3 1 体眠机制的性能评估4 8 5 3 2 休眠机制在数据传输中的应用4 9 5 4 本章小结5 0 6 总结与展望5 l 6 1 工作总结5 l 6 2 研究展望5 2 参考文献5 3 硕士期间发表论文及参与项目情况5 7 浙江大学硕士学位论文目录 X 浙江大学硕士学位论文 插图和附表清单 插图和附表清单 图1 1 时滞容忍网络示意图2 表2 1 数据集信息统计1 0 图2 1A P 规模和内存对网络连通数的影响1 l 图2 2 节点的接触持续时间和接触间隔时间1 2 图2 3 节点接触间隔时

23、间的累计概率分布1 3 图2 4M I TR e a l i t y 数据集中用户在不同社区的滞留时间分布1 4 表2 2I n f o c o m0 6 数据集每日地区成员结构平均相似度1 5 表2 3M I TR e a l i t y 数据集每月地区成员结构平均相似度1 5 图2 5 不同地区的成员结构平均相似度1 6 图2 7 节点在社区的滞留时间分布1 7 图2 9M I TR e a l i t y 中乒乓现象频率的用户累积分布1 9 图3 2 社区静态分布概率与平均接触概率相似度2 6 图3 3 社区中心度和统计结果的比较2 7 图3 4 超级用户在不同算法不同速度下的分发成功率

24、3 0 图3 5 超级用户在不同算法不同速度下的分发消耗3 1 表4 1 不同预测时间的预测精确度( 单社区预测双社区预测) 3 7 图4 1 预测精确度对应的用户累积概率( 预测时间为1 8 0 0 s ) 3 8 图5 1 时滞容忍网络自适应休眠机制示意图4 4 图5 2 不同占空比下的接触概率4 8 图5 3B u b b l eR a p 算法在不同休眠机制下效果4 9 浙江大学硕士学位论文插图和附表清单 浙江大学硕士学位论文绪论 1 绪论 摘要：本章首先介绍了时滞容忍网络的背景、概念、应用，然后从实际数据 采集、节点移动模型、机会转发机制、低占空比机制四个方面回顾了近十年的国 内外研

25、究现状。最后介绍了文章特色，简要说明了本文结构。 关键词：背景应用研究现状文章特色本文结构 1 1研究背景及意义 1 1 1 时滞容忍网络的产生背景 近些年来，随着M P 3 播放器、手机、平板电脑等配备蓝牙或W i F i 通信接口 的手持电子设备的普及，移动自组网络( M o b i l eA d - h o cN e t w o r k s ，M A N E T s ) 的 研究和应用的迅速发展起来。这类网络受环境和设备限制较小，组网方便，应用 前景广阔。 传统M A N E T s 通信模式在传输用户数据之前，预先使用移动按需距离矢量路 由算法( A d - h o cO n - d

26、e m a n dD i s t a n c eV e c t o rR o u t i n g ) 或者动态源路由算法 ( D y n a m i cS o u r c eR o u t i n g ) 幢等建立端对端的传输路由，然后按照传输路由的节 点顺序依次转发到目标节点。在实际移动自组网络的应用中，由于节点移动、通 信距离限制、环境干扰、恶意攻击等多种因素的影响，大多数时候网络无法保证 全局连通，在特定时刻可能被分割成不连通的子网。源节点和目标节点位于不同 的子网，节点之间不存在完整的端到端通信路径，导致传统的M A N E T s 路由协议 不能有效工作。 但是，这样的网络环境仍然有

27、机会实现数据传输。节点可以利用自身内存保 存接收到的数据，在移动到其他节点附近时再转发数据，采用这种节点之间的逐 跳转发可以把数据从源节点发送到目标节点。时滞容忍网络( D e l a yT o l e r a n t N e t w o r k s ，D T N ) 就是利用节点的“移动一转发”机制来创造更多的网络连通机会， 从而更适合现代移动自组网络的应用需求。 浙江大学硕士学位论文绪论 1 1 2 时滞容忍网络的理论基础 时滞容忍网络最初由K P a l l2 0 0 3 年在国际著名会议S I G C O I 删上提出n 1 ， 泛指由于节点移动、无线通信距离限制、环境干扰等原因，没有

28、稳定的端对端传 输路径，依靠节点间间歇性连通来传输数据的一类网络。当目标设备不能连接 I n t e r n e t 网络，或者要求较少的传输时延和较大的传输数据时，局部网络连接 往往能提供比全局网络连通更优质的服务。时滞容忍网络旨在充分利用移动设备 的计算、存储和带宽资源，透明地选取各种连接方式为用户提供网络服务。在办 公室、战场、灾后地区等场所，相同兴趣和需求的用户可以不需要额外设备快速 建立时滞容忍网络进行数据传递。 图1 1 时滞容忍网络示意图 图1 1 是时滞容忍网络数据传输的示意图。，l 时刻源节点S 想传输数据到目 的节点D ，但是S 和D 之间不存在完全连通的路径。因此，f I

29、 时刻S 先将数据传 递给同一连通区域的节点l ，节点l 没有合适的转发节点，所以暂时存储数据； 在f ：时刻，节点l 通过移动和节点3 相遇，将数据转发给节点3 ：在时刻。节点 3 遇到节点D ，将数据转发给节点D ，完成从节点S 到节点D 的数据传输。 “小世界现象”( S m a l lW o r l dP h e n o m e n o n ) H 1 是社会网络研究的核心思想， 又称“六度空间”理论( S i xD e g r e e so fS e p a r a t i o n ) ，是哈佛大学社会心理学 家S t a n l e yM i l g r a m 通过一项连锁信件实

30、验提出的。实验表明平均通过6 个人 就能把地球上任何两个人联系起来。这个实验结果很快引起了数学家、物理学家、 计算机学家的广泛关注。后续研究表明，许多实际网络( 社会、生态等) 都具有 小世界现象的性质，因此可以将小世界现象引入到时滞容忍网络的建立及维护 中，以提高网络的整体性能。 2 浙江大学硕士学位论文绪论 1 1 3 时滞容忍网络的实际应用 时滞容忍网络的产生虽然不足十年，但是由于它组网方便、维护简单、受环 境限制少，甚至在一些极端环境下也能正常工作，在各个领域当中广泛使用。本 节列举一些典型例子来具体介绍时滞容忍网络的应用。 在野生动物追踪方面，时滞容忍网络比传统的静态无线传感器网络更

31、具有优 势。P r i n c e t o n 大学设计和提出了追踪草原上斑马的Z e b r a N e t 网络系统陆1 ，系 统内的节点由定位器、存储器、通信模块、小型C P U 组成。斑马身上安装带有节 点的项圈，节点在相遇时会交换收集到的数据，并定期通过基站反馈给研究者。 该网络系统旨在利用最少的能量、内存和其他资源来记录和存储数据。C o r n e l l 大学研究开发了S W I N 网络系统协1 来检测海洋中鲸鱼的活动。鲸鱼身上嵌入的无 线标签收集鲸鱼的活动信息，在两头鲸鱼相遇时标签之间可以分享信息，然后通 过海面的静态接入节点回收数据。 在手持设备组网方面，时滞容忍网络为日

32、常生活提供了丰富的应用。 C a m b r i d g e 大学和I n t e l 研究院共同提出了口袋交换网络( P o c k e tS w i t c h e d N e t w o r k s ，P S N ) n 1 的概念，由随身携带的小型设备组成时滞容忍网络，每个节点 既可以通过人们相遇时的间歇性连通机会来通信，也可以通过W i F i 或G P R S 等 接入I n t e r n e t 全局网络来收发信息。T H O M S O N 公司基于P S N 研究开发了 M o b i C l i q u e 软件系统怕1 ，该系统能维持P S N 网络的稳定性，帮助相同兴

33、趣的用户 高效地收集和分享信息。 在移动车载网络方面，时滞容忍网络可以应用在行驶车辆组成的拓扑结构不 断变化的网络中。M I T 大学设计开发用于收集、处理、传递和整合移动车辆数据 的C a r T e l 移动传感器网络旧1 。车辆上嵌入的智能节点既可以收集路况信患、诊 断车辆状况、提供路线导航又可以在车辆相遇时交换数据或者将数据通过路边 的无线节点发送到全局互联网上。 3 浙江大学硕士学位论文 绪论 1 2 研究现状 时滞容忍网络不需要网络的全局连通，更适合实际环境中自组网的需求，对 于实现未来普适计算具有重要的意义n 训，所以近年来吸引了科研人员密切关注。 在网络和通信领域相关著名会议上

34、，如I N F O C O M 、M O B I C o M 、S I G C O 删、M o B I H o c 、 I C N P 、P E R C o M 等，时滞容忍网络的研究成果正逐年增加。 1 2 1 实际数据采集 时滞容忍网络的一个重要的研究方法是通过无线智能节点搭建的平台收集 真实环境中节点和设备之间的接触数据。基于收集到的数据。科研人员可以使用 数理统计的方法，分析节点的运动模式等信息来研究时滞容忍网络的特性。 U C S D 大学的W i r e l e s sT o p o l o g yD i s c o v e r y 项目n 2 1 使用静态接入节点 ( A c c

35、 e s sP o i n t 。A P ) 记录1 l 周内网络中3 0 0 个用户携带i M o t e 节点的连通数 据。由于静态接入节点包含地理位置信息，而记录的数据中同时包含时间信息， 因此该数据集能反映网络中用户大致的移动轨迹。M I T 、D a r t m o u t h 、U TD e l f t 等机构收集的数据集也使用了包含静态接入节点的系统n 耵。 M I T 大学的R e a l i t yM i n i n g 项目n 3 1 记录了校园中1 0 0 个携带蓝牙智能手机 的学生和职工9 个月的接触的数据：C 锄b r i d g e 大学的H a g g l e 项

36、目n 司记录了若 干个带有蓝牙模块的i M o t e 设备在校园内的相遇情况。节点之间的接触数据虽然 不能反映单个节点的地理位置信息，但是能体现节点之间的连通情况，而这些间 歇性的连通机会正是时滞容忍网络传输数据最需要的。 加州旧金山的公交项目n7 1 和上海的出租车项引1 8 1 使用车载G P S 节点记录的 车辆的移动情况。G P s 系统定期接收经度和维度数据，能精确记录车辆的移动轨 迹，让研究人员获得大量的信息。 浙江大学硕士学位论文绪论 1 2 2 节点移动模型 节点移动模型是节点移动数学化的描述。在时滞容忍网络中，节点移动模型 主要是为了模拟节点在真实网络中的运动，描述节点相遇

37、的机会，从而预测网络 的连通情况。因为时滞容忍网络的数据传输依赖于节点的移动和相遇带来的连通 机会，而节点连通的概率和时间都是通过节点移动模型来刻画的，所以节点移动 模型的研究在时滞容忍网络中非常重要。 真实环境中节点移动数据的收集存在一定的困难，一些研究者建立了仿真模 型来产生虚拟的节点移动轨迹。其中广泛使用的是描述互相独立节点移动模式的 随机路点模型( R a n d o mW a y p o i n tm o d e l 。R w P ) n 玑划。虽然之前也存在一些研究 工作来改进R W P 模型弦L 捌，但是很难通过某种方式来衡量R W P 模型在多大程度上 抽象了节点在真实环境中的

38、运动状况。 为了更好地了解时滞容忍网络中节点的运动模式，一些研究者基于实际环境 中收集的数据，分析了网络中节点之间的接触情况。部分研究者认为，D T N 中节 点的相遇符合泊松过程，节点的接触间隔时间近似于指数分布1 。但是现有一些 研究结果表明，用指数分布来刻画节点接触是不适合的。C h a i n t r e a u 等人发现 真实数据中接触间隔时间在一定的区域内服从幂律分布( p o w e rI a w ) 引。 K a r a g i a n n i s 等人在分析大量D T N 数据后提出了接触间隔时间分布的特征时间。 在这个特征时间以下，接触间隔时间服从幂律分布；大于这个特征时间

39、，近似于 指数分布幽1 。所以节点的接触在实际的环境中是一个非常复杂的过程，接触间隔 时间分布在不同的数据集中会发生显著的变化。 部分研究工作在时滞容忍网络中引入了社会网络中社区的概念旧淄1 ，并进一 步提出了基于社区的节点移动模型。M u s o l e s i 等人根据节点之间联系的紧密程 度划分社区，计算社区对节点的吸引力，然后预测节点朝着哪个社区运动啪1 。 S p y r o p o u l o s 等人进一步提出了基于时变的社区节点移动模型，节点周期性地滞 留在原来社区或者是移动到其他社区幢L 矧。 在双对数坐标下幂律分布曲线为一条直线 5 浙江大学硕士学位论文绪论 1 2 3 机

40、会转发机制 在现有的网络技术中，转发和路由起到了关键性的作用，一个好的转发机制 直接决定了网络的效率和性能。时滞容忍网络采用“存储一携带一转发”的模式， 当节点没有接触到下一跳节点时，消息缓存在当前节点上，然后通过该节点的移 动来寻求合适的转发机会，在不连通的子网中实现数据传输。针对每个数据确定 下一跳转发节点和选择合适的转发时机是设计高效时滞容忍网络路由协议的关 键。目前已有的机会转发机制主要可以分为基于复制转发、基于编码转发、基于 主动移动转发等三类机制。 基于复制的转发机制针对一个数据包拷贝生成多分副本，并推送到网络中 去。只要有一个副本传送到目的节点就算传输成功。典型的基于复制的转发机

41、制 是传染病( E p i d e m i cF o r w a r d i n g ) 机制，该机制在两个节点接触时复制交换内 存中的所有数据胁1 。S p y r o p o u l o s 等人在传染病机制的基础上，提出了喷洒转发 ( S p r a y b a s e dF o r w a r d i n g ) 机制，其核心思想是由源节点产生多份拷贝，在每 次接触时节点转发自身一半数目的拷贝，直到节点剩下l 份拷贝时不转发收据， 一直等待接触目标节点3 蚴1 。 基于编码的转发机制将传输数据编码成存在冗余的多个数据包，目的节点只 需要接收到部分数据包，就能还原原始数据。W i d m

42、 e r 等人提出了时滞容忍网络 中的线性网络编码机制，节点不是简单地转发数据，而是将接收到的数据线性编 码成新数据并传输到网络当中。基于编码的转发机制对于网络拥塞或者拓扑变 化具有很好的鲁棒性，可以较好地控制网络的消耗。 基于主动移动的转发机制在网络中引入部分主动移动的节点，增加网络的连 通和转发机会。Z h a o 等人设计提出了M e s s a g eF e r r y i n g 方法，在网络中引入一 些特殊的移动节点，这些节点有目的地移动来为网络中的其他节点提供数据交换 服务泓1 。W u 等人同样在D T N 中动态控制一系列中继节点来提高网络容量、分析 节点信患、减少节点总移动

43、路程等，保持各项性能的平衡1 。 6 浙江大学硕士学位论文 绪论 1 2 4 休眠机制 时滞容忍网络中的节点通常受到电池电量的限制，怎样提高节点的能量利用 率、延长网络寿命是一个非常关键的问题。目前已经有部分学者开始研究D T N 中 降低能耗的机制。W a n g 等人研究了相遇探测对节点相遇错失概率的影响，并且 给出了相遇错失概率和蓝牙设备能量消耗之间的平衡关系。通过真实数据集的实 验，他们发现提出的自适应相遇探测机制S T A R 比固定相遇探测机制节省至少三 倍的能量啪。Q i n 等人研究了相遇探测对节点链路时间长度的影响，并且给出了 节点吞吐量和蓝牙设备能量消耗之间的平衡关系，节点

44、吞吐量由节点链路时间长 度决定。文章通过让节点周期性的打开和关闭手持设备的无线网卡来节省能量， 也就是通过设计睡眠唤醒机制来节省能量b “ 。T r u l l o l s - C r u c e s 等人研究了时滞 容忍网络的休眠机制下如何更加有效地节省能量，首先研究了休眠机制对节点相 遇概率的影响，然后给出了节点相遇概率和节省能量之间的平衡关系，最后给出 了在贪婪路由协议下的数据传输和节省能量之间的平衡关系m 】。 7 浙江大学硕士学位论文绪论 1 3 本文工作 1 3 1 研究特色 本文学习和借鉴了传统网络的研究方法，结合国内外相关领域的最新研究成 果，对时滞容忍网络进行了特性分析、基础

45、建模和应用研究。具体的研究方法有 以下几个方面特色： 1 从实际数据出发：基于真实环境中收集到的数据集进行网络特性分析和 节点移动建模，并且设计的模型和算法都通过数据集验证其性能。 2 从理论到应用：首先从理论角度出发，提出时滞容忍网络相关概念并建 立节点移动模型，然后将得到的理论结果指导实际应用。解决网络中数 据分发、信息查询、能量消耗等问题。 3 社会网络视角：文章中提出的地理社区、用户概率分布、社区中心度等 概念都借鉴了社会网络的相关知识，得到的研究成果可以指导社会网络 的相关应用。 1 3 2 文章结构 本文余下的部分按照如下结构组织。第二章基于真实环境中收集的数据集， 从节点之间接触情况和节点与地理位置关系两个方面研究了时滞容忍网络的特 性，提出了地理社区的概念，为之后建模创造基础。第三章建立节点移动静态模 型来计算节点静态分布概率和社区中心度，并应用静态模型饵决时滞容忍网络中 的数据分发问题。第四章建立节点移动动态模型来