机会网络

大量具备短距离通信能力的智能设备的出现推动了无线自组网应用的迅速发展.但在许多实际应用环境中,节点移动、网络稀疏或信号衰减等各种原因通常导致形成的网络大部分时间不连通.传统的移动自组织网络传输模式要求通信源和目标节点之间存在至少一条完整的路径,因而无法在这类环境中运行.机会网络利用节点移动形成的通信机会逐跳传输消息,以"存储-携带-转发"的路由模式实现节点间通信,这种完全不同于传统网络通信模式的新兴组网方式引起了研究界极大的兴趣.首先介绍机会网络的概念和理论基础,并给出了当前机会网络的一些典型应用,然后详细阐述了机会网络研究的热点问题,包括机会转发机制、移动模型和基于机会通信的数据分发和检索等,并简要叙述了机会网络的通信中间件、协作和安全机制以及机会网络新的应用等其他研究问题,最后进行总结并展望了机会网络未来一段时间内的研究重点.     

机会网络中的安全与信任技术研究进展

机会网络是一种通信连接经常中断的移动自组织网络,是利用节点移动形成的通信机会逐跳传输消息,以“存储-携带-转发”的路由模式实现节点间通信,然而机会网络作为移动自组织网络的极端版本,其特有的节点高移动性、网络链路经常变化和延迟容忍特性,对数据的机密性和完整性、路由安全性与隐私性以及节点认证与合作性等提出了更高的要求与挑战.首先系统地描述了机会网络的安全威胁与安全需求,深入分析了机会网络中的安全路由及其隐私保护机制;其次研究了机会网络节点认证及其合作激励机制,并对各种相关安全与信任技术解决方案进行了综合比较分析;最后对未来进一步的研究工作作出了展望.     

机会网络路由协议

在机会网络中由于网络稀疏、节点移动和通信范围等因素的影响,有可能出现网络分裂或节点脱网,源节点和目的节点之间不一定存在完整的端到端路径,这为路由协议的设计带来巨大挑战,此问题近年来引起了研究人员越来越多的关注。首先介绍了机会网络的基本概念、体系结构和特点等;然后阐述了机会网络路由协议研究的进展,概括了机会网络路由协议中的新机制,对现有路由协议进行分类并详述它们的基本原理;通过比较对各种协议的特点进行分析阐述,最后给出未来研究的方向。     

移动机会网络组播路由的研究进展

在移动机会网络中,节点进行机会式的连接通信,该方式被广泛应用于移动社交网络、车载智能网络、移动自组网络等场景中。移动机会网络群组通信在抢险救灾、社区消息分发及智能交通等领域具有极高的应用价值,组播路由技术是其关键技术之一。将移动机会网络组播路由分为传统组播路由和智能组播路由两类,重点介绍了智能组播路由的研究现状,并采用通用的性能指标对各组播路由策略进行了比较分析。分析结论为:智能组播路由由于考虑了移动机会网络的社会特性、节点缓存、能量及安全等特性,因此具有较好的综合性能。最后展望了组播路由在大数据缓存管理、群组安全策略、车载自组网及动态感知方面的研究前景。     

基于机会网络的消息传输系统

机会网络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,是目前的研究热点之一。设计了一种基于机会网络的信息采集与消息传输系统BlueChat。一方面,系统采集节点相遇信息,构建路由信息表,并且可以作为机会网络中节点移动轨迹建模、社团划分、消息转发策略研究、网络QOS研究等的原始数据;另一方面,系统可以采用不同的消息队列管理策略,通过节点的移动,以“存储-携带-转发”的路由模式实现节点间消息的传输。通过对系统进行连续3个月,50个以上节点,长时间、大规模的测试,并分析采集到的数据,得出消息交付率在95%以上,满足特殊情况下的节点通信需求。     

机会网络路由可靠性研究

无线自组织网络应用的迅速发展得益于具备短距离通信的智能设备的大量使用.机会网络就是其中之一.机会网络利用节点移动形成的通信机会逐跳传输消息,以"存储-携带-转发"的路由模式实现节点间通信.文中研究机会网络中搭便车、超新星和虫洞这三种非协作行为在Binary Spray and Wait, PROPHET和H-EC三类流行的路由策略下对数据传输的影响,并通过对实际移动网络的追踪模拟进行性能评估.结果显示,除了虫洞行为外,随着非协作节点的增加,数据转发的性能将会明显下降.     

机会型网络研究综述

机会型网络是继移动自组网和无线传感器网络之后在无线网络领域中兴起的又一最新研究热点。机会型网络是移动自组网的演化,但机会型网络并不假设消息源和目标节点之间存在完整路径,而是通过节点的移动、相遇(Contact)和转发来实现在不连通的网络环境中通信,这种全新的组网模式引起了研究者极大的兴趣。介绍了机会型网络的概念、特点和典型应用,总结并详细阐述了机会型网络的路由机制、机会型网络的移动模型等主要研究热点问题,并对机会型网络的其他方向的研究作了简要介绍,对研究前景进行了展望。     

基于位置信息预测的船舶机会网络路由

机会网络利用节点移动形成的通信机会来逐步传输消息.然而当机会网络应用在海洋上时,由于海域广阔,节点分布稀疏,所以船舶之间相遇通信的概率较低,同时由于船速较慢,固定航道,传统机会网络路由协议执行效率不高.利用船舶位置信息和航行方向等,结合插值算法预测节点未来可能到达的位置,并对Spray and Wait协议改进,从而增加数据传递到目的船舶的可能性和效率,提高了船舶机会网络连通性.最后,通过仿真实验与目前比较流行的机会网络路由协议进行比较,取得较好的实验结果.     

基于图神经网络的机会网络节点重要度评估方法

机会网络(opportunistic network)是一种利用节点移动的相遇机会实现通信的自组织网络,机会式的通信方式导致其具有时变性与动态性,节点重要度的评估是研究机会网络信息传播的关键.提出一种基于图神经网络的机会网络节点重要度评估方法.将机会网络进行时间切片,对得到的机会网络单元采用聚合图建模,以表征网络信息;...     

基于预期移动行为的校园机会网络路由机制

针对校园机会网络较少考虑节点未来移动行为的问题,提出基于预期移动行为的路由机制。基于人类动力学知识预测节点访问各兴趣域时间长度并归一化处理,利用时间比度量节点访问对应兴趣域的概率,以向量形式描述节点预期移动行为;基于最优节点选择算法,将消息投递到与目的节点预期移动行为相似度高的中继节点,直到目的节点。实例仿真计算结果表明,该路由机制在节点密度大、缓存受限条件的校园机会网络中可以提高路由性能,降低网络开销。     

一种多用户协作博弈的视频机会传输路由算法

移动用户间日益普及的视频数据传输,使得传统无线通信网络上的流量爆炸性增长问题变得愈发严重,而基于D2D通信的数据机会传输被认为是能够实现数据卸载的有效方法.然而在移动机会网络中,数据传输主要通过数据复制和机会转发而实现.为了获得较高的投递率和较低的投递时延,数据复制往往被过度使用,冗余的数据包不仅会消耗大量的设备和网络资源,还会增加网络的传输负载,降低网络性能.对于视频数据传输,由于其较强的持续性和远高于一般标量数据的数据量,该问题会更加突出.因此,基于多人协作博弈,提出了一种面向视频传输质量的机会路由算法VOR-MG,实现对视频传输质量和传输开销的优化.具体来讲,首先建立视频数据包的边缘质量增益模型,然后把多用户相遇时的视频数据传输建模为一个多用户协作博弈,最后,基于其纳什最优解来对每个视频数据包的复制或者转发进行决策,从而保证在视频传输质量最优的情况下,使得网络中的视频数据包备份个数最少.基于合成数据集和真实数据集的仿真结果表明：其视频传输质量比对比算法高出1 dB~2dB,但是平均最大数据包备份数仅为同类算法的25%左右.     

Robust load-balanced backbone-based multicast routing in mobile opportunistic networks

Mobile opportunistic network (MON) is an efficient way of communication when there is no persistent connection between nodes. Multicast in MONs can be used to efficiently deliver messages to multiple destination nodes. However, because multiple destination nodes are involved, multicast routing is more complex than unicast and brings a higher communication cost. Backbone-based routing can effectively reduce the network overhead and the complexity of routing scheme. However, the load of backbone nodes is larger than that of regular nodes. If the backbone node’s buffer is exhausted, it will have a significant impact on the performance of the routing scheme. Load balancing can improve the ability of backbone to deal with the change of network load, and backbone maintenance algorithm can provide backbone robustness. In this paper, we propose a robust load-balanced backbone-based multicast routing scheme in MONs. In the backbone construction algorithm, we transform the problem of backbone construction into a multi-objective optimization problem, and propose a multi-objective evolutionary algorithm-based backbone construction algorithm, namely LBMBC-MOEA algorithm. In addition, in order to increase the robustness of the backbone-based routing scheme, we propose a localized multicast backbone maintenance algorithm (MBMA) to deal with the buffer exhaustion of backbone nodes. When a backbone node’s residual buffer is insufficient, MBMA algorithm selects other nodes to replace the backbone node. The results on extensive simulations show that when considering the node buffer size constraints, compared with previous backbone-based multicast routing schemes, our proposed algorithm has better performance, and when the node’s residual buffer is insufficient, MBMA algorithm can significantly improve the performance of the backbone-based multicast routing scheme.     

Routing with multi-level cross-community social groups in mobile opportunistic networks

Mobile opportunistic networks (MONs) are intermittently connected networks, such as pocket switched networks formed by human-carried mobile devices. Routing in MONs is very challenging as it must handle network partitioning, long delays, and dynamic topology. Flooding is a possible solution but with high costs. Most existing routing methods for MONs avoid the costly flooding by selecting one or multiple relays to deliver data during each encounter. How to pick the “good” relay from all encounters is a non-trivial task. To achieve efficient delivery of messages at low costs, in this paper, we propose a novel group-based routing protocol in which the relay node is selected based on multi-level cross-community social group information. We apply a simple group formation method to both historical encounters (social relationships in physical world) and/or social profiles of mobile users (social relationships in social world) and build multi-level cross-community social groups, which summarize the wide range of social relationships among all mobile participants. Our simulations over several real-life data sets demonstrate the efficiency and effectiveness of the proposed method by comparing it with several existing MON routing schemes.     

电力通信网络中负载均衡的路由协议

在电力通信网络中,负载均衡能够减少瓶颈节点的过载情况,有助于提升电力通信系统的可靠性和网络资源利用率。针对电力通信网络独特的结构与流量特征,提出一种确定性路由与机会路由相结合的负载均衡的路由协议。每个节点从以自己为中心的区域中选出候选节点集合负责转发数据包,候选节点依据局部的准确代价与远处的估计代价划分优先级并决定转发概率。与负载均衡优先的开放最短路径优先（LBA-OSPF）协议相比,节点平均负载降低了32.3%,端到端时延减少了50.3%。     

一种基于网络编码的无线网络机会路由算法

机会路由和网络编码是近几年出现的两项新技术,它们能使有损网络达到较高的吞吐量.然而,已有的研究两者大多是分离的,这样不能同时发挥两者的优势.提出了一种基于网络编码的无线网络机会路由算法- MinACK( Minimum ACKnowledgement),它结合了机会路由和网络编码各自的优势,能够在网络中同时传输多个段的...     

基于异或运算的机会网络高效转发策略

通过对机会网络中节点传递信息的方式进行研究分析,遍历可以通信的邻居节点,将两节点的信息作比较。通过交集的形式,选择节点中携带信息异或程度最大的邻居节点作为下一跳进行信息传递,从而形成一条有效性最大的通信路径。基于这样的分析过程,提出了一种基于异或运算的机会网络高效转发策略FSXO。通过与机会网络中的经典算法对比,仿真结果表明,FSXO策略能够在高传输成功率的情况下,减少网络中无效数据副本的存在,从而有效地降低路由开销,减少资源的消耗。     

软件定义空基骨干网中的编码感知机会路由方案

为保障空基通信任务的高效实施,针对软件定义空基骨干网中路由信息交互时存在的时延、开销以及可靠性方面的不足,提出一种改进的兼具软件定义与网络编码优势的CAOR-SD方案。该方案在沿用编码感知机会路由基本思想的前提下,将节点距离与编码收益综合考虑构造转发消耗函数进行候选转发节点优先级的分配,从而提高网络传输效率;同时对控制报文的反馈机制和节点的流表结构进行设计,控制开销有效降低。仿真结果表明,该路由方案可较好地适应空基通信场景,能够降低传输时延和路由开销,提高网络吞吐量和数据成功传输率。     

基于朋友关系变迁演化的社区划分算法

机会网络中的节点大多是由人携带的具有短距离无线通信能力的设备,因此节点具有人的社会属性,机会网络也具有社区特性。而现有的社区划分算法多数来源于社会网络,不能直接用于节点稀疏、网络拓补结构不断不化、节点的计算和存储资源有限的机会网络中。本文通过提出节点的朋友关系,利用节点自身的相遇历史信息,将网络划分为不同的朋友社区。在两种不同数据集下的实验结果表明朋友社区的划分可有效减低路由开销,同时保持较高的传输成功率。     

一种基于社区机会网络的消息传输算法

由人携带的具有短距离通信接口的移动设备所组成的网络具有社区性质.当前机会网络中主流的多拷贝路由算法并没有考虑到节点的社区性质,如果将这些算法直接应用到社区机会网络中会造成传输延迟大、消息丢失率高等问题.针对这些问题,提出了一种基于社区机会网络的消息传输算法(CMTS),能够根据节点之间的通信频繁程度,自动将节点划分成不同的社区,自适应地控制消息的拷贝数量并依靠活跃节点将消息传输到目标社区.仿真结果表明,在延迟要求宽松的社区机会网络中,与Spray and Focus算法相比,CMTS算法能够在保证较高消息传输成功率的同时,减少了约20%的消息转发次数,有效地降低了网络资源的消耗.