機會網(wǎng)絡(luò)綜述ppt課件

1、機會網(wǎng)絡(luò)綜述機會網(wǎng)絡(luò)綜述唐作用2019.4.18自組織網(wǎng)絡(luò)自組織網(wǎng)絡(luò)l移動自組織(Ad-Hoc)網(wǎng)絡(luò)是一種多跳的臨時性自治系統(tǒng)，這種網(wǎng)絡(luò)沒有固定的路由器，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點可隨意移動并能以任意方式相互通信。l網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點不需要直接連接，而是能夠通過中繼的方式，在兩個距離很遠而無法直接通信的節(jié)點之間傳送信息。lIEEE在開發(fā)802.11標(biāo)準(zhǔn)時，提出Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)的名稱，也即今天我們常說的移動自組織網(wǎng)絡(luò)。 自組織網(wǎng)絡(luò)的問題自組織網(wǎng)絡(luò)的問題l節(jié)點移動、節(jié)點稀疏、射頻關(guān)閉或障礙物造成信號衰減等多種原因都可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)時候不能連通。l傳統(tǒng)的 MANET(mobile ad hoc network)

2、在傳輸用戶數(shù)據(jù)之前，需要預(yù)先建立通信端點之間的路由。這種工作模式隱含一個重要的假設(shè)：網(wǎng)絡(luò)大部分時候是連通的，任一節(jié)點對之間存在至少一條完整的端到端通信路徑。lMANET 路由協(xié)議不能發(fā)現(xiàn)去往目標(biāo)節(jié)點的路由。機會網(wǎng)絡(luò)機會網(wǎng)絡(luò)l由于節(jié)點的移動，兩個節(jié)點可以進入相互通信范圍而交換數(shù)據(jù)。l描述性定義：機會網(wǎng)絡(luò)是一種不需要源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點之間存在完整鏈路，利用節(jié)點移動帶來的相遇機會實現(xiàn)通信的自組織網(wǎng)絡(luò)。l不要求網(wǎng)絡(luò)的全連通，更適合實際的自組網(wǎng)需求。機會網(wǎng)絡(luò)示意圖機會網(wǎng)絡(luò)示意圖l以“存儲-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)的路由模式實現(xiàn)節(jié)點間通信。延遲容忍網(wǎng)絡(luò)延遲容忍網(wǎng)絡(luò)機會網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用機會網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用l 野生動物追蹤l 手持設(shè)備組

3、網(wǎng)l 車載網(wǎng)絡(luò)l 偏遠地區(qū)網(wǎng)絡(luò)傳輸野生動物追蹤野生動物追蹤lZebraNet是一個由普林斯頓大學(xué)設(shè)計，用來追蹤非洲草原斑馬的機會網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。l由安裝在斑馬脖子上的低功耗傳感器和移動基站組成。l傳感器收集斑馬的遷徙數(shù)據(jù)，并與相遇的斑馬傳感器交換數(shù)據(jù)，研究人員定期開車攜帶移動基站穿越追蹤區(qū)域收集數(shù)據(jù)。 手持設(shè)備組網(wǎng)手持設(shè)備組網(wǎng)l劍橋大學(xué)和Intel研究院提出的PSN(pocket switched network)是由人隨身攜帶的手持設(shè)備形成的機會網(wǎng)絡(luò)。l每個設(shè)備節(jié)點既可以通過人們相遇帶來的局部通信機會。l當(dāng)目標(biāo)節(jié)點位于當(dāng)前節(jié)點附近區(qū)域或不能接入 Internet，或者用戶應(yīng)用需要很高的帶寬和很小的

4、延遲時，局部連接能比全局連接提供更好的服務(wù)。 車載網(wǎng)絡(luò)車載網(wǎng)絡(luò)lCarTel是 MIT 開發(fā)的基于車輛傳感器的信息收集和發(fā)布系統(tǒng)，能夠用于環(huán)境監(jiān)測、路況收集、車輛診斷和路線導(dǎo)航等。l安裝在車輛上的嵌入式 CarTel 節(jié)點，負責(zé)收集和處理車輛上多種傳感器采集的數(shù)據(jù)，包括車輛運行信息和道路信息等。l使用 Wi -Fi 或 藍牙等通信技術(shù)，CarTel 節(jié)點在車輛相遇時可以直接交換數(shù)據(jù)，同時，CarTel 節(jié)點也可以通過路邊的無線接入點將數(shù)據(jù)發(fā)送到Internet 上的服務(wù)器。 偏遠地區(qū)網(wǎng)絡(luò)傳輸偏遠地區(qū)網(wǎng)絡(luò)傳輸lDakNet是由MIT開發(fā)、部署在印度偏遠地區(qū)提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的機會網(wǎng)絡(luò)。lDakNet

5、包括：部署在村莊的Kiosk設(shè)備、公交車輛上的MAP(mobile access points)設(shè)備以及部署在城鎮(zhèn)的互聯(lián)網(wǎng)AP設(shè)備，這些設(shè)備之間使用Wi-Fi接口通信。l村民通過PDA(Personal Digital Assistant)與Kiosk設(shè)備交換數(shù)據(jù)；往返農(nóng)村和城鎮(zhèn)的公交車經(jīng)過Kiosk設(shè)備附近時，MAP和Kiosk設(shè)備交換數(shù)據(jù)，當(dāng)公交車到達城鎮(zhèn)時，MAP通過AP連接到互聯(lián)網(wǎng)上傳或下載數(shù)據(jù)。機會網(wǎng)絡(luò)研究的熱點問題機會網(wǎng)絡(luò)研究的熱點問題l轉(zhuǎn)發(fā)機制l節(jié)點移動模型l基于機會通信的數(shù)據(jù)分發(fā)和檢索 機會轉(zhuǎn)發(fā)機制機會轉(zhuǎn)發(fā)機制l以“存儲-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)的模式工作。l當(dāng)路由表中不存在去往目標(biāo)節(jié)點的下

6、一跳節(jié)點時，將消息在當(dāng)前節(jié)點上緩存，并隨著當(dāng)前節(jié)點的移動以等待合適的轉(zhuǎn)發(fā)機會。l針對每個消息確定最好的下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點和選擇合適的轉(zhuǎn)發(fā)時機就成為設(shè)計高效機會網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的關(guān)鍵問題?；趶?fù)制的轉(zhuǎn)發(fā)基于復(fù)制的轉(zhuǎn)發(fā)1）l同一消息的多份拷貝被注入網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)其中一個到達目標(biāo)節(jié)點時，消息傳輸成功。其核心問題是確定優(yōu)化的消息拷貝數(shù)和產(chǎn)生消息拷貝的方式。l直接傳輸(direct transmission,簡稱 DT)，源節(jié)點緩存消息直到遇到目標(biāo)節(jié)點才轉(zhuǎn)發(fā)。源節(jié)點將消息拷貝給最先遇到的 L 個中繼節(jié)點，源節(jié)點和 L 個中繼節(jié)點只將消息轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)節(jié)點。網(wǎng)絡(luò)開銷最小，但傳輸延時大和傳輸成功率最低?；趶?fù)制的轉(zhuǎn)發(fā)基于復(fù)制

7、的轉(zhuǎn)發(fā)2）lBinary Spray and Wait在源節(jié)點指定消息允許的最大拷貝數(shù)為L，并使用基于二叉樹的方法來產(chǎn)生L份拷貝。l該機制由兩個階段組成：Spray階段，在遇到?jīng)]有緩存該消息的中繼節(jié)點時，將消息拷貝給節(jié)點，并將剩下的拷貝任務(wù)分成兩半，由該鄰居節(jié)點完成(L1)/2，自身完成剩下的部分(L1)/2，當(dāng)節(jié)點剩下1份拷貝任務(wù)時，節(jié)點轉(zhuǎn)入Wait階段，等待轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)節(jié)點。 基于復(fù)制的轉(zhuǎn)發(fā)基于復(fù)制的轉(zhuǎn)發(fā)3）l在傳染轉(zhuǎn)發(fā)(epidemic forwarding,簡稱 EF)機制中，每個節(jié)點維護一個消息隊列，當(dāng)兩個節(jié)點相遇時，交換對方?jīng)]有存儲的消息。l它本質(zhì)上是一種洪泛算法，每個攜帶消息的節(jié)點

8、都將消息轉(zhuǎn)發(fā)給所有遇到的鄰居節(jié)點。如果網(wǎng)絡(luò)的帶寬和緩存等資源足夠，EF 機制可以保證找到到達目標(biāo)節(jié)點的最短路徑，而由于實際網(wǎng)絡(luò)節(jié)點帶寬和緩存等資源有限，隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)的增大，其性能由于廣播導(dǎo)致的擁塞會急劇下降。相比前幾種消息拷貝數(shù)固定的算法，EF 機制可擴展性很差?；诰幋a的轉(zhuǎn)發(fā)基于編碼的轉(zhuǎn)發(fā)l基于編碼的轉(zhuǎn)發(fā)機制將待傳輸數(shù)據(jù)編碼成相互冗余的消息，目標(biāo)節(jié)點僅需要接收到部分編碼后的消息，即可通過消息之間的運算重建原數(shù)據(jù)。l基于擦除編碼(erasure-coding,簡稱 EC)的機會轉(zhuǎn)發(fā)機制：源節(jié)點先將原始數(shù)據(jù)分成 m 個塊，然后將這些數(shù)據(jù)塊編碼成 k 個小消息。目標(biāo)節(jié)點只需要接收到 k 個消息中

9、的任意 m(1+)個小消息就可重建原始數(shù)據(jù)，是由具體編碼算法確定的小常數(shù)。l該機制中源節(jié)點將編碼后的小消息平均分配給 k 個相遇的中繼節(jié)點，每個中繼節(jié)點攜帶部分小消息直到遇到目標(biāo)節(jié)點。基于相遇預(yù)測的轉(zhuǎn)發(fā)基于相遇預(yù)測的轉(zhuǎn)發(fā)l在基于相遇預(yù)測的機會轉(zhuǎn)發(fā)機制中，每個節(jié)點都維持一個與目標(biāo)節(jié)點相遇的預(yù)測概率。可以通過節(jié)點的歷史移動軌跡來預(yù)測該概率。l在 ZebraNet提出的基于移動歷史的轉(zhuǎn)發(fā)機制中，每個動物身上的傳感器節(jié)點維持了一個到達基站的概率，當(dāng)傳感器隨動物移動到基站通信范圍內(nèi)時，該概率值增加，否則，該概率值隨時間的推移而逐漸降低。l當(dāng)兩個傳感器節(jié)點相遇時，概率低的節(jié)點將自身消息轉(zhuǎn)發(fā)給概率高的傳感器

10、節(jié)點。冗余效用混合轉(zhuǎn)發(fā)冗余效用混合轉(zhuǎn)發(fā)l與ZebraNet 機制相似，每個節(jié)點估計到達其他節(jié)點的相遇概率，該節(jié)點相遇時升高，否則，隨時間遞減。l但概率的更新使用了概率的傳遞性，即節(jié)點a有可能遇到節(jié)點b，而b有可能遇到節(jié)點 c，那么 a 可以成為目標(biāo)節(jié)點為c 的消息轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。l節(jié)點相遇時，將到達目標(biāo)節(jié)點概率比自身高且對方?jīng)]有緩存的消息傳輸給對方，降低了傳染轉(zhuǎn)發(fā)廣播引起的擁塞導(dǎo)致的性能影響?；诠?jié)點主動運動的轉(zhuǎn)發(fā)基于節(jié)點主動運動的轉(zhuǎn)發(fā)l部分特殊節(jié)點主動移動為其他普通節(jié)點提供通信服務(wù)。l系統(tǒng)通過引入移動節(jié)點來實現(xiàn)稀疏傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收集。l系統(tǒng)利用場景中移動且具備通信功能的車輛或動物節(jié)點，在移動過程

11、中收集傳感器數(shù)據(jù)，并以單跳或多跳方式將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到接入骨干網(wǎng)的 AP 節(jié)點。機會網(wǎng)絡(luò)研究的熱點問題機會網(wǎng)絡(luò)研究的熱點問題l機會轉(zhuǎn)發(fā)機制l節(jié)點移動模型l基于機會通信的數(shù)據(jù)分發(fā)和檢索 節(jié)點移動模型節(jié)點移動模型l節(jié)點的移動模式，包括位置、速度等特征的變化。獨立同分布的理論移動模型獨立同分布的理論移動模型l相遇時間(meeting time,簡稱MT)是指兩個節(jié)點從靜止開始到第一次相遇(進入通信范圍)經(jīng)過的時間間隔。l相遇間隔時間(inter meeting time,簡稱 IMT) 是指兩個節(jié)點前后兩次相遇的時間間隔。l可證明節(jié)點期望相遇時間(expected meeting time)服從指數(shù)分布或

12、其尾部服從指數(shù)分布，相遇時間和相遇間隔時間的尾部分布是無記憶的。基于統(tǒng)計的實際移動模型基于統(tǒng)計的實際移動模型l實際節(jié)點的移動具有社區(qū)特性，節(jié)點相遇時間服從近似的冪律分布，而不是根據(jù)經(jīng)典移動模型推導(dǎo)出的指數(shù)分布。l這些成果證實了傳統(tǒng)的移動模型并不一定適用于實際節(jié)點的移動特征，但研究人員在對于使用何種分布的移動模型問題上一直存在爭議。機會網(wǎng)絡(luò)研究的熱點問題機會網(wǎng)絡(luò)研究的熱點問題l機會轉(zhuǎn)發(fā)機制l節(jié)點移動模型l基于機會通信的數(shù)據(jù)分發(fā)和檢索數(shù)據(jù)分發(fā)機制數(shù)據(jù)分發(fā)機制l在機會網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)過程中，請求節(jié)點首先發(fā)布訂閱請求或興趣消息，產(chǎn)生資源數(shù)據(jù)的節(jié)點將數(shù)據(jù)分發(fā)給感興趣的節(jié)點。lTACO-DTN是一個容忍延遲的內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由移動用戶、固定信息站和位于主干網(wǎng)的服務(wù)器組成，用戶在移動過程中向相遇的信息站發(fā)送訂閱請求，信息站通過間斷性連接將請求發(fā)送到主干網(wǎng)服務(wù)器，