基于馬爾可夫相遇時間間隔的延遲容忍網絡路由策略論文
摘 要：在延遲容忍網絡中，節點間的連接具有間斷性和未知性，源節點和目的節點間不存在完整的通信路徑，使得節點僅能通過移動獲得的通信機會對待轉發消息進行轉發，易導致其轉發成功率較低。對此，本文提出了基于馬爾可夫相遇時間間隔預測的擁塞控制策略(CCSMP)主要是通過規定節點緩存的排隊方式和丟棄機制，將預測得到的較早與目的節點相遇的報文排于隊首，盡可能丟棄效用值較低的報文，進而解決由于節點緩存有限而帶來的擁塞問題。
關鍵詞：延遲容忍網絡 CCSMP 通信路徑
隨著延遲容忍網絡的興起，以存儲-攜帶-轉發的方式轉發消息的方式通常被利用在此種網絡之中。當節點擁有待轉發消息，但節點并沒有和其他節點進行連接時，將消息暫時存儲在本地緩存當中，直到節點和其他并未存儲該消息的節點進行連接;若所遇節點有利于將該消息轉發到目的節點，則將該消息轉發給所遇節點[1]。利用此種方式的基礎轉發策略有單副本、多副本和編碼副本等。以往的延遲容忍網絡路由策略，如Epidemic路由機制，利用節點的相遇機會泛洪消息副本。雖然這種泛洪機制可以使消息在最短的時間內到達目標節點，但是產生的消息副本數量大，網絡易發生擁塞，導致網絡資源的浪費[2]。而利用相遇概率的有選擇性的類單副本轉發機制，如PRoPHET路由機制[3]，利用統計節點相遇概率的方法，有選擇性的發送消息副本，減少網絡資源的浪費。但可能錯失一些轉發機會，增大了傳輸時延。
利用節點相遇機會與相遇概率的轉發機制，為設計延遲容忍網絡路由提供了一個新思路。本文提出了基于馬爾可夫[4]相遇時間間隔預測的擁塞控制策略，該策略應用馬爾可夫模型對攜帶報文的源節點和該報文的目的節點之間的相遇時間間隔序列進行預測，在預測出緩存的報文中哪一個最有可能最早遇到其目的節點之后，通過模型將這種可能性量化，進而通過量化值結合報文剩余生命期(TTL)對其進行緩存排序，提出一種新的擁塞控制方法中的排隊策略。根據報文在網絡中已經復制或者傳遞的次數確定該報文已經交付到目的節點的可能性，根據剩余TTL值確定該報文未來可能交付到目的節點的可能性，再根據馬爾可夫模型預測到的時間間隔即可確定報文下幾跳到達目的節點的可能性，結合這三種可能性確定報文在緩存中的丟棄策略，最后將排隊策略和丟棄策略結合應用到節點緩存的管理中，即得到本文所述的基于馬爾可夫相遇時間間隔預測的擁塞控制策略。
1 馬爾可夫模型統計條件相遇時間間隔
在某些含有興趣節點的場景中，比如校園網絡中學生經常出現在教學樓，食堂和宿舍，這些節點間的相遇并不是偶然的，或者說節點之間相遇的時間間隔存在著一種內在規律，因此他們可以通過馬爾可夫模型統計以往的時間間隔序列來預測下一個時間間隔的大致范圍，這樣就能夠盡可能準確地找到緩存中有可能最早交付的報文。
節點間的相關性不僅體現在直接相遇次數和相遇時間上。節點的移動行為往往受其他因素的影響。例如：在現實生活中，人與人之間的交往，使得每個人都不是孤立存在的，必然與其他人產生相關性。這種相關性，可通過節點間的條件相遇歷史信息估測。以下給出利用節點間的條件相遇歷史信息預測節點相遇情況的理論依據。已有的估計方法中，大多數通過相遇頻率、總的或者平均接觸時間和平均斷開時間來評估節點對間的鏈路質量，然而這些參數都不能夠準確的表示節點間的轉發概率。
圖1中的陰影區域表示在節點i和j時間間隔T內的相遇持續時間。在a和b兩種情況下，相遇頻率相同而b中相遇持續時間明顯高于a。因此，b情況能夠提供更好的通信服務。相比較b與c，相遇持續時間相同而頻率不同，顯然頻率更高的c具有更高的轉發概率。因此，進根據相遇頻率和總的持續時間來評估節點轉發能力是不科學的。在c和d情況下的相遇頻率和總的持續時間都相同，然而c因為更加均勻的接觸，使其比d更加勝任消息的轉發�？傊�，僅僅依靠這些參數難以全面的估計節點轉發數據的能力，因此需要設計更好的度量指標來準確估計節點轉發數據能力[5]。
2 相應路徑計算方法
傳統的最短路徑策略僅憑借節點之間的通信距離選擇最佳通信路徑;但此種方法僅適用于傳統網絡。在網絡拓撲動態變化的延遲容忍網絡中，最佳通信路徑受限于節點連接時間，節點移動速度等客觀因素。選擇合適的通信路徑是延遲容忍網絡的研究重點。由于馬爾可夫相遇時間間隔可較為準確的體現節點之間的相關性，因此，利用該相遇時間間隔作為選擇最短路徑的依據，從而動態選擇中繼節點，組成最優通信路徑。
其中， 表示兩節點的連接緊密程度，連接緊密程度越大，其轉發消息的成功率越大。
由公式可選出節點間的最短路徑，待轉發消息通過分布式的轉發模式，逐步轉發到目的節點，實現延遲容忍網絡中的通信，從而減少不必要的中繼轉發次數，降低網絡中冗余副本的數量和傳輸時延。
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