機會網絡概述


一、自組織網絡

1.移動自組織(Ad-Hoc)網絡是一種多跳的臨時性自治系統,這種網絡沒有固定的路由器,網絡中的節點可隨意移動並能以任意方式相互通信。   

2.網絡中的各個節點不需要直接連接,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點之間傳送信息。     

3.自組織網絡的問題:

(1)節點移動、節點稀疏、射頻關閉或障礙物造成信號衰減等多種原因都可能導致網絡大多數時候不能連通。

(2)傳統的MANET(mobile ad hoc network)在傳輸用戶數據之前,需要預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:網絡大部分時候是連通的,任一節點對之間存在至少一條完整的端到端通信路徑。

(3)MANET路由協議不能發現去往目標節點的路由。

二、機會網絡

1.由於節點的移動,兩個節點可以進入相互通信范圍而交換數據。

2.描述性定義:機會網絡是一種不需要源節點和目標節點之間存在完整鏈路,利用節點移動帶來的相遇機會實現通信的自組織網絡。

3.不要求網絡的全連通,更適合實際的自組網需求。

4.機會網絡以“存儲-攜帶-轉發”的路由模式實現節點間通信。

 

 
機會網絡示意圖

三、延遲容忍網絡

1.機會網絡的部分概念來源於早期的延遲容忍網絡DTN(delay tolerant network)的研究。

2.DTN網絡體系由多個底層運行獨立通信協議的DTN域組成,域間網關利用“存儲-轉發”的模式工作,當去往目標DTN域的鏈路存在時轉發消息,否則,將消息存儲在本地持久存儲器中等待可用鏈路。

3.機會網絡可以看成是具有一般DTN網絡特征的無線自組網。

四、手持設備組網

1.劍橋大學和intel研究院提出的PSN(pocket switched network)是由人隨身攜帶的手持設備形成的機會網絡。

2.每個設備節點既可以通過人們相遇帶來的局部通信機會。

3.當目標節點位於當前節點附近區域或不能接入Internet,或者用戶應用需要很高的帶寬和很小的延遲時,局部連接能比全局連接提供更好的服務。

五、車載網絡

1.CarTel 是MIT開發的基於車輛傳感器的信息收集和發布系統,能夠用於環境監測、路況收集、車輛診斷和路線導航等。

2.安裝在車輛上的嵌入式CarTel節點,負責收集和處理車輛上多種傳感器采集的數據,包括車輛運行信息和道路信息等。

3.使用WIFI或藍牙等通信技術,CarTel節點在車輛相遇時可以直接交換數據,同時,CarTel節點也可以通過路邊的無線接入點將數據發送到internet上的服務器。

六、偏遠地區網絡傳輸

1.DakNet是由MIT開發、部署在印度偏遠地區提供互聯網服務的機會網絡。

2.DakNet包括:部署在村庄的Kiosk設備、公交車輛上的MAP(mobile access points)設備以及部署在城鎮的互聯網AP設備,這些設備之間使用Wi-Fi接口通信。

3.村民通過PDA(Personal Digital Assistant)與Kiosk設備交換數據;往返農村和城鎮的公交車經過Kiosk設備附近時,MAP和Kiosk設備交換數據,當公交車到達城鎮時,MAP通過AP連接到互聯網上傳或下載數據。

七、機會網絡研究的熱點問題

機會轉發機制、節點移動模型、基於機會通信的數據分發和檢索

1.機會轉發機制

● 以“存儲-攜帶-轉發”的模式工作。

● 當路由表中不存在去往目標節點的下一跳節點時,將消息在當前節點上緩存,並隨着當前節點的移動以等待合適的轉發機會。

● 針對每個消息確定最好的下一跳轉發節點和選擇合適的轉發時機就成為設計高效機會網絡路由協議的關鍵問題。 

(1)基於復制的轉發

▶ 同一消息的多份拷貝被注入網絡,當其中一個到達目標節點時,消息傳輸成功。其核心問題是確定優化的消息拷貝數和產生消息拷貝的方式。

直接傳輸(direct transmission,簡稱 DT),源節點緩存消息直到遇到目標節點才轉發。源節點將消息拷貝給最先遇到的 L 個中繼節點,源節點和 L 個中繼節點只將消息轉發給目標節點。網絡開銷最小,但傳輸延時大和傳輸成功率最低。

▶ Binary Spray and Wait在源節點指定消息允許的最大拷貝數為L,並使用基於二叉樹的方法來產生L份拷貝。

該機制由兩個階段組成:Spray階段,在遇到沒有緩存該消息的中繼節點時,將消息拷貝給節點,並將剩下的拷貝任務分成兩半,由該鄰居節點完成[(L−1)/2],自身完成剩下的部分[(L−1)/2],當節點剩下1份拷貝任務時,節點轉入Wait階段,等待轉發給目標節點。

▶ 在傳染轉發(epidemic forwarding,簡稱 EF)機制中,每個節點維護一個消息隊列,當兩個節點相遇時,交換對方沒有存儲的消息。

它本質上是一種洪泛算法,每個攜帶消息的節點都將消息轉發給所有遇到的鄰居節點。如果網絡的帶寬和緩存等資源足夠,EF 機制可以保證找到到達目標節點的最短路徑,而由於實際網絡節點帶寬和緩存等資源有限,隨着網絡節點數的增大,其性能由於廣播導致的擁塞會急劇下降。相比前幾種消息拷貝數固定的算法,EF 機制可擴展性很差。

(2)基於編碼的轉發

基於編碼的轉發機制將待傳輸數據編碼成相互冗余的消息,目標節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據。

基於擦除編碼(erasure-coding,簡稱 EC)的機會轉發機制:源節點先將原始數據分成 m 個塊,然后將這些數據塊編碼成 k 個小消息。目標節點只需要接收到 k 個消息中的任意 m×(1+ε)個小消息就可重建原始數據,ε是由具體編碼算法確定的小常數。

該機制中源節點將編碼后的小消息平均分配給 k 個相遇的中繼節點,每個中繼節點攜帶部分小消息直到遇到目標節點。

(3)基於相遇預測的轉發

在基於相遇預測的機會轉發機制中,每個節點都維持一個與目標節點相遇的預測概率。可以通過節點的歷史移動軌跡來預測該概率。

在 ZebraNet提出的基於移動歷史的轉發機制中,每個動物身上的傳感器節點維持了一個到達基站的概率,當傳感器隨動物移動到基站通信范圍內時,該概率值增加,否則,該概率值隨時間的推移而逐漸降低。

當兩個傳感器節點相遇時,概率低的節點將自身消息轉發給概率高的傳感器節點。

(4)冗余效用混合轉發

與ZebraNet 機制相似,每個節點估計到達其他節點的相遇概率,該節點相遇時升高,否則,隨時間遞減。

但概率的更新使用了概率的傳遞性,即節點a有可能遇到節點b,而b有可能遇到節點 c,則 a 可以成為目標節點為c 的消息轉發節點。

節點相遇時,將到達目標節點概率比自身高且對方沒有緩存的消息傳輸給對方,降低了傳染轉發廣播引起的擁塞導致的性能影響。

(5)基於節點主動運動的轉發

部分特殊節點主動移動為其他普通節點提供通信服務。

系統通過引入移動節點來實現稀疏傳感器網絡的數據收集。

系統利用場景中移動且具備通信功能的車輛或動物節點,在移動過程中收集傳感器數據,並以單跳或多跳方式將數據轉發到接入骨干網的 AP 節點。

注:此篇為學習筆記,內容參考PPT《機會網絡綜述》


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