本文關(guān)鍵詞：基于元胞學(xué)習(xí)自動機(jī)的機(jī)會網(wǎng)絡(luò)路由算法研究

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【摘要】：近年來,為了解決在網(wǎng)絡(luò)被頻繁分裂成多個(gè)不同子網(wǎng)的極端環(huán)境下的消息通信問題,在已有移動自組網(wǎng)(Mobile Ad-hoc Networks,MANETs)的基礎(chǔ)上提出了機(jī)會網(wǎng)絡(luò)(Opportunistic Networks)的概念,并被廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜場景中,例如,災(zāi)難救助、野生動物追蹤、交通網(wǎng)絡(luò)等。機(jī)會網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是間歇性的節(jié)點(diǎn)連接,比較大的消息傳輸延遲,經(jīng)常性的傳輸中斷。不同于傳統(tǒng)的MANETs,在機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中消息傳輸路徑上不會始終存在端到端的連接,如何在這種情況下進(jìn)行消息的路由轉(zhuǎn)發(fā)引起了研究者們極大的興趣和關(guān)注,并提出了存儲-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)的新型路由方式。為了刻畫機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動態(tài)性、節(jié)點(diǎn)相遇的隨機(jī)性,引入元胞學(xué)習(xí)自動機(jī)(Cellular Learning Automata,CLA)理論來刻畫機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中移動節(jié)點(diǎn)之間通過相互作用、互相影響、互相協(xié)助完成網(wǎng)絡(luò)中消息的路由轉(zhuǎn)發(fā)過程。通過對網(wǎng)絡(luò)中研究對象定義相應(yīng)的狀態(tài)和動作,使之和元胞學(xué)習(xí)自動機(jī)中的元胞狀態(tài)和動作空間一一對應(yīng),利用元胞學(xué)習(xí)自動機(jī)可以根據(jù)周圍隨機(jī)環(huán)境狀態(tài)自動調(diào)整自身動作的概率,從而作出當(dāng)前狀態(tài)下最優(yōu)策略的特點(diǎn),達(dá)到提升機(jī)會網(wǎng)絡(luò)路由算法性能的目的。論文的主要工作概括如下;(1)提出了一種基于動態(tài)不規(guī)則元胞多學(xué)習(xí)自動機(jī)的擁塞控制策略,利用元胞學(xué)習(xí)自動機(jī)和周圍鄰居交互來更新動作概率的方法,根據(jù)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)和所有鄰居節(jié)點(diǎn)上對相同消息的存儲情況,刻畫局部網(wǎng)絡(luò)中消息的分布和狀態(tài)。當(dāng)機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)由于存儲空間不足而產(chǎn)生擁塞時(shí),按照當(dāng)前量化的消息丟棄概率對消息進(jìn)行丟棄處理。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明,相比已有的根據(jù)節(jié)點(diǎn)和消息自身狀態(tài)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)擁塞控制的方法,所提出的擁塞控制策略,可以有效地提高消息的投遞成功率,降低網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載率和端到端的傳輸延遲。(2)提出了一種能量均衡的節(jié)點(diǎn)緩存管理策略,根據(jù)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前所處局部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中能量的使用情況,制定相應(yīng)的規(guī)則來動態(tài)地調(diào)整各自節(jié)點(diǎn)上所要接收消息的門限閾值。當(dāng)節(jié)點(diǎn)緩存空間溢出時(shí),只接收符合當(dāng)前門限范圍內(nèi)消息,從而有效地降低了在局部范圍內(nèi)相對靜止的節(jié)點(diǎn)之間由于頻繁乒乓傳輸相同消息造成的能量浪費(fèi)。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明,提出的緩存管理策略提升了消息的投遞成功率,降低了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載率,改善了節(jié)點(diǎn)的剩余能量和節(jié)點(diǎn)剩余能量之間的標(biāo)準(zhǔn)差,從而延長網(wǎng)絡(luò)壽命,保證了網(wǎng)絡(luò)連通性。(3)提出了一種基于元胞學(xué)習(xí)自動機(jī)的機(jī)會網(wǎng)絡(luò)路由算法,綜合考慮了存儲-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)路由模式中各個(gè)階段的因素。在存儲過程中計(jì)算了消息的投遞概率并按照消息的丟棄概率進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的擁塞控制;在攜帶過程中通過設(shè)定節(jié)點(diǎn)接收消息的門限閾值來均衡節(jié)點(diǎn)之間的能量消耗;在轉(zhuǎn)發(fā)過程中估算節(jié)點(diǎn)之間的連接持續(xù)時(shí)間來減少消息碎片對節(jié)點(diǎn)能量的浪費(fèi)。通過ONE仿真環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)表明,提出的路由算法能夠有效提升機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中消息投遞成功率、降低消息投遞延遲、均衡節(jié)點(diǎn)之間的能量消耗,從而提升網(wǎng)絡(luò)整體性能。(4)提出了 一種自適應(yīng)的n-Epidemic路由算法,動態(tài)地根據(jù)節(jié)點(diǎn)和所有鄰居節(jié)點(diǎn)組成的局部環(huán)境中能量的使用情況對算法中的參數(shù)n進(jìn)行調(diào)整�？梢詼p緩機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中n-Epidemic路由算法采用靜態(tài)參數(shù)n時(shí),造成的網(wǎng)絡(luò)中不同活躍度節(jié)點(diǎn)在能量消耗方面不均衡的現(xiàn)象�；贠NE的仿真實(shí)驗(yàn)表明,根據(jù)節(jié)點(diǎn)和鄰居節(jié)點(diǎn)剩余能量情況來各自獨(dú)立地動態(tài)調(diào)整參數(shù)n的自適應(yīng)n-Epidemic路由算法,能夠更好地滿足節(jié)點(diǎn)對能量適應(yīng)性的要求,均衡網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點(diǎn)之間的能量消耗,有效地延長了節(jié)點(diǎn)的使用壽命。本文從機(jī)會網(wǎng)絡(luò)存儲-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)的消息路由機(jī)制出發(fā),利用動態(tài)不規(guī)則元胞學(xué)習(xí)自動機(jī)理論來刻畫機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)獨(dú)立移動、節(jié)點(diǎn)資源有限、節(jié)點(diǎn)間歇連通的特性,提出了一系列基于元胞學(xué)習(xí)自動機(jī)的路由模型和算法,完善和豐富了機(jī)會網(wǎng)絡(luò)路由問題的研究方法。通過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出方法的有效性,并且設(shè)計(jì)的算法和已有算法有良好的兼容性,具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.5

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