本文關(guān)鍵詞：生物啟發(fā)的多徑優(yōu)化傳輸模型與方案研究　出處：《北京科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的迅速增加和新業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn),網(wǎng)絡(luò)流量極速膨脹。但是,由于缺乏有效的管理和控制,互聯(lián)網(wǎng)流量分布不平衡的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重,成為影響網(wǎng)絡(luò)性能的一個(gè)重要因素。多路徑傳輸作為一種具有平衡網(wǎng)絡(luò)流量、提高傳輸健壯性和改善網(wǎng)絡(luò)傳輸效率等優(yōu)勢(shì)的技術(shù),正引起越來(lái)越多研究人員的關(guān)注。本論文借鑒生物系統(tǒng)中的一些生物數(shù)學(xué)模型,比如,模擬大腸桿菌在動(dòng)態(tài)營(yíng)養(yǎng)環(huán)境中新陳代謝行為的適應(yīng)的吸引子選擇模型和描述生態(tài)系統(tǒng)中物種種群數(shù)量動(dòng)態(tài)平衡變化的物種競(jìng)爭(zhēng)模型(如Lotka-Volterra模型)等,對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)(wireless sensor networks,WSN)、有線網(wǎng)和multihomed網(wǎng)絡(luò)中的多路徑傳輸進(jìn)行了深入的研究,主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括：(1)提出了一個(gè)受大腸桿菌新陳代謝行為啟發(fā)的適應(yīng)的WSN多路徑選擇模型。針對(duì)WSN網(wǎng)絡(luò)多路徑傳輸中貪婪路徑選擇總是引發(fā)每對(duì)源目的地傳感節(jié)點(diǎn)之間傳輸路徑的頻繁變化,并容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不可預(yù)知的擁塞和包重排序問(wèn)題,為此提出了一個(gè)WSN多路徑選擇模型。此模型使用重新設(shè)計(jì)的多吸引子方程來(lái)模擬WSN多路徑傳輸中適應(yīng)的路徑選擇過(guò)程。在此方程中,提出了表達(dá)多路徑傳輸對(duì)動(dòng)態(tài)WSN網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)優(yōu)度公式,此優(yōu)度表達(dá)參數(shù)叫做路徑活躍度(path-activity)。首次為多吸引子方程推導(dǎo)了一個(gè)帶有噪聲項(xiàng)的吸引子解析式,以具體指明噪聲對(duì)路徑選擇過(guò)程的隨機(jī)影響。通過(guò)調(diào)整OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真器中的單路徑路由協(xié)議AODV(ad hoc on-demand distance vector routing)，建立了多路徑AODV協(xié)議。為了獲取路徑質(zhì)量和計(jì)算路徑活躍度,在多路徑AODV協(xié)議中設(shè)計(jì)了一個(gè)路徑質(zhì)量探測(cè)方案。仿真結(jié)果表明,在設(shè)定的WSN仿真場(chǎng)景中,提出的模型比貪婪路徑選擇方案能更好的降低平均網(wǎng)絡(luò)延遲和減少路徑振蕩率。(2)提出了一個(gè)基于適應(yīng)吸引子選擇模型的OSPF(open shortest path first)路徑選擇方案。由于當(dāng)前IP(Internet protocol)路由器僅支持等價(jià)多路徑傳輸模式(equal cost multipath),并且其只能隨機(jī)的選擇傳輸路徑或在等價(jià)路徑上均勻的分配流量,所以,提出此受適應(yīng)的大腸桿菌新陳代謝行為啟發(fā)的OSPF路徑選擇方案。在IP網(wǎng)絡(luò)層中設(shè)計(jì)了一個(gè)路徑選擇器,主要用于實(shí)現(xiàn)提出方案的實(shí)時(shí)路徑選擇所需的實(shí)時(shí)路徑質(zhì)量探測(cè)和路由更新等必要功能。通過(guò)將路徑選擇器嵌入到OPNET仿真器的OSPF協(xié)議中,搭建了基于FTP(file transfer protocol)服務(wù)的IP網(wǎng)絡(luò)仿真場(chǎng)景。仿真結(jié)果顯示,在一定IP網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景和仿真參數(shù)設(shè)定下,與貪婪路徑選擇方案和均勻隨機(jī)路徑選擇方案相比,提出的方案可更好的降低FTP服務(wù)的文件傳輸時(shí)間、丟包率和吞吐量。(3)提出了一個(gè)基于Lotka-Volterra生物競(jìng)爭(zhēng)模型的CMT(concurrent multipath transfer)流量分配方案,用于優(yōu)化multihomed網(wǎng)絡(luò)多路徑傳輸中的流量適應(yīng)分配。在nultihomed網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中,總結(jié)了兩種網(wǎng)絡(luò)資源競(jìng)爭(zhēng)模式,一個(gè)是多個(gè)源目的地流對(duì)共享路徑帶寬的競(jìng)爭(zhēng),另一個(gè)是multihomed源目的地對(duì)之間多路徑對(duì)流量的競(jìng)爭(zhēng)。根據(jù)這兩種競(jìng)爭(zhēng)模式,重新設(shè)計(jì)了兩個(gè)基于Lotka-Volterra模型的網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)模型。為了將兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)模型應(yīng)用到multihomed網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,建立了一個(gè)用于嵌入流量分配方案的流量分布器�；诖肆髁糠植计�,在OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真器中對(duì)比了提出方案與其他三個(gè)方案對(duì)FTP業(yè)務(wù)的傳輸性能的影響,如均勻流量分配方案、貪婪路徑選擇方案和均勻隨機(jī)路徑選擇方案。經(jīng)測(cè)試,在配置的multihomed網(wǎng)絡(luò)仿真場(chǎng)景下,提出的方案可更好的減少文件傳輸時(shí)間和提高吞吐量。本文嘗試深入的從生物領(lǐng)域?qū)ふ腋纳贫嗦窂絺鬏斝阅芎托实难芯磕Ｐ秃图夹g(shù)方案,有助于緩解當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)發(fā)展遇到的各種問(wèn)題,如動(dòng)態(tài)性、生存性和異構(gòu)性等,為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)和下一代Internet設(shè)計(jì)提供科學(xué)的參考。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP393.06

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本文編號(hào)：1354833