機(jī)會網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)研究

摘 要：機(jī)會網(wǎng)絡(luò)由于節(jié)點(diǎn)流動性較大、數(shù)據(jù)時(shí)延長、資源有限等特點(diǎn)使得消息傳輸比較困難。機(jī)會網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)通過節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)布訂閱請求獲取感興趣的內(nèi)容，最終解決機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中的資源共享，目前已得到廣泛研究。但由于機(jī)會網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，現(xiàn)有的機(jī)會網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在很多問題。對已有的一些機(jī)會網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)進(jìn)行了分類研究，并列舉了近年來該領(lǐng)域中幾個比較有代表性的數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)。最后用表格分析了幾種數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)在不同方面的優(yōu)劣。

關(guān)鍵詞：機(jī)會網(wǎng)絡(luò)；分類；數(shù)據(jù)分發(fā)；社區(qū)

中圖分類號：TP212.9；TN929.5

機(jī)會網(wǎng)絡(luò)[1]是一種不需要源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間存在完整鏈路，利用節(jié)點(diǎn)移動帶來的相遇機(jī)會實(shí)現(xiàn)通信的自組織網(wǎng)絡(luò)。LucianaPelusi博士等人[2]提出，機(jī)會網(wǎng)絡(luò)利用節(jié)點(diǎn)移動形成的通信機(jī)會逐跳傳輸消息，以“存儲-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”的路由模式實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間通信。

目前數(shù)據(jù)分發(fā)[3]是機(jī)會網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)。數(shù)據(jù)分發(fā)中，數(shù)據(jù)的流動以節(jié)點(diǎn)的興趣驅(qū)動。數(shù)據(jù)分發(fā)旨在解決網(wǎng)絡(luò)資源的共享，節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)布自己的興趣，以期獲得感興趣的內(nèi)容。數(shù)據(jù)分發(fā)在P2P網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用，著名的如BT協(xié)議。機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，如智能手機(jī)或者PDA，可以從因特網(wǎng)下載豐富的資源，或者自身產(chǎn)生大量的多媒體數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的共享必然成為一種需求。因此，研究機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)在不借助傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的情況下，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源的共享，其必然有廣闊的應(yīng)用前景。

1 機(jī)會網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)的分類

1.1 基于網(wǎng)絡(luò)組織形式的數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)

基于網(wǎng)絡(luò)組織形式的數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)還可分為有基礎(chǔ)設(shè)施和無基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)分發(fā)。有基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)有Infostations、Ferries和DataMules。其主要思想是有特殊節(jié)點(diǎn)在指定的地理位置或按照預(yù)定的路徑移動，通過這些特殊節(jié)點(diǎn)進(jìn)行消息分發(fā)。

一般情況下，機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中要進(jìn)行通信的兩個節(jié)點(diǎn)之間不存在直接通信路徑，盡管如此，社會感知重疊[4]技術(shù)通過尋找中心節(jié)點(diǎn)在它們之間建立一個覆蓋網(wǎng)絡(luò)，中心節(jié)點(diǎn)是在每個社區(qū)最重要的節(jié)點(diǎn)，為了在網(wǎng)絡(luò)中選擇一個合適的中繼節(jié)點(diǎn)，該技術(shù)提出了節(jié)點(diǎn)中心度的概念，節(jié)點(diǎn)中心性是與其在網(wǎng)絡(luò)中的參與程度有關(guān)，節(jié)點(diǎn)中心度分為三種：結(jié)點(diǎn)中心度、緊密中心度和間距中心度。社會感知重疊使用的是緊密中心度，以保證所選擇的中繼節(jié)點(diǎn)能保持較高的消息傳遞率。

依靠基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)可能會增加維護(hù)成本和不穩(wěn)定性，尤其是在節(jié)點(diǎn)高流動性的機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中?？紤]到這些因素，機(jī)會網(wǎng)絡(luò)很多數(shù)據(jù)分發(fā)假設(shè)是無基礎(chǔ)設(shè)施的。文獻(xiàn)[5]提出在延遲容忍網(wǎng)絡(luò)中基于發(fā)布/訂閱模式的組播分發(fā)，該技術(shù)使用了基于推送的異步分發(fā)的交付模式，其基本思想是節(jié)點(diǎn)在機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中向鄰居節(jié)點(diǎn)復(fù)制包，通過多跳的存儲-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)的方式獲得束分發(fā)，并不依賴網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。文獻(xiàn)[7][8]提出一種基于社區(qū)的數(shù)據(jù)分發(fā)機(jī)制，它綜合考慮了數(shù)據(jù)的熱度，通過社會關(guān)系驅(qū)動數(shù)據(jù)分發(fā)，使分發(fā)的內(nèi)容可以及時(shí)到達(dá)感興趣的用戶，并且沒有過多使用網(wǎng)絡(luò)資源。

1.2 基于節(jié)點(diǎn)特征的數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)

由于機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)分發(fā)中是重要組成部分，根據(jù)節(jié)點(diǎn)特征提出了一種數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)的分類。節(jié)點(diǎn)特征分又可以分為節(jié)點(diǎn)狀態(tài)和節(jié)點(diǎn)交互性，節(jié)點(diǎn)狀態(tài)又可以分為有狀態(tài)、無狀態(tài)或混合狀態(tài)三類。

節(jié)點(diǎn)另一個重要特性就是交互性。根據(jù)節(jié)點(diǎn)交互特征可分為三類，第一為節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)；第二為內(nèi)容識別；第三為數(shù)據(jù)交換。

文獻(xiàn)[4]的節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)是通過具有藍(lán)牙和WIFI的移動設(shè)備實(shí)現(xiàn)，并有兩種模式，即單播和直連，前者類似于傳染路由，而后者則提供了更直接的通信機(jī)制，如WIFI接入點(diǎn)；在數(shù)據(jù)交換階段，通過中心度值與時(shí)間戳列表，社區(qū)中繼節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)接近中心度變化后，訂閱列表進(jìn)行更新，然后將更新發(fā)送到所有的中繼節(jié)點(diǎn)。

1.3 基于內(nèi)容特征的數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)

機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中一個重要方面就是共享用戶移動設(shè)備上的內(nèi)容。用戶在移動設(shè)備上內(nèi)容可能是其他用戶所感興趣，然而內(nèi)容的發(fā)送者和使用者之間可能并沒有直接聯(lián)系，因此這種機(jī)會的數(shù)據(jù)分發(fā)方式是必要的，根據(jù)內(nèi)容特征可以對數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)分類。

內(nèi)容特征一個重要方面就是內(nèi)容組織。多數(shù)情況下，內(nèi)容被組織成信道，并用于基于發(fā)布/訂閱的數(shù)據(jù)分發(fā)，使用發(fā)布/訂閱模式是因?yàn)橥ㄐ攀腔谙⒉⒖梢阅涿?，而參與者在時(shí)間、空間和流量上可以脫鉤。內(nèi)容特征另一個重要方面是內(nèi)容分析。內(nèi)容分析表示算法分析中特定的內(nèi)容對象，并決定是否提取內(nèi)容對象。

文獻(xiàn)[6]的內(nèi)容分析是用一組過濾器來選擇在隊(duì)列中最佳包，該方法是無社會感知的，過濾器的使用不考慮用戶社區(qū)組織。有三個過濾器進(jìn)行內(nèi)容分析，并可以任意組合使用：已知的訂閱過濾器，跳數(shù)過濾器和復(fù)制過濾器，已知的訂閱過濾器去除不感興趣的包，跳數(shù)過濾器去除時(shí)間過長的包，而復(fù)制過濾器去除節(jié)點(diǎn)已經(jīng)收到的包。當(dāng)隊(duì)列中剩余的包根據(jù)優(yōu)先級進(jìn)行分類時(shí)進(jìn)行內(nèi)容分析。

1.4 基于社會意識的數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)

社會意識其中一方面是無社會意識的，它并不考慮社區(qū)結(jié)構(gòu)，而是利用地理位置信息給所有相遇的節(jié)點(diǎn)分發(fā)數(shù)據(jù)。社會意識中另一方面是基于社區(qū)，基于社區(qū)的分發(fā)技術(shù)假設(shè)用戶能夠被分成若干個社區(qū)，而社區(qū)是用戶之間強(qiáng)大的社會關(guān)系。用戶可以屬于很多的社區(qū)，但也可以在家社區(qū)以外有社會關(guān)系，社區(qū)通常是一個地理空間，也可以表示為發(fā)生在同一地點(diǎn)同一時(shí)間的一組人。

文獻(xiàn)[7][8]為了構(gòu)建一個基于發(fā)布/訂閱模式的重疊社區(qū)，社區(qū)檢測以分散的方式進(jìn)行，因?yàn)闄C(jī)會網(wǎng)絡(luò)沒有固定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，每個節(jié)點(diǎn)都必須檢測自己所在社區(qū)，作者提出了兩種分布式社區(qū)檢測方法，簡單和K-團(tuán)，為了檢測自己所在社區(qū)，一個節(jié)點(diǎn)與相遇節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互并執(zhí)行檢測算法，檢測算法在節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)交換階段完成。

通過使用基于社區(qū)的權(quán)重，ContentPlace定義了不同的五個策略：MFV、MLN、F、P和US。MFV有利于社區(qū)的用戶相互接觸，而MLN有利于接下來用戶將要訪問的社區(qū)，F(xiàn)是MLN和MFV之間的結(jié)合，因?yàn)樗J(rèn)為所有社區(qū)用戶是接觸的，P的情況是與他們所在的社區(qū)相比，用戶并不喜歡其他社區(qū)，而在US中所有的社區(qū)用戶之間聯(lián)系具有相同的權(quán)值。

2 數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)比較

本節(jié)分析四種數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)的各自優(yōu)勢。社會感知重疊技術(shù)使用每個社區(qū)中心度最高的節(jié)點(diǎn)建立了一個有基礎(chǔ)設(shè)施的重疊社區(qū)；無線自組無線自組廣播假設(shè)在數(shù)據(jù)分發(fā)中有基礎(chǔ)設(shè)施；然而機(jī)會網(wǎng)絡(luò)通常包含高移動性的節(jié)點(diǎn)，使得創(chuàng)建和維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施很難完成，且節(jié)點(diǎn)可能經(jīng)常在社區(qū)間移動，使得社區(qū)檢測變得困難，此外社區(qū)的中心節(jié)點(diǎn)設(shè)備可能由于電池電量耗盡等原因關(guān)閉，使消息沒有機(jī)會發(fā)送到其他社區(qū)。因此，對于DPSP和ContentPlace兩種無基礎(chǔ)設(shè)施存在的數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)更適合機(jī)會網(wǎng)絡(luò)。

節(jié)點(diǎn)特征在數(shù)據(jù)分發(fā)中發(fā)揮了重要作用，ContentPlace選擇一個無狀態(tài)的方法；而社會感知重疊采用的是一種混合表示節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)；其他兩種分發(fā)技術(shù)的作者沒有指定節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。顯然使用混合狀態(tài)的社會感知重疊是首選解決方案，因?yàn)樗瑫r(shí)利用有狀態(tài)和無狀態(tài)的方法，不會受到頻繁變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)影響，同時(shí)不需要過多的控制流量。社會感知重疊和ContentPlace的節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)都是使用藍(lán)牙或WIFI來完成；無線自組廣播使用廣播信標(biāo)；DPSP沒有提到節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的方法。內(nèi)容識別對數(shù)據(jù)分發(fā)的效率有很大影響。社會感知重疊通過相遇節(jié)點(diǎn)和接觸持續(xù)時(shí)間完成；無線自組廣播使用Bloom濾波器的哈希索引；DPSP通過交換訂閱列表完成；ContentPlace通過節(jié)點(diǎn)訂閱的信道完成。無線自組廣播技術(shù)使用Bloom 濾波器是最好的方法，因?yàn)闉V波器是空間有效固定大小的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以避免不必要的數(shù)據(jù)傳輸損耗。數(shù)據(jù)交換階段主要以優(yōu)化轉(zhuǎn)發(fā)持續(xù)時(shí)間這種方式完成。社會感知重疊的節(jié)點(diǎn)通過訂閱和中心度值來進(jìn)行交換；無線自組廣播是通過交換集或塊；DPSP使用包；ContentPlace通過節(jié)點(diǎn)交換數(shù)據(jù)對象來完成。當(dāng)數(shù)據(jù)單元越小，發(fā)送成功的機(jī)會越大，因此數(shù)據(jù)交換時(shí)無線自組廣播的方法是最好的。

通過四種方法比較可以看出，基于社會意識的社會感知重疊和ContentPlace兩種數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)將是未來研究趨勢。

3 結(jié)束語

機(jī)會網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與無線網(wǎng)絡(luò)有很大不同，不僅可靠性比較差，而且節(jié)點(diǎn)的移動還會造成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)變化，這給數(shù)據(jù)分發(fā)帶來很大困難。因此在機(jī)會網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)發(fā)展初期，研究者的注意力主要集中在如何提高數(shù)據(jù)分發(fā)的可靠性上。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，許多研究者開始將社會網(wǎng)絡(luò)中的社區(qū)概念用在機(jī)會網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)中，大大提高了實(shí)用性。雖然經(jīng)過多年的發(fā)展，機(jī)會網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在很多問題，當(dāng)前機(jī)會網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)在設(shè)計(jì)時(shí)大多沒有考慮人類社區(qū)的問題，這也是限制其在社會網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的一個重要因素。因此，如何在數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)中更多考慮社區(qū)問題將是未來的一個重要研究方向。

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作者簡介：周盼（1987-），男，陜西蒲城人，碩士研究生，研究方向：機(jī)會網(wǎng)絡(luò)。

作者單位：新疆大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，烏魯木齊 830046