DTN網(wǎng)絡路由技術(shù)研究綜述

余侃民　鐘　赟　孫　昱　楊　娟

1(空軍工程大學信息與導航學院　陜西 西安 710077)2(中國人民解放軍93010部隊　遼寧 沈陽 110015)

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DTN網(wǎng)絡路由技術(shù)研究綜述

余侃民1鐘赟1孫昱1楊娟2

1(空軍工程大學信息與導航學院陜西 西安 710077)2(中國人民解放軍93010部隊遼寧 沈陽 110015)

摘要延遲/中斷容忍網(wǎng)DTN(Delay/Disruption Tolerant Network)是一種與傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡有本質(zhì)區(qū)別的新型網(wǎng)絡，適用于難以形成穩(wěn)定端到端連接鏈路的通信環(huán)境。首先分析DTN網(wǎng)絡的特性，然后描述DTN路由技術(shù)的分類方法，并從有無基礎設施輔助的角度對各種DTN路由技術(shù)進行總結(jié)分析。最后介紹DTN路由技術(shù)的評價指標和評估方法，展望未來DTN路由技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞DTN網(wǎng)絡路由技術(shù)分類評估

0引言

實踐表明，傳統(tǒng)TCP/IP協(xié)議的平穩(wěn)運行主要依賴于三個主要的底層鏈路特性：(1)源節(jié)點與目的節(jié)點間存在穩(wěn)定的端到端鏈路；(2)任意節(jié)點之間的最大往返時間RTT(Round Trip Time)較小；(3)數(shù)據(jù)報文在傳輸過程中丟失概率較小。然而在一些特定的通信環(huán)境中，如機動通信環(huán)境、受干擾的通信環(huán)境，這些條件難以滿足。

針對TCP/IP協(xié)議在這些通信環(huán)境中遭遇的挑戰(zhàn)，研究人員提出了延遲/中斷容忍網(wǎng)絡DTN的概念。DTN網(wǎng)絡適用于鏈路不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸延遲大、數(shù)據(jù)傳輸丟失率高的極端通信環(huán)境，在交通網(wǎng)絡[1]、偏遠地區(qū)網(wǎng)絡[2-4]、地震緊急救援網(wǎng)絡[5]、野生動物追蹤網(wǎng)絡[6,7]、空氣質(zhì)量監(jiān)控網(wǎng)絡[8]、農(nóng)地數(shù)據(jù)收集網(wǎng)絡[9]、戰(zhàn)場網(wǎng)絡[10,11]和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡[12]等領域得到廣泛應用。

為在DTN網(wǎng)絡中準確、快速、安全地進行數(shù)據(jù)傳輸，研究人員對DTN的體系結(jié)構(gòu)、路由設計、擁塞控制、安全機制、移動模型、仿真平臺等方面[13-17]進行了廣泛深入的研究。其中，路由設計問題是DTN網(wǎng)絡研究中的關(guān)鍵問題，合理的路由算法能夠確保消息以較小的代價、較短的時間從源節(jié)點傳遞到目的節(jié)點。DTN網(wǎng)絡的路由設計問題具有不同于傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡的約束條件和適用范圍。因此不能將基于TCP/IP協(xié)議的路由算法簡單套用，需要在分析DTN網(wǎng)絡特性的基礎上進行針對性設計。

近年來，針對不同應用背景下的DTN網(wǎng)絡，研究人員在路由目標、機制、評估等方面取得了大量研究成果。本文首先描述DTN的網(wǎng)絡特性，然后總結(jié)、分析目前的DTN路由技術(shù)，介紹DTN路由的評估方法，最后展望DTN路由技術(shù)未來的發(fā)展。

1DTN網(wǎng)絡特性

自從DTN被提出后，其應用領域隨著研究的深入而不斷擴展，例如將延遲/中斷的概念引入傳感器網(wǎng)絡中，形成了延遲/中斷容忍移動傳感器網(wǎng)絡DTMSN(Delay/Disruption Tolerant Mobile Sensor Network)[18]；通過概括DTN中節(jié)點間消息轉(zhuǎn)發(fā)機制的特點，形成了機會網(wǎng)絡[19]等。盡管目前DTN的內(nèi)涵和外延都經(jīng)歷了較大的衍變，但其本質(zhì)都是一致的，即網(wǎng)絡中的節(jié)點利用相遇機會實現(xiàn)消息的遞交，從而在通信環(huán)境較為惡劣時實現(xiàn)較好的網(wǎng)絡性能。

DTN的體系結(jié)構(gòu)在很大程度上區(qū)別于TCP/IP，其在傳輸層和應用層之間增加了束層用于實現(xiàn)DTN的保管傳輸機制。束層的消息傳輸以底層協(xié)議為基礎，如TCP、UDP、IP等。束層通過不同的匯聚層協(xié)議，如TCPCLP、Saratoga、LTP，與底層的TCP、UDP、IP協(xié)議相對應，從而形成“存儲—攜帶—轉(zhuǎn)發(fā)”特性的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

區(qū)別于傳統(tǒng)的端到端傳輸模式，束層通過一種消息持久存儲器來實現(xiàn)消息的保管傳輸機制，從而降低節(jié)點間鏈路斷開對消息傳輸造成的影響。圖1為端到端傳輸和保管傳輸機制的對比。在保管傳輸機制中，每個節(jié)點的緩存中保存摘要向量SV(Summary Vector)，用于記錄自身的節(jié)點狀態(tài)信息。當相遇時雙方節(jié)點互換SV以探知對方節(jié)點狀態(tài)，消息也被存儲在節(jié)點緩存中；當節(jié)點相遇時，消息持有節(jié)點根據(jù)一定的機制決定是否轉(zhuǎn)發(fā)緩存中的消息以及轉(zhuǎn)發(fā)后是否刪除該消息。

圖1　端到端傳輸和保管傳輸機制對比

DTN網(wǎng)絡的特點主要包括以下三個方面：

(1) 鏈路連接不可持續(xù)。在節(jié)點運動的通信環(huán)境中，各個通信節(jié)點的鏈路連接具有間斷性，這就要求路由設計時必須考慮到正常工作時的通信中斷問題；且DTN網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)多變，路由協(xié)議必須具有自適應性。

(2) 信道速率不對稱。移動通信設備的天線功率受限，信道速率呈現(xiàn)非對稱特性(雙向信息速率甚至可達1000∶1)[20]，在某些極端的通信環(huán)境下，信道甚至可能是單向的。在長距無線信道中，質(zhì)量較差的通信鏈路還容易導致信息傳輸過程中誤碼率較大。

(3) 網(wǎng)絡節(jié)點資源受限。DTN網(wǎng)絡通常應用于深空、戰(zhàn)場、偏遠地區(qū)等環(huán)境中，受重量和體積限制，網(wǎng)絡節(jié)點攜帶的資源如電力資源、緩存資源等有限，這將在一定程度上影響網(wǎng)絡中消息的遞交。因此，需要考慮節(jié)省資源的相應策略，從而提高資源的利用效率。

2DTN路由技術(shù)

目前，對DTN路由技術(shù)研究較多，分類方法也有多種方案。按照路由模式分類，可分為單播、組播和任播路由技術(shù)；按照節(jié)點移動模型分類，可分為節(jié)點隨機移動模型路由技術(shù)和節(jié)點受控移動模型路由技術(shù)；按照副本數(shù)量分類，可分為單副本路由技術(shù)和多副本路由技術(shù)；按照有無先驗知識分類，可分為有先驗知識路由技術(shù)和無先驗知識路由技術(shù)；按照有無網(wǎng)絡編碼分類，可分為編碼路由技術(shù)和非編碼路由技術(shù)；按照有無基礎設施分類，可分為無基礎設施路由技術(shù)和基礎設施輔助路由技術(shù)，其中無基礎設施路由技術(shù)又可分為基于復制、基于效用、基于預測、基于編碼、基于社區(qū)的路由技術(shù)，基礎設施輔助路由技術(shù)又可分為固定設施輔助路由技術(shù)和移動設施輔助路由技術(shù)。如圖2所示，為單播路由技術(shù)中按照有無基礎設施輔助進行的分類方法。下面按圖2中的分類方法，對DTN路由技術(shù)進行分析說明。

圖2　DTN路由技術(shù)分類

2.1無基礎設施路由技術(shù)

2.1.1基于復制的路由技術(shù)

基于復制的路由技術(shù)原理是通過網(wǎng)絡中節(jié)點的相遇將消息進行復制轉(zhuǎn)發(fā)，在消息擴散的過程中必然會占用大量的網(wǎng)絡資源。因此基于復制的路由技術(shù)是以網(wǎng)絡開銷為代價換取消息遞交率的優(yōu)化。目前，基于復制的路由技術(shù)主要包括：Epidemic[21]、Spray and Wait[22]、PROPHET[23]、RAB-ADP[24]、MRP[25]、RDAD[26]等。

Epidemic采用多拷貝泛洪的路由機制，一旦存在通信機會，節(jié)點盡可能多地轉(zhuǎn)發(fā)消息，并且缺乏必要的緩存管理機制，消息長期駐存緩存。該技術(shù)適用于節(jié)點移動性較強且網(wǎng)絡資源較為充足的網(wǎng)絡環(huán)境，在節(jié)點網(wǎng)絡資源受限時易陷入擁塞，導致消息轉(zhuǎn)發(fā)效率的下降。

Spray and Wait采用有限拷貝轉(zhuǎn)發(fā)的路由策略，源節(jié)點采用洪泛機制轉(zhuǎn)發(fā)報文至下一跳節(jié)點，直到相遇目標節(jié)點才進行消息的遞交，其本質(zhì)為兩跳路由。相比于Epidemic，能夠有效避免節(jié)點擁塞，但平均時延仍然較大。

PROPHET為特殊的基于復制的概率路由技術(shù)，不同于Epidemic的無原則轉(zhuǎn)發(fā)和Spray and Wait的有限轉(zhuǎn)發(fā)，PROPHET通過消息持有節(jié)點、中繼節(jié)點與目的節(jié)點的相遇情況定義消息遞交概率值，并按照消息持有節(jié)點和中繼節(jié)點消息遞交概率值的大小關(guān)系決定是否轉(zhuǎn)發(fā)消息。當兩節(jié)點相遇時，即都進入彼此通信范圍時，節(jié)點遞交概率值更新公式為P(a,b)=P(a,b)old+(1-P(a,b)old)×Pinit，其中，Pinit是遞交概率初始值，取值為(0,1]，可以看出，節(jié)點相遇越頻繁，則遞交概率相對也就越高；當節(jié)點久未相遇時，節(jié)點遞交概率值老化公式為P(a,b)=P(a,b)old×γk，其中，k表示當前時刻距離上次老化的時間單位數(shù)，γ為老化因子，取值為(0,1)，控制遞交概率老化的速率；當節(jié)點a與b經(jīng)常相遇，b與c兩節(jié)點也經(jīng)常相遇，則可以認為節(jié)點b是a與c的良好中間節(jié)點，節(jié)點遞交概率值傳遞公式為P(a,c)=P(a,c)old+(1-P(a,c)old)×P(a,b)×P(b,c)×ξ，其中，ξ為傳遞因子，取值為(0,1]。

Li等[27]綜合考慮節(jié)點相遇頻率和相遇持續(xù)時間，對PROPHET的更新、老化和傳遞公式進行了改進，提出了增強型PROPHET(Enhanced PROPHET, E-PROPHET)，降低了平均時延和網(wǎng)絡開銷。文獻[23]結(jié)合PROPHET和Spray and Wait，提出了基于平均傳遞概率的組合RAB-ADP算法，通過設置時間相關(guān)的平均轉(zhuǎn)發(fā)預測概率實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)決策，避免了PROPHET的路由抖動問題。此外，文獻[28]對經(jīng)典的PROPHET算法從遞交概率計算公式、參數(shù)設置等方面進行了改進。

MRP的原理是在IP層上增加了一個MRP層，用于中繼低層無法路由的消息，是移動Ad hoc網(wǎng)絡路由技術(shù)與隨機轉(zhuǎn)發(fā)相結(jié)合的產(chǎn)物。根據(jù)路由跳數(shù)選擇合適的中繼模式：若路由小于d跳，則進行轉(zhuǎn)發(fā)；反之，進行存儲。此外，在選擇需轉(zhuǎn)發(fā)消息時，設置了選取生存時間大于零的隨機轉(zhuǎn)發(fā)機制。RDAD利用節(jié)點多次收到廣播消息強度的加權(quán)平均值定義消息的遞交概率，并根據(jù)動態(tài)變化的遞交概率設置消息最大復制數(shù)目，從而提高了消息遞交成功率并降低了節(jié)點能耗。

2.1.2基于效用的路由技術(shù)

基于效用的路由技術(shù)原理是通過定義各個中繼節(jié)點路由決策的效用函數(shù)，將消息轉(zhuǎn)發(fā)給效用函數(shù)最高的中繼節(jié)點。該算法的優(yōu)點在于能夠有效地控制消息轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)，并通過定義效用函數(shù)實現(xiàn)特定網(wǎng)絡性能參數(shù)的提高?；谛в玫穆酚杉夹g(shù)主要包括CM-RSD[29]、URD[30]、VoN[31]等。

CM-RSD將節(jié)點活躍度和能量剩余率相結(jié)合進行消息的限額轉(zhuǎn)發(fā)，使得消息向能力更強的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，由于考慮節(jié)點的能量狀態(tài)，因此能夠有效提高網(wǎng)絡壽命。該算法定義節(jié)點能力模型為Ui(t)=αFi(t)+(1-α)Ei(t)，其中Ui(t)代表節(jié)點i在時刻t的遞交能力，F(xiàn)i(t)代表節(jié)點活躍度，Ei(t)代表節(jié)點能量剩余率，α和1-α為權(quán)重指標。

URD通過中繼節(jié)點與目的節(jié)點的相遇歷史記錄預測未來相遇情況，定義節(jié)點中心度、關(guān)聯(lián)度、頻繁度、親密度、新近度、相似度和移動連通度等概念，建立了節(jié)點相遇效用模型。并從理論上證明了算法不會陷入路由環(huán)路，增加了節(jié)點相遇概率，提高了消息轉(zhuǎn)發(fā)的效率，并有效降低了開銷。

VoN用節(jié)點在特定時間內(nèi)遇到不同種類節(jié)點的數(shù)量作為節(jié)點質(zhì)量的定義，并以節(jié)點價值為優(yōu)化目標設計路由算法，平衡了轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的負載，降低了網(wǎng)絡開銷。其定義節(jié)點價值為Vali=Vi×Si，其中Vali、Vi和Si分別代表節(jié)點價值、節(jié)點速度和節(jié)點緩存剩余率。

2.1.3基于預測的路由技術(shù)

基于預測的路由技術(shù)原理是通過記錄節(jié)點歷史相遇信息，根據(jù)當前節(jié)點位置和運動方向等信息，按照一定的預測算法預測與目的節(jié)點的相遇情況。該技術(shù)可以使消息的轉(zhuǎn)發(fā)更有方向性，減少消息在網(wǎng)絡中的無序擴散。

彭敏等人[32]利用相遇記錄矩陣記錄節(jié)點相遇概率，生成轉(zhuǎn)移投遞概率和總投遞概率值預測節(jié)點遞交概率，并以此為依據(jù)進行消息副本配額的分配。該算法能夠以較低的網(wǎng)絡開銷代價換取消息遞交率和平均時延指標的提升。

LeBrun等人[33]通過在車載網(wǎng)絡的車輛上配備GPS，實時記錄車輛位置和行駛方向，通過車輛所在位置到目的節(jié)點所在位置向量和車輛行駛方向的夾角預測車輛與目的節(jié)點的相遇概率。

2.1.4基于編碼的路由技術(shù)

基于編碼的路由技術(shù)原理是在源節(jié)點處對消息進行編碼后發(fā)送，目的節(jié)點將接收到的部分消息進行重構(gòu)生成原消息。這種機制實質(zhì)上是對DTN鏈路間歇斷開、無線信道誤碼率高的補償機制，基于編碼的路由技術(shù)主要包括編碼和擦除編碼兩種類型。

茍亮等人[35]提出了基于編碼的無線網(wǎng)絡加權(quán)廣播重傳機制算法。通過收集到的廣播消息和鏈路狀態(tài)信息構(gòu)建分布式加權(quán)矩陣，從而實現(xiàn)對編碼消息的提取，該算法在降低算法復雜度的同時提高了消息傳輸效率。

文獻[36]依據(jù)歷史相遇信息，建立節(jié)點時間圖模型以表征節(jié)點連接態(tài)勢，綜合考慮消息可達率、最短路徑長度和相遇時間間隔建立轉(zhuǎn)發(fā)能力模型，分布式地更新時間圖，從而實現(xiàn)編碼節(jié)點的動態(tài)選擇。圖3描述了一種典型的時間圖模型，T1-T6分別為網(wǎng)絡運行中有節(jié)點相遇的6個時刻，v1-v5分別為網(wǎng)絡中的5個運動節(jié)點，e1-e8分別為具體的8個節(jié)點相遇事件。該時間圖模型在以往靜態(tài)圖的基礎上加上了時間維，動態(tài)展示了各節(jié)點的連接態(tài)勢。

圖3　一種時間圖模型

Wang等人[37]提出了基于擦除編碼的路由算法。該算法將原始數(shù)據(jù)擦除編碼后劃分成更小的消息并分配給多個中繼節(jié)點，目的節(jié)點利用從中繼節(jié)點接收的消息重建原始消息，該算法確保了在網(wǎng)絡狀態(tài)較差時的消息傳輸。

2.1.5基于社區(qū)的路由技術(shù)

基于社區(qū)的路由技術(shù)原理是考慮節(jié)點的社區(qū)移動特性進行消息轉(zhuǎn)發(fā)。節(jié)點的社區(qū)特性一般包括三種情況：節(jié)點運動具有偏好特性，去往某位置的概率更高；節(jié)點運動具有差異特性，只有某些節(jié)點去往某一位置；節(jié)點運動具有時空特性，如在校園里，行人節(jié)點在就餐時間段一般會在食堂附近運動。

Daly等人[38]根據(jù)社交網(wǎng)絡的“小世界現(xiàn)象”，通過定義節(jié)點向心性和相似度尋找網(wǎng)絡中的“橋節(jié)點”，并借助“橋節(jié)點”實現(xiàn)消息的輔助轉(zhuǎn)發(fā)，取得了較好的效果。

Hui等人[39]將同屬一個社區(qū)的節(jié)點貼上同一標簽，在節(jié)點相遇時將消息優(yōu)先傳遞給貼有同一標簽的節(jié)點，這種機制有效地減少了消息的跨區(qū)傳輸，實現(xiàn)了網(wǎng)絡開銷的優(yōu)化。

張炎等人[40]提出了節(jié)點相遇間隔感知的社區(qū)路由算法。利用節(jié)點訪問社區(qū)的概率值估計相遇間隔時間，在消息轉(zhuǎn)發(fā)過程中選取與目的節(jié)點間隔時間估計值較小的中繼節(jié)點，從而提高了消息的平均時延指標。圖4為中繼節(jié)點選取示意圖。

圖4　中繼節(jié)點選取示意圖

在圖4中，當A社區(qū)的節(jié)點a需要轉(zhuǎn)發(fā)消息至C社區(qū)時，直接遞交需要12.2 s，而經(jīng)過相遇間隔時間感知方法，先轉(zhuǎn)發(fā)給B社區(qū)的節(jié)點b，由b轉(zhuǎn)發(fā)到C社區(qū)只需3.5+5.2=8.7 s。因此，中繼節(jié)點選擇b能夠有效降低網(wǎng)絡時延。

2.2基礎設施輔助路由技術(shù)

基礎設施輔助路由技術(shù)的原理是通過在網(wǎng)絡中部署固定或移動消息轉(zhuǎn)發(fā)輔助設備以減少節(jié)點的緩存消耗，從而可以有效提高節(jié)點的生存性。根據(jù)基礎設施的移動性可分為固定和移動設施輔助路由技術(shù)。

2.2.1固定設施輔助路由技術(shù)

固定設施輔助路由技術(shù)是指用于輔助轉(zhuǎn)發(fā)的設備是固定的，其優(yōu)點是不需要進行輔助節(jié)點的路徑規(guī)劃設計，但輔助性能較移動設施輔助路由為弱。

文獻[6]提出了一種用于鯨魚活動信息收集的信息站模型SWIM：鯨魚體內(nèi)裝有的射頻標簽之間及標簽與浮球內(nèi)的信息站之間可進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，信息站將收集到的信息轉(zhuǎn)發(fā)至岸上數(shù)據(jù)分析中心，實現(xiàn)對鯨魚生活習性的分析。

Zhao等人[41]提出利用固定無線輔助通信設備——拋擲盒來提高節(jié)點間消息轉(zhuǎn)發(fā)的機率。按照路由方式及信息種類的不同劃分9種情況，在此基礎上根據(jù)位置矢量x和路由矢量f，以最大化數(shù)據(jù)率λ為目標設計路由算法，取得了較優(yōu)的路由性能。

于振等人[42]提出通過在節(jié)點的運動路徑上設置Wi-Fi熱點輔助數(shù)據(jù)分發(fā)，并定義節(jié)點數(shù)據(jù)分發(fā)的責任因子確保數(shù)據(jù)總是朝著分發(fā)效率更高的節(jié)點流動，結(jié)果表明該算法能夠顯著地提高數(shù)據(jù)分發(fā)效能。如圖5所示，描述了基于基礎設施輔助的網(wǎng)絡模型，P1-P4為網(wǎng)絡中的4個移動節(jié)點，采用ad hoc方式連接；AP1和AP2為2個無線接入點，采用WLAN/Internet方式連接。若P1要向P4遞交消息，傳統(tǒng)的ad hoc方式是經(jīng)過P2和P3的轉(zhuǎn)發(fā)；而采用基礎設施輔助時，當P1在AP1通信范圍內(nèi)時，其先將消息轉(zhuǎn)發(fā)給AP1，由AP1向網(wǎng)絡進行廣播轉(zhuǎn)發(fā)。AP1和AP2的加入可以有效降低平均時延，提高消息遞交率。

圖5　固定基礎設施輔助的網(wǎng)絡模型

2.2.2移動設施輔助路由技術(shù)

移動設施輔助路由技術(shù)是指用于輔助轉(zhuǎn)發(fā)的設備是移動的，其優(yōu)點是可以根據(jù)具體的輔助需求動態(tài)調(diào)整輔助節(jié)點的路徑，避免固定設施輔助路由重輔助節(jié)點由于通信距離受限導致輔助性能下降，但動態(tài)規(guī)劃輔助節(jié)點的路徑難度較大。

MF算法[43]在網(wǎng)絡中設置按照特定路線運動的移動擺渡節(jié)點實現(xiàn)消息的輔助轉(zhuǎn)發(fā)，并按照擺渡節(jié)點的運動方式劃分為擺渡者主動運動的FIMF算法和擺渡節(jié)點被動運動的NIMF算法，移動擺渡節(jié)點的存在提升了消息遠距轉(zhuǎn)發(fā)的效率。

文獻[44]研究了多擺渡者輔助路由的設計問題，以最小化數(shù)據(jù)傳輸延遲為路由目標，在滿足流量需求的前提下規(guī)劃擺渡者路徑；按照單路徑無交互、多路徑無交互、節(jié)點交互、擺渡者交互四種路由類型進行建模分析，提出相應的路徑規(guī)劃算法，取得了較好的效果。

文獻[3]中提出一種用于農(nóng)村偏遠地區(qū)的非實時異步通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，圖6為其概念圖。該網(wǎng)絡中主要包括城鎮(zhèn)中的Internet固定接入點設備、車輛上的移動接入點設備以及村莊中的Kiosk設備。車輛作為移動輔助設施，通過規(guī)定路徑運動與村莊中的Kiosk設備進行信息交互，并在到達城鎮(zhèn)時與城鎮(zhèn)中的Internet固定接入點設備交換信息，最終實現(xiàn)了村莊與城鎮(zhèn)間的信息交互。

圖6　Daknet概念圖

3DTN路由技術(shù)評估

DTN網(wǎng)絡路由技術(shù)性能優(yōu)劣的評價方法主要包括單指標評價法和多指標綜合評價法。單指標評價法通過選取典型性能指標，如消息遞交率、網(wǎng)絡開銷和平均時延等，逐一進行對比分析；多指標綜合評價法主要是通過建立DTN路由指標體系，實現(xiàn)特定路由下多指標的加權(quán)映射，生成綜合評估值進行對比分析，相比于單指標評價法，多指標綜合評價法的評價更具全面性和整體性。下面給出消息遞交率、網(wǎng)絡開銷和平均時延的公式化定義。

(1) 消息遞交率

DTN路由設計的目的就是容忍鏈路中斷和一定時延的基礎上實現(xiàn)消息遞交率的最大化，消息遞交率是DTN路由技術(shù)中最重要的指標。消息遞交率的表達式為：

(1)

其中，Nr表示需要遞交的消息總數(shù)，Nt表示被成功遞交的消息總數(shù)。

(2) 網(wǎng)絡開銷

網(wǎng)絡開銷是指未被成功遞交消息總數(shù)與被成功遞交消息總數(shù)的比值。網(wǎng)絡開銷的表達式為：

(2)

其中，Np表示網(wǎng)絡中的消息總數(shù)，Nt表示被成功遞交的消息總數(shù)。

(3) 平均時延

平均時延是指所有被成功遞交的消息從源節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點所花費時間的平均值。平均時延的表達式為：

(3)

其中，Tl,t表示第l個消息被源節(jié)點發(fā)送的時刻，Tl,r表示第l個消息被目的節(jié)點接收的時刻，n表示所有被成功遞交的消息總數(shù)。

4結(jié)語

對DTN網(wǎng)絡的研究背景已經(jīng)從星級網(wǎng)擴展到了地面和水下網(wǎng)絡，其應用場景更趨多樣化，以下三個方面將是未來DTN路由技術(shù)研究的重點。

(1) DTN路由技術(shù)指標體系構(gòu)建

在將DTN網(wǎng)絡應用于不同場景時，如何建立更加科學完善的指標體系是一個重要問題。文獻[45]結(jié)合RFC-2051標準，以有效性、實用性、安全性和擴展性4個一級指標，時延、傳輸率、吞吐量等12個二級指標為基礎建立了DTN指標體系；文獻[46]中提出了構(gòu)建DTN評價指標的新思路。

(2) 基于QoS的DTN路由技術(shù)

DTN路由問題的實質(zhì)是資源分配問題，在資源有限的條件下，研究能提高QoS保障水平的路由技術(shù)十分關(guān)鍵，特別是在路由設計中考慮流量控制問題和擁塞控制問題。文獻[47]提出了一種基于信息交換的方法來實現(xiàn)網(wǎng)絡流量控制，可以在一定程度上改善網(wǎng)絡的擁塞問題，但方法的針對性不強。

(3) DTN多播路由技術(shù)

一些網(wǎng)絡如空間網(wǎng)絡[48,49]，對多播路由的應用需求較大；在軍事戰(zhàn)場網(wǎng)絡和災難救援通信網(wǎng)絡中，應用多播路由也能夠顯著提高資源利用率、節(jié)約通信帶寬。因此研究DTN多播路由技術(shù)將有廣闊的應用前景。將多播技術(shù)應用于DTN網(wǎng)絡存在的一個難題是如何保持多播結(jié)構(gòu)的連通性，可以考慮通過一定的補償機制來克服該問題。

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收稿日期：2015-12-08。陜西省自然科學基金項目(2012JZ8 005)。余侃民，副教授，主研領域：通信系統(tǒng)與通信技術(shù)。鐘赟，博士生。孫昱，博士生。楊娟，工程師。

中圖分類號TP393

文獻標識碼A

DOI:10.3969/j.issn.1000-386x.2016.07.035

RESEARCH OVERVIEW OF DTN ROUTING TECHNOLOGY

Yu Kanmin1Zhong Yun1Sun Yu1Yang Juan2

1(CollegeofInformationandNavigation,AirForceEngineeringUniversity,Xi’an710077,Shaanxi,China)2(Unit93010ofPLA,Shenyang110015,Liaoning,China)

AbstractDelay/Disruption Tolerant Network (DTN) is a kind of new network, which has the essential difference from the traditional IP network. The DTN is usually applied in the communication environment which is hard to form stable end-to-end connecting link. The feature of the DTN was described firstly, then the classified method of the DTN routing technology was summarized and various DTN routing technologies were analyzed from the perspective that whether the infrastructure assistant was existed. Afterwards, the evaluation index as well as the assessment method of the DTN routing technology was introduced. In the end, the future development of the DTN routing technology was presented.

KeywordsDTNRouting technologyClassificationAssessment